宣善倫

(銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司金昌冶煉廠，安徽 銅陵 244000)

澳斯麥特爐生產(chǎn)高品位冰銅的生產(chǎn)試驗(yàn)

宣善倫

(銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司金昌冶煉廠，安徽 銅陵 244000)

介紹了金昌冶煉廠澳斯麥特爐生產(chǎn)高品位冰銅的生產(chǎn)試驗(yàn)。結(jié)果表明，在現(xiàn)有條件下生產(chǎn)品位在60%以上的冰銅，存在單位加工成本高、生產(chǎn)狀況不穩(wěn)定、設(shè)備安全隱患以及影響爐壽命等問題。

澳斯麥特爐； 高品位； 冰銅； 噴槍

0 引言

金昌冶煉廠澳斯麥特爐現(xiàn)正常生產(chǎn)時(shí)冰銅品位為48%左右，該廠的轉(zhuǎn)型方案之一是澳斯麥特爐生產(chǎn)粒化冰銅送“雙閃”廠區(qū)(銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司金冠銅業(yè)分公司)，要求冰銅品位設(shè)計(jì)值為68%，最低值為63%。公司銅冶煉工藝技術(shù)升級改造相關(guān)專題會議確定，“雙閃”廠區(qū)可接受的冰銅品位最低為60%。為驗(yàn)證澳斯麥特爐系統(tǒng)在現(xiàn)有條件下生產(chǎn)高品位冰銅的技術(shù)可行性、設(shè)備可靠性，并估算出相對可靠的生產(chǎn)成本，該廠于2011年9月進(jìn)行了高品位冰銅的生產(chǎn)試驗(yàn)。

1 澳斯麥特爐生產(chǎn)高品位冰銅的生產(chǎn)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)基本條件

氧量：大于13 500 m3/h

風(fēng)量：大于20 000 m3/h

精礦：成分較穩(wěn)定的國產(chǎn)銅精礦，含銅17%～19%、硫24%～26%、鐵24%～26%,水分相對固定；渣精礦成分基本穩(wěn)定。

塊煤：揮發(fā)分23.0%～32.0%，水分<10.0%，灰分<25.0%，含硫≤1.5%，粒度<50 mm，低位發(fā)熱量>20 MJ/kg。

轉(zhuǎn)爐用石英石：為防止造渣困難，要求規(guī)格<15 mm，含SiO2≥90%、Fe2O3≤3%、Al2O3≤2%、F≤0.1%、H2O≤5%，粒度≤15 mm(10～15 mm≥90%)，灰粉量≤0.5%。

1.2 試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

1.2.1 澳斯麥特爐系統(tǒng)

(1)噴槍系統(tǒng)：噴槍閥站內(nèi)高壓風(fēng)管道、套筒風(fēng)管道、霧化風(fēng)管道、主(支)氧氣管道(含管道上閥門與儀表)無泄漏現(xiàn)象；壓力與流量調(diào)節(jié)閥門工作正常可靠；自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行正常；噴槍卷揚(yáng)、噴槍定位系統(tǒng)、氣動(dòng)鎖槍銷、液壓推桿系統(tǒng)、16 t天車等運(yùn)行正常；3支備用噴槍完好，能迅速投入運(yùn)行。

(2)爐冷卻水系統(tǒng)：爐體冷卻水系統(tǒng)供水線路、堰口銅水套、銅溜槽管線無漏水現(xiàn)象；各溫度計(jì)、流量計(jì)、閥門工作正常。

(3)余熱鍋爐及排煙系統(tǒng)：余熱鍋爐正常運(yùn)行；高溫排風(fēng)機(jī)能滿足澳斯麥特爐微負(fù)壓操作要求。

1.2.2 供風(fēng)系統(tǒng)

(1)螺桿空壓機(jī)(儀表供風(fēng))：兩臺螺桿空壓機(jī)運(yùn)行正常；儀表氣源管道(含儲氣罐與閥門)無泄漏現(xiàn)象；儲氣罐的安全閥工作正常。

(2)空壓機(jī)(重油霧化風(fēng)供風(fēng))：4臺空壓機(jī)中保證至少兩臺運(yùn)行正常；壓縮空氣管道(含儲氣罐與閥門)無泄漏現(xiàn)象；儲氣罐安全閥工作正常。

(3)D700風(fēng)機(jī)(噴槍風(fēng)及套筒風(fēng)供風(fēng))：兩臺D700風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常；管道與閥門無泄漏現(xiàn)象。

1.2.3 供油系統(tǒng)

重油、柴油儲量滿足要求；供油與回油管線無泄漏現(xiàn)象。

1.2.4 供氧系統(tǒng)

氧氣流量與壓力達(dá)到要求；供氧線路無泄漏；轉(zhuǎn)爐送氧管道及相關(guān)設(shè)施全面檢查，確?？捎?。

1.2.5 供料系統(tǒng)

圓盤給料機(jī)正常工作；所有皮帶輸送機(jī)能正常運(yùn)行；申克稱系統(tǒng)校準(zhǔn)合格；各配料倉原料滿足試驗(yàn)要求:1#～4#倉小礦山精砂，5#倉轉(zhuǎn)爐渣精礦，6#～7#倉煤，8#倉石英石，9#倉石灰石(根據(jù)渣型備用)。

1.2.6 輔助設(shè)施系統(tǒng)

操作平臺煤箱備足塊煤；相關(guān)溫度等測量設(shè)施檢查正常；取樣等設(shè)施正常；電梯運(yùn)行正常。

1.2.7 電爐系統(tǒng)

調(diào)整澳斯麥特爐鐵硅比，盡可能減少貧化電爐橫膈膜，確保電爐內(nèi)無過多爐結(jié)。

1.3 試驗(yàn)方法和步驟

1.3.1 試驗(yàn)基本方法和思路

根據(jù)冶金原理，氧量一定時(shí)，參與反應(yīng)的物料越少，F(xiàn)eS反應(yīng)越充分，冰銅相中FeS越少，即冰銅品位越高。本次試驗(yàn)的目的是提高冰銅品位，結(jié)合本廠氧量一定的現(xiàn)實(shí)情況，確定基本試驗(yàn)方法為：固定氧量、風(fēng)量，調(diào)節(jié)加料量、燃料量。

1.3.2 試驗(yàn)控制條件

試驗(yàn)控制條件(固定參數(shù))：噴槍風(fēng)量16 500 m3/h;噴槍氧量12 500 m3/h(壓力在0.24 MPa以上);銅精礦與渣精礦(占入爐料量3%)混合料含銅17%～20%。

1.3.3 試驗(yàn)實(shí)施步驟

(A)試驗(yàn)開始于2011年9月7日9:30， 至9月14日11:30結(jié)束，入爐精礦平均含銅18.45%、硫24.4%、鐵26.75%、水10.8%。根據(jù)熔池溫度調(diào)整煤量和油量補(bǔ)充熱量；控制石英石用量，使鐵硅比在1.1～1.2之間。

(B)澳斯麥特爐爐況穩(wěn)定2 h后，從貧化電爐取樣化驗(yàn)冰銅和渣的成分。根據(jù)冰銅品位調(diào)整入爐料量，每次下調(diào)5 t，同時(shí)根據(jù)渣成分調(diào)整入爐熔劑用量。

(C)重復(fù)A、B步驟，待冰銅品位達(dá)到60%左右，穩(wěn)定3～5個(gè)班次，再進(jìn)行冰銅品位65%的試驗(yàn)。

(D)繼續(xù)調(diào)整入爐料量以及煤、油和熔劑的加入量，增大氧料比，重復(fù)上述試驗(yàn)過程，直至冰銅品位達(dá)到65%，并穩(wěn)定3～5個(gè)班次。

1.4 試驗(yàn)判斷標(biāo)準(zhǔn)

澳斯麥特爐連續(xù)3個(gè)以上班次冰銅品位保持在60%(或65%)以上，并且對相關(guān)輔助工序無不可控影響，視為試驗(yàn)成功。

1.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)過程記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)匯總見表1。

表1 高品位冰銅生產(chǎn)試驗(yàn)主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表1

2 高品位冰銅生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 目標(biāo)完成情況

試驗(yàn)中連續(xù)3個(gè)班次以上穩(wěn)定生產(chǎn)出品位60%以上的冰銅，達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。

試驗(yàn)過程中，當(dāng)冰銅品位達(dá)到65%以上時(shí)，爐襯損壞嚴(yán)重，同時(shí)轉(zhuǎn)爐工序難以順利作業(yè)，未能實(shí)現(xiàn)連續(xù)3個(gè)班次穩(wěn)定生產(chǎn)出品位65%以上的冰銅。

從以上兩種高品位冰銅的生產(chǎn)過程看，澳斯麥特爐生產(chǎn)品位65%以上的冰銅是可以實(shí)現(xiàn)的，但由于原料成分波動(dòng)較大，若要持續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)出品位不低于65%的冰銅，則必須將冰銅品位維持在高位，最高時(shí)有可能突破70%。根據(jù)以往的試驗(yàn)結(jié)果，這將可能導(dǎo)致泡沫渣、爐襯損壞等惡性事故，生產(chǎn)難以持續(xù)進(jìn)行，并且只有在確保配料均勻等前提下才能連續(xù)生產(chǎn)。

2.2 存在的問題

(1)高冰銅品位作業(yè)時(shí)爐襯侵蝕明顯。

(2)渣型不穩(wěn)，高品位時(shí)泡沫渣風(fēng)險(xiǎn)加大。

(3)噴槍附著的掛渣因溫度波動(dòng)而掉落頻繁，并造成熔池液面大幅抬高。

(4)冰銅品位波動(dòng)較大，穩(wěn)定困難。

2.3 熔煉過程分析

2.3.1 爐膛氣氛分析

在2004年前后，因金昌冶煉廠澳斯麥特爐連續(xù)出現(xiàn)單體硫進(jìn)行了攻關(guān)，造成的原因在于熔體內(nèi)反應(yīng)溢出大量CO，而當(dāng)熔池溢出的O2和套筒風(fēng)含O2不足以使CO完全反應(yīng)時(shí)，爐膛內(nèi)呈還原氣氛。

熔池內(nèi)存在以下主要反應(yīng)：

ΔGo=-966 480+176.60T

(1)

ΔGo=-564 840+173.64T

(2)

ΔGo=-223 426-175.31T

(3)

以上反應(yīng)可歸納為：

ΔGo=364 020-172.16T

(4)

ΔGo=170 707-174.5T

(5)

在冶煉溫度下(1 250 ℃，1 523K)，反應(yīng)(2)的ΔGo= -300 386 J， 反應(yīng)(3)的ΔGo=-490 423 J， 反應(yīng)(4)的ΔGo=-101 820 J，反應(yīng)(5)的ΔGo=-95 056.5 J。因此，在冶煉溫度下，C在熔池內(nèi)主要發(fā)生反應(yīng)(3)，生成CO進(jìn)入爐膛。

對于反應(yīng)：

ΔGo=-195 880+95.8T

(6)

在冶煉溫度下，反應(yīng)的(6)ΔGo=-49 977 J。因此，冶煉過程中產(chǎn)生的S2在有CO存在的情況下很難被氧化成SO2，只有補(bǔ)充大量氧將CO氧化為CO2后，單體硫S2才能進(jìn)一步被氧化。

正常生產(chǎn)時(shí)，如果噴槍提供的總氧量(包括噴槍風(fēng)、主氧管和套筒風(fēng))不足以保證爐膛內(nèi)的CO和S2完全氧化，爐膛內(nèi)將呈一定的還原性氣氛。

隨著反應(yīng)的進(jìn)行，熔池內(nèi)氧利用率降低，從而有更多O2溢出熔池進(jìn)入爐膛。而高品位冰銅生產(chǎn)時(shí)，用煤量相應(yīng)減少，由熔池溢入爐膛的CO減少，爐膛需氧量相應(yīng)降低，如果總氧量大于需氧量，爐膛將呈氧化氣氛。氧化氣氛將對Fe3O4的形成起促進(jìn)作用，直接導(dǎo)致槍掛渣不斷加重，反復(fù)掉落，并可能形成泡沫渣。

2.3.2 爐膛內(nèi)煙氣溫度變化

爐膛內(nèi)的煙氣為噴槍提供的富氧空氣與熔池內(nèi)的物料、重油反應(yīng)的生成物，包含有未參與反應(yīng)的N2，未完全反應(yīng)的O2，反應(yīng)或分解生成的SO2、CO、CO2、S2等，其中的CO、S2在爐膛與O2按序進(jìn)行放熱反應(yīng)，而在煙氣的作用下，熔體不斷向爐膛空間產(chǎn)生噴濺與降落，與煙氣不斷產(chǎn)生強(qiáng)烈熱交換。因此，以熔池面作為分界限，當(dāng)爐膛內(nèi)反應(yīng)放熱大于爐料分解和水分蒸發(fā)吸熱及新增氣量所需熱量時(shí)，煙氣溫度將大于熔池內(nèi)熔體溫度，反之則低于熔體溫度。

當(dāng)爐膛氧充足時(shí)，CO與S2將充分反應(yīng)，煙氣溫度迅速提高，并在反應(yīng)區(qū)域形成局部高溫，加速對爐襯的侵蝕。

2.3.3 磚襯損害原因探討

試驗(yàn)中觀察到，爐膛溫度明顯偏高，導(dǎo)致爐襯損害加劇。

澳斯麥特爐所用磚襯材質(zhì)為鎂鋁尖晶石材質(zhì)，主要成分為Cr2O3和Al2O3。爐襯保護(hù)的機(jī)理是FeO能夠分別與Cr2O3和Al2O反應(yīng)，生成鐵鉻尖晶石(FeCr2O4)和鐵鋁尖晶石(FeAl2O4)。熱力學(xué)分析表明，當(dāng)爐膛為弱氧化氣氛或還原氣氛時(shí)，兩種尖晶石均穩(wěn)定存在，但當(dāng)氧化氣氛較高時(shí)，鐵鋁尖晶石(FeAl2O4)將發(fā)生反應(yīng)：

ΔGo=-167 291.3+72.014T

(7)

在冶煉溫度下，反應(yīng)(7)的ΔGo=-57 614 J，鐵鋁尖晶石(FeAl2O4)將被氧化，此類材質(zhì)在爐內(nèi)的穩(wěn)定性被破壞。

3 結(jié)語

(1)在現(xiàn)有工藝設(shè)備條件下，生產(chǎn)品位60%以上的冰銅，澳斯麥特爐單位時(shí)間處理量下降30%，導(dǎo)致單位銅熔煉成本較高；

(2)由于精礦來源復(fù)雜，原料品位及成分波動(dòng)范圍大，冰銅品位及渣型難以持續(xù)穩(wěn)定；

(3)當(dāng)冰銅品位達(dá)到并保持63%以上時(shí)，澳斯麥特爐爐襯出現(xiàn)爐磚脫落現(xiàn)象，表明生產(chǎn)高品位冰銅對現(xiàn)有爐襯壽命影響大；

(4)由于高氧勢及渣型不穩(wěn)，噴槍上的掛渣頻頻下落，冰銅品位高時(shí)泡沫渣風(fēng)險(xiǎn)大，并容易造成堰口熔體溢出，存在安全隱患。

金昌冶煉廠目前的澳斯麥特爐，有能力生產(chǎn)出品位在60%以上的冰銅，但存在單位加工成本高、生產(chǎn)狀況不穩(wěn)定、設(shè)備安全隱患以及影響爐壽命等問題。因此，要將澳斯麥特爐用以生產(chǎn)高品位冰銅，應(yīng)充分考慮以上因素，權(quán)衡利弊，做好防范。

Experiment of high grade matte production with Ausmelt furnace

XUAN Shan-lun

This article introduced the experiment of high grade matte production with Ausmelt furnace at JinChang smelter. The results show that if producting matte with grade above 60% under the existing conditions, there are some problems included high unit processing cost, unstable production, unsafe equipment operation, shorted furnace life and so on.

Ausmelt furnace; high grade; matte; lance

宣善倫(1972—)，男，安徽肥西人，本科學(xué)歷，冶煉工程師，從事冶煉技術(shù)管理工作，現(xiàn)任銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司金昌冶煉廠生產(chǎn)技術(shù)部部長。

2015-09-09

2015-11-20

TF811

B

1672-6103(2016)01-0013-04