羅銀華

(赤峰富邦銅業(yè)有限責(zé)任公司, 內(nèi)蒙古 林西 025250)

富邦富氧側(cè)吹熔煉爐技改實(shí)踐

羅銀華

(赤峰富邦銅業(yè)有限責(zé)任公司, 內(nèi)蒙古 林西 025250)

針對富氧側(cè)吹熔池熔煉爐投產(chǎn)后二次風(fēng)口位置易產(chǎn)生爐結(jié)以及造渣成本高等問題，對二次風(fēng)口位置進(jìn)行調(diào)整，并采用高鐵低硅渣，以煤代炭，以河沙代替石英，技改后棄渣含銅及綜合能耗顯著降低。

富邦爐； 富氧側(cè)吹； 二次風(fēng)； 爐結(jié)； 高鐵低硅渣

0 前言

赤峰富邦銅業(yè)有限責(zé)任公司按照國家關(guān)于淘汰鼓風(fēng)爐熔煉工藝的政策要求，在對國內(nèi)外多種熔池熔煉爐比較、消化和吸收的基礎(chǔ)上，開發(fā)了富邦富氧側(cè)吹爐。富邦富氧側(cè)吹爐為豎式爐，由耐火磚砌筑的爐缸、三層銅水套、一層內(nèi)襯耐火磚的鐵水套以及爐頂鐵水套組成。反應(yīng)風(fēng)側(cè)吹渣層，反應(yīng)生成的冰銅和爐渣通過銅水套隔墻進(jìn)入渣室，爐渣溢流排放，冰銅虹吸排放。該工藝于2011年6月13日投產(chǎn)，截至目前，共處理銅精礦超過60萬t，床能率達(dá)到74.6 t/(m2·d)，燃料率3.8%～4.5%，渣中鐵硅比控制在1.1～1.2，渣中氧化鈣含量3.5%～5%。為確保冬季安全生產(chǎn)，期間共停爐檢修3次，針對生產(chǎn)中出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行了技術(shù)改造，本文對改造工作以及取得的效果進(jìn)行總結(jié)分析。

1 二次風(fēng)口改造

富邦爐原設(shè)計(jì)二次風(fēng)口位置在側(cè)墻第三層銅水套上，每側(cè)各7個(gè)，風(fēng)口直徑為42 mm，設(shè)計(jì)通風(fēng)能力在10 000 m3/h以上。生產(chǎn)中采取隔一開一的方式，風(fēng)量保證在8 000 m3/h。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，在爐膛內(nèi)側(cè)風(fēng)口位置有大量爐結(jié)產(chǎn)生，爐結(jié)產(chǎn)生的位置見圖1。

1—爐缸；2—一層銅水套；3—二層銅水套；4—三層銅水套；5—四層鐵水套；6—一次風(fēng)口；7—二次風(fēng)口； 8—爐結(jié)

爐結(jié)產(chǎn)生有以下弊端：一是長大的爐結(jié)可能從爐墻掉落進(jìn)入熔池，造成大量渣迅速涌入渣室并從渣室的渣口噴出，存在安全隱患；二是如果落入熔池的爐結(jié)過大，會(huì)降低熔池溫度，甚至帶來堆料危險(xiǎn)；三是兩側(cè)的爐結(jié)如果繼續(xù)生長連成一片，導(dǎo)致爐料無法落入熔池，側(cè)吹爐無法繼續(xù)生產(chǎn)；四是爐結(jié)生成后，二次風(fēng)量無法保證，煙氣殘氧大幅降低，煙氣中的單體硫不能完全燃燒，進(jìn)入制酸系統(tǒng)后堵塞設(shè)備。

爐結(jié)產(chǎn)生后，只能采取提溫作業(yè)，利用爐內(nèi)高溫以及噴濺的熔體對其進(jìn)行沖刷溶解，通常需要20 h以上的時(shí)間才能處理完。此種作業(yè)方式在高氧料比以及高燃料率的條件下操作，違反了側(cè)吹爐的作業(yè)規(guī)程，可能引起泡沫渣噴爐或者爐體漏熔體事故的發(fā)生。

爐結(jié)在其他爐型銅煉冶過程中也普遍存在，艾薩爐的余熱鍋爐、爐頂部位爐結(jié)尤為嚴(yán)重，爐頂及下料口區(qū)域掉渣較頻繁，平均每班掉渣兩次左右，對穩(wěn)定生產(chǎn)影響較大，每次掉渣影響銅精礦處理量達(dá)到20 t以上，而操作溫度提升10 ℃以上，將影響耐火磚的使用壽命[1]。該爐結(jié)形成的主要原因是：被煙氣夾帶的細(xì)小爐料進(jìn)入爐頂區(qū)域或余熱鍋爐，在上面粘結(jié)形成爐結(jié)；爐內(nèi)負(fù)壓控制，爐子負(fù)壓越大，帶入的空氣量越大，煙氣總量就越大，精礦被帶入余熱鍋爐的可能性就越大；爐料中的鉛、鋅成分揮發(fā)進(jìn)入煙氣，進(jìn)入余熱鍋爐冷凝形成爐結(jié)。

對于富邦爐二次風(fēng)口爐結(jié)，最初參考國內(nèi)其他銅冶煉爐型的解決辦法，并結(jié)合富邦爐的特點(diǎn)，定期人工清理風(fēng)眼，確保風(fēng)眼暢通，但是爐結(jié)長大到一定程度后人工無法打開。另外也曾采取定期更換二次風(fēng)口以及在爐結(jié)正下方開一次風(fēng)口沖刷爐結(jié)的辦法，均收效甚微。

二次風(fēng)爐結(jié)問題已嚴(yán)重影響側(cè)吹爐甚至硫酸系統(tǒng)的正常生產(chǎn)，必須加以解決。經(jīng)過多次試驗(yàn)，分析爐結(jié)生長位置，爐結(jié)是熔煉渣噴濺到二次風(fēng)口凝結(jié)粘附在爐墻上形成的，隨著時(shí)間積累，爐結(jié)越長越大。觀察生產(chǎn)時(shí)爐膛內(nèi)熔體的噴濺情況，噴濺很難到達(dá)爐頂附近，因此決定將二次風(fēng)上移到爐頂位置，見圖2。

1—新二次風(fēng)口；2—加料口；3—爐結(jié)清理口；4—余熱鍋爐膜式壁；5—原二次風(fēng)口

該項(xiàng)改造特點(diǎn)如下：爐頂二次風(fēng)口位置設(shè)有兩個(gè)開口，人工定期清理，爐結(jié)不再長大，改造后至今未出現(xiàn)因爐結(jié)而影響生產(chǎn)的狀況；二次風(fēng)量可隨意調(diào)整，煙氣中殘氧穩(wěn)定在3.5%～4%，檢修時(shí)檢查制酸凈化系統(tǒng)，未出現(xiàn)單體硫；煙塵率降低，從之前的1.5%降低到目前的0.98%，分析其原因是二次風(fēng)鼓入爐內(nèi)后形成一道氣幕墻，避免了煙氣夾帶爐料中細(xì)小顆粒直接進(jìn)入余熱鍋爐上升煙道。

2 采用高鐵低硅渣

目前，富邦爐采用高濃度富氧空氣側(cè)吹渣層，為避免生成過量的Fe3O4，冶煉時(shí)通常額外補(bǔ)充熔劑，石英砂加入率為10%～12%，石灰石率為1.5%～2.0%，熔煉渣Fe/SiO2通常控制在1.1～1.2，CaO控制在3.5%～5%；熔煉渣采用電爐貧化處理，水淬后作為棄渣，渣含銅接近0.5%。上述造渣操作存在的問題是熔劑率高，外加石英砂、石灰石熔劑，增加了生產(chǎn)成本；熔化熔劑消耗反應(yīng)熱，增加了燃料消耗。另外，渣量大，棄渣含銅0.5%，銅損失增加，銅綜合回收率低，造成了的資源浪費(fèi)，且棄渣利用途徑有限，附加值低。

富邦銅業(yè)對富邦爐兩年多的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，結(jié)合市場需求，提出了銅富氧雙側(cè)吹熔煉爐造高鐵低硅渣操作。該操作方法是利用富邦爐原料適應(yīng)性強(qiáng)、反應(yīng)速度快、操作簡單等優(yōu)勢，不配入任何熔劑，完全利用銅精礦自身所含SiO2和CaO進(jìn)行造渣反應(yīng)，借助一次風(fēng)的強(qiáng)烈攪拌，使?fàn)t內(nèi)熔體分布均勻，F(xiàn)e3O4含量≤10%。具體操作如下：

(1)調(diào)配的入爐銅精礦滿足以下要求：含F(xiàn)e 26%～28%、 SiO212%～14%。銅精礦、燃料經(jīng)皮帶稱重計(jì)量后輸送到富邦爐爐頂，并連續(xù)地加入到爐內(nèi)熔池，所需燃料為普通煤塊；

(2)通過調(diào)節(jié)壓縮空氣與制氧站氧氣的比例控制一次風(fēng)富氧濃度70%以上；

(3)通過增減一次風(fēng)眼開通個(gè)數(shù)，控制一次風(fēng)壓85～95 kPa，氧礦比在120～140 m3/t礦；

(4)少加入甚至不加入石英砂和石灰石，控制爐內(nèi)負(fù)壓-30～-20 Pa；

(5)通過調(diào)整燃料加入量以及相應(yīng)的氧量，控制熔煉渣溫度在1 230～1 250 ℃；

(6)監(jiān)測煙氣中SO2濃度、爐內(nèi)負(fù)壓以及爐體振動(dòng)等參數(shù)，確保熔煉過程平穩(wěn)，無爐底粘結(jié)以及泡沫渣噴爐發(fā)生。

該過程無需配入熔劑，所產(chǎn)冰銅送轉(zhuǎn)爐吹煉，所產(chǎn)熔煉渣含F(xiàn)e 40%～45%、SiO225%～27%，熔煉渣采用渣包緩冷，之后送往選廠選礦，浮選尾礦含鐵在43%以上，含銅0.25%以下，附加值增加。

2013年10月26日至2013年11月1日，富邦銅業(yè)采用該造渣方法進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)采取逐步降低石英砂和石灰石，逐步提高鐵硅比的方案。試驗(yàn)期間的運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1。

表1 富邦爐造高鐵低硅渣運(yùn)行數(shù)據(jù)

總結(jié)7天的運(yùn)行情況，富邦爐生產(chǎn)正常，無爐底粘結(jié)、橫膈膜以及噴爐事故發(fā)生。側(cè)吹爐渣緩冷后送往選廠選礦，尾礦含Cu 0.25%、含F(xiàn)e 43.09%。富邦爐采用本方法具有如下優(yōu)點(diǎn)。

(1)熔劑添加量為零，渣量減少，渣帶走熱量少，燃料消耗降低，生產(chǎn)成本降低；

(2)所產(chǎn)熔煉渣含F(xiàn)e高達(dá)40%～45%、含SiO225%～27%，利用價(jià)值大大高于水淬渣；

(3)高鐵低硅渣浮選后含Cu低于0.25%，銅綜合回收率提高。

3 以煤代炭，以河沙代替石英

富邦爐在冶煉過程中通常需配入4%左右的燃料，其目的一是補(bǔ)充熱量，為冶煉過程平穩(wěn)進(jìn)行提供保障；二是還原Fe3O4，保證熔煉渣中Fe3O4含量在4%以下，確保安全生產(chǎn)。冶煉廠生產(chǎn)1 t粗銅，側(cè)吹爐消耗燃料約為350 kg，1 t焦粉的價(jià)格1 030元左右，則消耗的焦粉價(jià)值360.5元，約占噸粗銅生產(chǎn)成本的25%。赤峰周邊煤炭資源豐富，公司對生產(chǎn)成本分析后決定進(jìn)行以煤代炭試驗(yàn)，經(jīng)過幾個(gè)月實(shí)踐，取得了較好效果，煤和焦炭的比例為1∶1，側(cè)吹爐生產(chǎn)穩(wěn)定。1 t煤炭價(jià)格為730元，生產(chǎn)1 t粗銅消耗煤和焦粉各175 kg，以煤代炭后，生產(chǎn)1 t粗銅的燃料成本為308元，下降了52.5元，降幅達(dá)15%。以年產(chǎn)粗銅4.5萬t計(jì)算，全年可減少支出236.25萬元。

原設(shè)計(jì)側(cè)吹爐使用的造渣熔劑為石英砂，要求粒度為5～20 mm，其他銅冶煉廠也使用類似粒度的石英砂作為造渣熔劑。在對生產(chǎn)成本多次分析后，公司開始尋找低價(jià)物料替代石英砂以降低成本，最終選擇了林西周邊地區(qū)的雜質(zhì)少、硅含量93%以上的河沙。由于沒有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，河沙最初配比只占20%，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，比例逐漸上升，最終全部使用河沙，生產(chǎn)沒受任何影響。

從幾個(gè)月的生產(chǎn)情況看，本項(xiàng)改造效果超出預(yù)期。按照年產(chǎn)粗銅4.5萬t計(jì)算，全年預(yù)計(jì)使用硅熔劑27 900 t，按照石英砂和河沙的差價(jià)，全年可節(jié)省支出315萬元，噸銅成本降低70元。

4 結(jié)語

富邦爐經(jīng)過兩年多的生產(chǎn)運(yùn)行，多項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢，2012年水淬渣含Cu 0.48%，側(cè)吹爐床能率74.6 t/(m2·d)，噸粗銅綜合能耗252.48 kgce。但生產(chǎn)中也暴露出一些問題，富邦銅業(yè)及時(shí)對這些問題進(jìn)行總結(jié)分析，并進(jìn)行了工藝改造。

原有二次風(fēng)口位置低，熔煉渣噴濺物遇冷粘附在爐墻上，形成大塊爐結(jié)，影響正常生產(chǎn)。改造后，二次風(fēng)口位置移到爐頂靠近余熱鍋爐上升煙道處，爐結(jié)不再長大，至今未因爐結(jié)問題而影響生產(chǎn)；二次風(fēng)量可隨意調(diào)整，煙氣中殘氧穩(wěn)定在3.5%～4%；煙塵率降低，從1.5%降低到0.98%。該項(xiàng)改造為穩(wěn)定側(cè)吹爐爐況，確保安全生產(chǎn)以及硫酸系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

采取高鐵低硅渣型是富邦爐生產(chǎn)工藝的突破，其也為類似于富邦爐的富氧雙側(cè)吹熔煉工藝提供借鑒。采用高鐵低硅渣型，實(shí)現(xiàn)熔劑為零，渣量減少，渣帶走熱量少，燃料消耗降低，生產(chǎn)成本降低；熔煉渣含F(xiàn)e高，浮選后尾礦附加值增加；高鐵低硅渣浮選后含Cu低于0.25%，銅綜合回收率提高。在生產(chǎn)成本方面，噸銅石英砂消耗從620 kg降低到200 kg，石灰石消耗從75 kg降低到0 kg，成本降低了49元，按照年產(chǎn)粗銅4.5萬t計(jì)算，全年可結(jié)省資金220余萬元。

[1]楊毓和. 控制艾薩爐余熱鍋爐結(jié)渣探討[J]. 中國有色冶金,2007,(5): 19-22.

PracticeoftechnologicaltransformationofFubangoxygen-enrichedside-blownsmeltingfurnace

LUO Yin-hua

In view of the problems such as high cost for slag making and easy to scaling in the secondary tuyere position after commissioning of oxygen-enriched side-blown bath smelting furnace, the position of secondary tuyere was adjusted, the copper content in the waste slag and comprehensive energy consumption obviously reduced after technological transformation by using high-iron low-silicon slag, substituting coal with carbon, the river sand instead of quartz.

Fubang furnace; oxygen-enriched side-blown; secondary air; scaling; high-iron low-silicon slag

羅銀華(1965—)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，高級(jí)工程師，主要從事銅冶煉生產(chǎn)、設(shè)計(jì)及技術(shù)管理工作。赤峰富邦銅業(yè)有限責(zé)任公司總工程師、生產(chǎn)副總。

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