閃速熔煉爐作業(yè)率影響因素與優(yōu)化措施

劉富全，徐正國

（中銅東南銅業(yè)有限公司熔煉廠，福建 寧德 352100）

目前閃速熔煉技術(shù)與傳統(tǒng)熔煉法相比，具有高投料量、高富氧濃度、高熱強(qiáng)度、高锍品位特點(diǎn)［1］，生產(chǎn)過程高度自動化，采用計(jì)算機(jī)控制，提高控制質(zhì)量［2］，提高勞動生產(chǎn)率。近些年來，閃速熔煉技術(shù)本身在不斷地完善、提高和發(fā)展，某冶煉廠單臺閃速爐的礦銅生產(chǎn)能力達(dá)40萬t／a，現(xiàn)就該廠投產(chǎn)一年的生產(chǎn)作業(yè)率影響因素和處理措施進(jìn)行分析。

1 熔煉爐生產(chǎn)情況

該廠制定年生產(chǎn)陰極銅32萬t的總體目標(biāo)，當(dāng)年生產(chǎn)組織熔煉爐負(fù)荷最高至268 t／h，進(jìn)入滿負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)，隨后按計(jì)劃進(jìn)行停爐點(diǎn)檢，合計(jì)按滿負(fù)荷生產(chǎn)85.83 h，處理混合銅精礦6 400.4 t／d，高于初步設(shè)計(jì)的6 382.2 t／d，當(dāng)年實(shí)現(xiàn)熔煉系統(tǒng)的達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)［3］。結(jié)合工廠實(shí)際生產(chǎn)情況，2019年1～12月熔煉爐的作業(yè)率情況見表1。

表1數(shù)據(jù)顯示，2019年1～12月月份熔煉爐作業(yè)率為92%，自2019年6月份技改后，熔煉爐生產(chǎn)情況逐步改善，熔煉爐7月份作業(yè)率最高達(dá)98.66%，7～12月份平均作業(yè)率95.62%，2019下半年技改后作業(yè)率明顯提高。

表1 2019年1～12月熔煉爐作業(yè)率

2 熔煉爐作業(yè)率影響分析

2019年1～12月份熔煉爐計(jì)劃性停爐56次，非計(jì)劃停爐25次，停爐總時(shí)長為637.49 h。其中2月份熔煉實(shí)際作業(yè)率只有63.69%，主要受外部因素的硫酸銷售滯銷，引起硫酸占庫影響。對影響熔煉爐作業(yè)率的因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖1所示，其中：硫酸銷售影響占比35%，其它硫酸、動力、渣選系統(tǒng)占比4.5%，公司安排月度檢修占比14%；熔煉內(nèi)部因素計(jì)劃停爐點(diǎn)檢占比19%；非計(jì)劃性余熱鍋爐清理大塊、積灰占比7%，生產(chǎn)操作熔煉爐前冰銅或渣排放困難、工藝問題占比6%；機(jī)電設(shè)備中取料機(jī)、振動篩、氣力輸送造成的停爐問題占比9%。

圖1 2019年1～12月影響熔煉爐的作業(yè)率因素

通過圖1所示數(shù)據(jù)分析及對比發(fā)現(xiàn)，熔煉外部因素硫酸銷售、硫酸、動力、渣選系統(tǒng)、月度檢修為公司整體運(yùn)營問題，由公司統(tǒng)籌考慮處理；針對熔煉內(nèi)部因素的工藝和重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行分析，提出優(yōu)化改造措施，提高作業(yè)率。

3 影響熔煉爐作業(yè)率原因分析

3.1 原料與配料的影響原因

3.1.1 原料結(jié)構(gòu)復(fù)雜

原料結(jié)構(gòu)單一，S／Cu兩級分化嚴(yán)重，流程返料復(fù)雜。每次配料只能使用2～3種原料，導(dǎo)致原料S／Cu兩級分化嚴(yán)重，調(diào)整的空間小。另外，整個(gè)銅冶煉系統(tǒng)的返料種類較多，均需要返回精礦庫進(jìn)行混配，導(dǎo)致原料穩(wěn)定性變差，不能滿足高作業(yè)率生產(chǎn)需要。

3.1.2 原料庫條件影響

精礦庫有效庫容較低，采用取料機(jī)取料存在死區(qū)。隔斷墻角等死區(qū)鏟車無法有效打堆，導(dǎo)致存在大量的死區(qū)物料和呆滯庫存，影響原料的穩(wěn)定性。取料機(jī)故障率高，且配料倉的數(shù)量較少，單臺取料機(jī)故障，就會導(dǎo)致上料系統(tǒng)帶料量不能滿足高作業(yè)率生產(chǎn)。

3.2 取料機(jī)的影響原因

該銅冶煉廠是第一家采用門架式取料機(jī)的，但其適用性還有待考量。精礦與冰銅取料機(jī)是熔煉廠故障率高發(fā)的設(shè)備，主要故障類型是刮板鏈條脫軌、軌道積壓變形、鏈輪與刮板鏈條銷軸異常磨損等，均會影響取料機(jī)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，從而導(dǎo)致降料或者停爐。

3.3 原料振動篩的影響原因

原料系統(tǒng)3＃／4＃振動篩篩網(wǎng)由于精礦中大量大塊物料對篩網(wǎng)的沖擊，導(dǎo)致篩網(wǎng)破損嚴(yán)重，篩網(wǎng)備件未能及時(shí)到貨，導(dǎo)致無法更換，塊狀物料進(jìn)入后段精礦輸送系統(tǒng)，出現(xiàn)頻繁的卡堵情況，嚴(yán)重影響爐頂倉料位，對熔煉爐生產(chǎn)作業(yè)率的提升造成了較大的影響。為了確保振動篩能夠盡快恢復(fù)篩分功能，相關(guān)專業(yè)工程師對振動篩篩網(wǎng)進(jìn)行了改造。

3.4 氣力輸送的影響原因

氣力輸送故障率高，導(dǎo)致爐頂倉料位低影響生產(chǎn)。熔煉精礦和煙塵通過氣流輸送泵的加料、密封、加壓、流化過程后，依靠壓縮空氣傳遞的動能通過管道進(jìn)行濃相輸送。由于被輸送物料本身的性質(zhì)及狀態(tài)無法和氣流輸送泵的設(shè)計(jì)要求匹配，容易在輸送管道中堵塞，影響正常的生產(chǎn)運(yùn)行。尤其當(dāng)物料通過彎管時(shí)，與管道產(chǎn)生劇烈撞擊和摩擦，導(dǎo)致動能大量損失，輸送速度下降，易堵塞管道。

3.5 生產(chǎn)操作的影響原因

熔煉爐生產(chǎn)操作不佳。閃速熔煉爐在造渣過程中存在一系列復(fù)雜的反應(yīng)［4］，其主要反應(yīng)方程式如下：

由反應(yīng)方程式可以看出，在熔煉爐反應(yīng)塔內(nèi)高溫強(qiáng)氧化氣氛中，硫化亞鐵迅速被氧化成氧化亞鐵，與二氧化硅反應(yīng)造渣，受反應(yīng)條件限制，當(dāng)造渣反應(yīng)不良時(shí)，會生成過多的四氧化三鐵，生成的四氧化三鐵一部分隨著爐渣從渣口排出，導(dǎo)致爐渣中四氧化三鐵和渣含銅升高。一部分在熔池中沉降至爐底形成凍結(jié)層，導(dǎo)致熔池有效容積變小，整體爐結(jié)較厚，銅渣面上漲較快，冰銅排放困難。

3.6 余熱鍋爐的影響原因

3.6.1 閃速熔煉爐煙塵發(fā)生率高。

閃速熔煉爐煙塵發(fā)生率一般為5% ～7%，較高時(shí)達(dá)到10%以上，這些煙塵有40%左右在鍋爐中沉降，沉降的煙塵溫度高，反應(yīng)性強(qiáng)，容易與漏入的空氣發(fā)生二次燃燒，很容易粘結(jié)到鍋爐的爐管、灰斗上，不及時(shí)有效地清除和輸送出爐外，很快就能在鍋爐內(nèi)堆積形成渣塊，嚴(yán)重時(shí)堵塞整個(gè)余熱鍋爐煙氣通道，造成停產(chǎn)。

3.6.2 裝置不完善。

閃速熔煉余熱鍋爐輻射部及對流部灰斗格柵布置過密，不利于煙塵沉降，大量的高溫?zé)焿m堆疊后易形成渣塊搭橋，阻礙煙塵落入刮板機(jī)，刮板機(jī)無法有效輸出煙塵，導(dǎo)致大量煙塵在鍋爐里堆積，堵塞煙道，造成事故。閃速熔煉余熱鍋爐爐輻射部及對流部灰斗彈簧錘振打裝置數(shù)量少，循環(huán)等待時(shí)間較長，振打效果有限，導(dǎo)致受熱面上形成結(jié)渣后落入灰斗格柵上形成搭橋，造成停產(chǎn)。

4 提高作業(yè)率的措施

4.1 原料與配料的改進(jìn)措施

4.1.1 穩(wěn)定原料供給

減小原料中冷料的配入量，增大原料S／Cu，加快冷料處理，通過鏟車對死區(qū)物料進(jìn)行打堆作業(yè)，盤活精礦庫有效庫容。盡量減小更換的配料單頻次，更換新配料單時(shí)，要遵循新料配比的加入量比例由少到多，分布提高，使換料過程平穩(wěn)有序，避免引起爐況的大幅波動。

4.1.2 控制合理的原料庫存，穩(wěn)定原料供給

新物料的產(chǎn)地檔案需繼續(xù)完善，對于易引起爐況大幅波動的礦源，要及時(shí)禁止引進(jìn)。使熔煉爐生產(chǎn)有一個(gè)相應(yīng)穩(wěn)定的外部供給的良好條件。

4.2 取料機(jī)的改進(jìn)措施

4.2.1 提高質(zhì)量

原設(shè)計(jì)取料機(jī)主副刮板下部鏈條軌道懸掛筋板強(qiáng)度不夠，數(shù)量也偏少，通過增加懸掛筋板的厚度和數(shù)量后，取料機(jī)因軌道變形損壞的故障大幅減少，主副刮板下部鏈條軌道強(qiáng)度明顯提高。

4.2.2 改進(jìn)結(jié)構(gòu)

原設(shè)計(jì)取料機(jī)刮板鏈條銷軸以及銷套磨損異常，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，銷軸銷孔磨損變大導(dǎo)致鏈條節(jié)距加長，刮板鏈條運(yùn)行沖擊較大，運(yùn)行極其不平穩(wěn)，通過測繪改進(jìn)銷套材質(zhì)和結(jié)構(gòu)后，刮板鏈條銷軸銷套銷孔磨損嚴(yán)重情況得到較大的改善，刮板鏈條使用壽命也得到相應(yīng)的延長。

4.3 振動篩的改進(jìn)措施

原料系統(tǒng)3＃／4＃振動篩篩網(wǎng)原裝篩網(wǎng)是聚氨酯材質(zhì)篩網(wǎng)，不耐大塊物料的沖擊，篩網(wǎng)強(qiáng)度不佳，經(jīng)分析后采用鋼制篩網(wǎng)，篩孔成品字形分布，提前根據(jù)規(guī)格尺寸以及篩孔的布局等預(yù)制好鋼制篩網(wǎng)，爐內(nèi)點(diǎn)檢期間進(jìn)行更換。振動篩篩網(wǎng)改為鋼制篩網(wǎng)后篩分下料能夠較好地滿足熔煉爐生產(chǎn)負(fù)荷的要求，日常維護(hù)只需要進(jìn)行簡單的篩網(wǎng)固定螺栓的檢查緊固，檢修時(shí)間大幅縮短，鋼制篩網(wǎng)的耐用性明顯提高

4.4 氣力輸送的改進(jìn)措施，

下半年更換新的閥門備件后相對處于穩(wěn)定狀態(tài)，輸送管徑由DN125改為DN150，減少輸送系統(tǒng)堵塞故障的發(fā)生。在氣流輸送管道增加管道壓力監(jiān)測及助吹系統(tǒng)，當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)某兩個(gè)壓力測點(diǎn)監(jiān)測到段管道內(nèi)壓降高于正常輸送時(shí)該段管道的壓降時(shí)，系統(tǒng)判定為該段管道堵塞，系統(tǒng)自動開啟，向管道內(nèi)補(bǔ)入壓縮空氣，為被輸送物料補(bǔ)償損失的動能，使被輸送物料能以正常速度通過該段管道，防止被輸送物料易在輸送管道內(nèi)粘結(jié)，改善了管道堵塞問題。

4.5 生產(chǎn)操作改進(jìn)措施

4.5.1 配入還原劑

配料時(shí)加入無煙煤塊與反應(yīng)塔加焦粉，把還原劑從反應(yīng)塔頂隨原料一起帶入爐內(nèi)。由于在塔下形成一定的一氧化碳?xì)夥眨行У囟糁屏舜判匝趸F的形成，從而改善了閃速爐爐況，有利于生產(chǎn)操作。自2019年下半年配入還原劑生產(chǎn)后，爐渣含銅呈降低趨勢，2019年熔煉爐爐渣含銅情況如圖2所示，由上半年均值2.31%，到下半年均值1.78%，降低差值0.53%，降幅22.94%。

圖2 2019年1～12月熔煉爐渣含銅量

4.5.2 控制入爐成分

合理控制入爐四氧化三鐵的含量。把原料中四氧化三鐵的含量控制在可接受范圍之內(nèi)，在實(shí)際生產(chǎn)配料中，一般混合精礦中四氧化三鐵含量控制在2%以內(nèi)。跟蹤爐渣中四氧化三鐵的含量，當(dāng)爐渣中四氧化三鐵含量超過一定量時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，確保四氧化三鐵含量控制在10%以內(nèi)。自2019年下半年采取配入還原劑和控制入爐成分生產(chǎn)后，熔煉爐爐結(jié)周平均高度350 mm，降低周平均最低220 mm；爐渣含四氧化三鐵由月平均最高13.25%，降低到月平均最低9.96%，降幅24.83%。

4.6 余熱鍋爐的改進(jìn)措施

4.6.1 降低閃速爐煙塵發(fā)生率

經(jīng)過分析認(rèn)為精準(zhǔn)控制原料成分、噴嘴效能、準(zhǔn)確失重計(jì)量、爐負(fù)內(nèi)壓及鹽化風(fēng)氧是降低閃速爐煙塵發(fā)生率可行措施。從2019年下半年開始著手控制入爐原料成分，對Pb、Zn、As、Sb、Bi等雜質(zhì)元素的關(guān)注，避免因雜質(zhì)元素超量對爐況造成影響；同時(shí)減少配料變更次數(shù)，降低成分波動物料比；通過定期校正定，提高失重計(jì)量準(zhǔn)確性；穩(wěn)定閃速工藝要求各項(xiàng)參數(shù)，通過對硫酸鹽化氧的控制，減少未反應(yīng)的顆粒進(jìn)入鍋爐，避免二次反應(yīng)，同時(shí)有效降低煙塵發(fā)生率。自2019年下半年以來，熔煉整體煙塵率較穩(wěn)定，且呈降低趨勢，2019年1～12月熔煉爐煙塵率情況如圖3所示，2019年熔煉爐煙塵率由上半年均值8.86%，到下半年均值6.68%，降低差值2.18%，降幅22.6%。

4.6.2 優(yōu)化裝置

圖3 2019年1～12月熔煉爐煙塵率

去除閃速熔煉余熱鍋爐對流部全部格柵，優(yōu)化輻射部過密格柵；增加閃速熔煉余熱鍋爐、閃速吹煉余熱鍋爐輻射部及對流部灰斗彈簧錘振打裝置數(shù)量；對閃速熔煉余熱鍋爐輻射部彈簧錘振打裝置重新分組，縮短循環(huán)等待時(shí)間，增強(qiáng)振打效果；通過技術(shù)改造在易積灰、結(jié)渣位置增加清理孔，發(fā)現(xiàn)煙塵堆積及渣塊堵塞格柵立即清理疏通，保證沉降煙塵能順利落入刮板機(jī)中被及時(shí)輸出爐外。停爐點(diǎn)檢周期由以前的4 d延長到現(xiàn)在的7 d，停爐清理積灰的時(shí)間由原來的6～7h縮短到現(xiàn)在的3～5h，為雙閃爐提高作業(yè)率及快速復(fù)產(chǎn)贏得了寶貴的時(shí)間。

5 結(jié) 語

熔煉爐穩(wěn)定的生產(chǎn)需要合理的配料，重點(diǎn)設(shè)備的保障，避免負(fù)荷大比例的波動；同時(shí)提高懸浮噴嘴的效能，降低閃速爐煙塵的發(fā)生率，是提高閃速爐作業(yè)率的可行措施。如何能夠較好地提高熔煉爐的作業(yè)率，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，在今后的生產(chǎn)過程中還需不斷摸索、不斷總結(jié)、不斷優(yōu)化。