探索復(fù)雜型硫化礦在熔煉爐中的適應(yīng)性

劉富全

（中銅東南銅業(yè)有限公司熔煉廠，福建 寧德 352100）

銅冶煉中，原料多為整個工藝的第一步，乃重中之重。然而不同來源、不同成分的物料對整個工藝的影響都是未知的，實踐中我們只能通過生產(chǎn)經(jīng)驗的不斷積累，才能找到合適的物料，從而確保工藝的穩(wěn)定性和持續(xù)性。

因此，為了更好地探索出閃速熔煉爐對入爐物料的適應(yīng)性，本文結(jié)合某廠2019年6月份復(fù)雜型硫化礦入爐導(dǎo)致爐況波動與調(diào)整措施的分析，簡單闡述熔煉爐與物料之間的匹配性[1]。

1 研究背景

某公司銅冶煉項目采用旋浮熔煉+旋浮吹煉工藝進行銅精礦冶煉，熔煉爐投料量從試生產(chǎn)初期的 80～140t/h 提高至267t/h，達到設(shè)計能力。熔煉爐控制分為前饋控制和反饋修正，一般需要將不同種類的銅精礦、吹煉渣、渣精礦、石英砂通過倉式配料系統(tǒng)進行配料，再經(jīng)由干燥機干燥完，通過失重系統(tǒng)、精礦噴嘴等設(shè)備投入爐內(nèi)，在反應(yīng)塔區(qū)域與工藝風、氧發(fā)生混合，完成熔煉反應(yīng)。

2019年6月份由于采用原料中的新礦B60銅精礦，從而導(dǎo)致熔煉爐況發(fā)生波動，造成當月生產(chǎn)負荷波動大、作業(yè)率低，而且對爐體也有很大的影響。為此，本文以此為基礎(chǔ)，探索此種復(fù)雜型硫化礦入爐的影響，以及對其調(diào)整措施實施后爐況的變化進行分析。

2 實踐過程

2.1 復(fù)雜型硫化礦入爐的前期

6月1日新礦B60銅精礦啟用，隨后因配料需要，該礦比例增大。反應(yīng)一段時間后，熔煉爐的檢尺開始出現(xiàn)黏渣層，導(dǎo)致銅渣面分離不清，熔煉爐內(nèi)半熔融生料堆積。

分析化驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)渣含銅從5月31日的平均值1.77%到6月5日升高5.26%，圖1是未調(diào)整前的渣含銅趨勢圖

圖1 未調(diào)整前的渣含銅趨勢圖發(fā)

采取應(yīng)對措施，通過采取逐步減少B60礦粉配料、物料內(nèi)配入還原劑、爐前觀察孔投加生鐵等措施，至6月12日熔煉爐的控制指標渣含銅降至2.4%，爐況也逐步好轉(zhuǎn)。圖2是調(diào)整之后的渣含銅趨勢圖。

圖2 調(diào)整之后的渣含銅趨勢圖

2.2 復(fù)雜型硫化礦入爐的中期

6月12日17：09熔煉廠中控室監(jiān)控畫面顯示熔煉爐沉淀池底部5號測定溫度662℃，到6月14日10：30分696℃，熔煉爐沉淀池底部溫度呈上升趨勢。。圖3是調(diào)整之后的渣含銅趨勢圖。

圖3 熔煉爐沉淀池底部溫度趨勢圖

對此，工程技術(shù)人員立即安排人員對精礦失重系統(tǒng)和精礦噴嘴等關(guān)鍵設(shè)備進行全面檢查，并對原料入爐后爐況的變化情況進行分析，初步判斷可能是B60銅精礦配入量過大造成爐況異常波動。B60銅精礦成分情況見表1。

表1 B60銅精礦成分表

B60銅精礦的大量配入后，導(dǎo)致混合銅精礦S/Cu整體偏低，爐內(nèi)熱負荷不夠，且該礦中可能存在較多的硫酸鹽和其他氧化物，在反應(yīng)塔無法進行氧化反應(yīng)，自然無法提供反應(yīng)所需的熱量。但由于當時可用礦種和礦量均較少，B60恰為主要礦種，只能臨時逐步降低B60、吹煉渣、渣精礦的配入量，爐況惡化趨勢得到初步控制。隨后入庫的B63銅精礦S/Cu為1.46，B66銅精礦S/Cu為1.96，均大幅偏離閃速爐配料所需求的S/Cu。為調(diào)整爐況和降低B60銅精礦對爐況的影響，啟用這兩種高銅礦，但是需要配入大量的吹煉渣和渣精礦才能維持爐內(nèi)的熱平衡，而由于大量的冷料加入，在反應(yīng)塔僅完成吸熱反應(yīng)變成半熔融狀態(tài)進入沉淀池，導(dǎo)致爐況不能在短時間內(nèi)調(diào)整至正常狀態(tài)[2]。

大量的熔池反應(yīng)，導(dǎo)致爐底結(jié)攪動沖刷，爐底溫度局部快速升高，為確保爐體安全，最有效的手段為降低爐內(nèi)溫度，通過外部強制冷卻降溫、降低生產(chǎn)負荷和降低爐溫控制的方式控制爐底溫度的上漲，雖爐底溫度上漲的問題得到有效控制，但也在一定程度上加速了熔煉爐況惡化。

2.3 復(fù)雜型硫化礦入爐的后期

為進一步調(diào)整爐況，通過降低吹煉渣和渣精礦配入量、降低Fe/SiO2、根據(jù)爐前排放情況適當提高控制溫度等手段，爐況已呈現(xiàn)逐步好轉(zhuǎn)趨勢，6月19日所測熔煉爐熔煉渣溫1307℃，銅溫度1208℃，渣含銅平均值4.08%，圖4是熔煉爐控制參數(shù)Fe/SiO2調(diào)整值與理論值對比圖。

圖4 熔煉爐控制參數(shù)Fe/SiO2調(diào)整值與理論值對比圖

對熔煉爐爐況情況分析，初步認定因原料因素，備料單更改較為頻度，備料干燥機帶料量較大，熔煉爐頂倉重量過大，導(dǎo)致爐況調(diào)整時間長；另外原料中冷料的配入量偏大，原料硫銅比不滿足爐膛熱負荷，爐溫控制偏低，導(dǎo)致渣型不好，銅渣分離不清。

針對分析原因，制定相應(yīng)的措施為：

（1）確保備料單更改頻度盡量減少；

（2）熔煉爐頂倉重量按150～200噸控制，及時與備料聯(lián)系調(diào)整干燥機帶料量；

（3）減小原料中冷料的配入量，增大原料S/Cu，從源頭增加爐膛熱負荷；

（4）特殊時期，定時定點對熔煉爐進行全面檢尺，測定爐內(nèi)凍結(jié)層分布情況；

（5）特殊時期，熔煉爐渣溫按1310～1330℃間控制；

（6）盡快將各銅口盤活，可根據(jù)情況在銅口附近加入生鐵；

（7）確保反應(yīng)塔熱負荷，通過天然氣的使用進行調(diào)整，優(yōu)先使用中央燒嘴燃燒天然氣，反應(yīng)塔頂燒嘴加強清理頻次，防止粘接，確保反應(yīng)充分優(yōu)先使用中央燒嘴；

（8）生產(chǎn)操作時要密切關(guān)注爐底溫度、水套溫度和爐體巡檢。

截止6月20日熔煉爐況逐步恢復(fù)正常，6月21日各指標趨于正?？刂浦?，渣溫度1310℃，銅溫1295℃，渣銅分離清晰，負荷得到逐步提升。

3 爐況波動的原因分析

3.1 物料成分影響

新進礦種——B60銅精礦的成分與以前的礦種存在差異，該礦種中的硫有一部分是以硫酸鹽的形態(tài)存在，這就造成其在反應(yīng)塔區(qū)域參與氧化反應(yīng)時，其釋放的熱量有限，達不到數(shù)模的理論需求值，導(dǎo)致反應(yīng)熱平衡出現(xiàn)失衡，部分物料未能反應(yīng)，爐內(nèi)出現(xiàn)生料，最終使得爐況變差、銅渣分離不清[3]。

3.2 配料調(diào)整影響

因精礦庫現(xiàn)存礦種不多，礦種搭配困難、庫存低，從而導(dǎo)致配料變更幅度較大且調(diào)整頻繁（變更比例超過20%），分析準確性差，調(diào)整滯后。

3.3 樣品化驗影響

受化驗數(shù)據(jù)結(jié)果的影響，爐渣樣品選取、風送、制品、分析等流程下來，需要1.5h左右才能出分析結(jié)果?？刂迫藛T再根據(jù)化驗結(jié)果去調(diào)整石英砂等，難免會存在調(diào)整滯后現(xiàn)象，一般要3個小時以上物料入爐，5個小時以上才調(diào)控效果才逐步顯現(xiàn)，導(dǎo)致渣型嚴重失調(diào)。

3.4 爐溫控制影響

實踐的中期，為了保持爐底溫度可控，未等爐況完全好轉(zhuǎn)時，就采用低溫控制，使得四氧化三鐵大量析出，銅渣再次分離不清，銅面難控，負荷下調(diào)，熔煉爐整體反應(yīng)熱平衡控制失衡。

3.5 核心設(shè)備影響

（1）對于熔煉爐而言，反應(yīng)塔塔頂?shù)木V噴嘴是其最核心的設(shè)備，但是其反應(yīng)效果無法做到及時進行預(yù)判，對其使用和維護的經(jīng)驗不足。

（2）原料系統(tǒng)的取料機、粒化刮板機、干燥機等關(guān)鍵設(shè)備沒有做到以檢代修，造成配料受制約。

4 預(yù)防與應(yīng)對措施

4.1 熔煉每次更換配料單時，熔煉爐爐頂干礦倉料位要求原料提前控制在150～200t，為爐況的快速調(diào)整創(chuàng)造條件，換料生產(chǎn)穩(wěn)定后爐頂干礦倉料位恢復(fù)至250t控制。

4.2 每次更換配料單前，通過渣型調(diào)整將渣中磁性鐵控制在10%左右，爐溫適當高控10～20℃，爐體點檢員實行每半小時檢尺一次，排放口每半小時測溫一次，為爐體溫度的調(diào)整提供依據(jù)。

4.3 每次復(fù)雜型硫化礦入爐時，可先下降1～2t/h的煙灰控制，再根據(jù)爐前測溫和排放情況進行調(diào)整。

4.4 每次調(diào)整配料單，復(fù)雜型硫化礦入爐半小時后從1#、2#觀察孔或12號燒嘴孔進行爐內(nèi)物料情況探測，并將探測情況反饋于相關(guān)控制人員。

4.5 熔煉爐的石英砂調(diào)整要及時，可通過爐前排放情況來進行預(yù)判斷，使生產(chǎn)調(diào)控過程中的渣型穩(wěn)定，利于爐況。

4.6 爐體彈簧及膨脹點檢測工作要有及時、準確的反饋，爐底增加軸流風機及文丘里風管進行風冷，加強爐底溫度局部的檢測。

4.7 精礦噴嘴的工藝風、氧控制標準：投料量≤160t/h時，氧濃按65～70%進行控制，保證入爐工藝富氧風總量在風量在 30000Nm3/h（120t/h）、33000Nm3/h（140t/h）、37000Nm3/h（160t/h）以上，這樣才能確保入爐混合風的壓力維持穩(wěn)定值，便于精礦噴嘴的懸浮反應(yīng)達到預(yù)期效果。

4.8 針對熔煉爐計劃性停爐點檢時，需在停爐前將熔爐爐渣中磁性鐵控制在10～15%之間，靠近10%控制，煙灰倉位控制在30噸以內(nèi)，為停復(fù)產(chǎn)創(chuàng)造條件[4]。

5 結(jié)論

復(fù)雜型硫化礦是使熔煉爐爐況引起波動的最直接也是最大的因素，不僅與其復(fù)雜型硫化礦的元素成分和部分元素存在形態(tài)的物相息息相關(guān)，而且與配料時其加入的配比與混合程度有關(guān)。當然，復(fù)雜型硫化礦對熔煉爐的適應(yīng)性除了這些因素，還受其他方面影響，本文只是針對某種復(fù)雜型硫化礦引起的爐況波動實踐進行分析。

對于閃速熔煉爐而言，當一種新的物料其成分明確，配入遵循逐步遞增的原則，加之控制人員的精心操作，控制得當，摸索到復(fù)雜型硫化礦于熔煉爐的穩(wěn)定性、有序性和適應(yīng)性，就可有效避免爐況的波動，為工藝生產(chǎn)帶來巨大的益處。