臧軻軻，王華駿，沈承勝

（金冠銅業(yè)分公司，安徽 銅陵 244000）

金冠銅業(yè)是世界上第三家采用閃速吹煉工藝的冶煉廠，其裝入系統(tǒng)采用了傳統(tǒng)的失重計量給料系統(tǒng)+風動溜槽+噴嘴的配置，投料初期，由于裝入量及作業(yè)率均比較低，加之工藝參數(shù)尚在摸索過程中，本套系統(tǒng)基本能夠滿足試生產的要求，但是隨著吹煉系統(tǒng)的逐步穩(wěn)定，在高裝入量下的一些問題就慢慢暴露出來，甚至影響到了系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，問題主要表現(xiàn)在給料波動大，階段性出現(xiàn)大正壓導致正壓聯(lián)鎖跳車以及棒渣波動大等[1]。后通過工藝分析，認為問題的源頭在于裝入系統(tǒng)的給料不均以及噴嘴結構等方面，為此，金冠對閃速吹煉裝入系統(tǒng)進行了一系列改進、優(yōu)化，并取得了較好的效果。

1 存在的問題

1.1 冰銅失重給料螺旋

冰銅失重控制系統(tǒng)是閃速吹煉爐給料系統(tǒng)核心設備之一，冰銅螺旋給料在使用過程中出現(xiàn)填充率過低，僅能達到25%，是裝入系統(tǒng)給料不穩(wěn)定主要根源。原有失重螺旋存在以下問題：

（1）給料量達不到設計量，設計給料量為40-110t/h，實際使用中螺旋給料量最大只能達到85t/h；

（2）電機在高頻率運行下只能達到給料的75%～80%，且給料電流波動大，大流量（70t/h以上）時給料量波動大，且給料脈沖現(xiàn)象嚴重時，電機超頻運行。當螺旋給料量達到85t/h，減速機轉速已達1700r/min,已經遠超其額定轉速（1470r/min）運行，已不能再通過提高電機轉速來提高投料量；

（3）填充率過低形成的給料脈沖流量波動大，超出了現(xiàn)有風動溜槽緩沖能力，造成進入冰銅噴嘴的物料不穩(wěn)定，從而影響了冰銅噴嘴的正常反應。

1.2 冰銅風動溜槽

風動溜槽是一種氣力輸送設備，通過改變溜槽內物料的流速來控制料層的厚度，以達到緩沖物料并消除出口物料波動幅度的作用，但在實際生產中出現(xiàn)以下問題：

（1）冰銅風動溜槽底板透風篩網容易局部堵塞，造成物料偏析，進入噴嘴和反應塔的物料不均勻，生料產生率高，影響閃速吹煉爐的正常均勻反應；

（2）冰銅風動溜槽進料端由于物料初速度較低，易在溜槽頭部淤積，阻礙物料連續(xù)、均勻的進入反應塔，形成不定期的波浪式供料；

（3）FCF原料內不可避免的含有冰銅、煙灰等塊狀物料，且冰銅粉比重大、流動性相對較差，塊狀物在槽廂內不易被氣流推動，形成了阻礙；

（4）為盡量降低風動溜槽阻礙點，運轉班組需頻繁對溜槽內部進行在線清理，運行維護難度大、工作量大；

（5）因推動物料需較大量的壓縮空氣，溜槽持續(xù)或頻繁間斷的噴正壓，夾雜物料的帶壓氣體經常沖漏蓋板密封，物料被吹出溜槽外，造成現(xiàn)場環(huán)境惡劣，粉塵濃度大，環(huán)境差。

通過對閃速吹煉爐現(xiàn)場設備工況進行現(xiàn)場觀察，同時結合山東陽谷噴嘴設備組成情況，發(fā)現(xiàn)我廠所用裝入系統(tǒng)設備存在脈沖給料現(xiàn)象，其源頭在于冰銅螺旋的單螺旋設計，且螺旋填充率底，主電機超頻使用，電機轉速波動較大，物料進入風動溜槽后，風動溜槽內料層較薄，對來料的均化作用不明顯，且風動溜槽設備工況不穩(wěn)定，在輸料過程中嚴重時會出現(xiàn)堵料現(xiàn)象，從而造成爐料在反應塔中反應不均衡，分別形成過氧化物和欠氧化物，當不均衡反應的爐料進入吹煉爐熔池內時，會發(fā)生劇烈的交互式熔池反應，從而造成吹煉爐爐況波動，吹煉系統(tǒng)負壓不穩(wěn)定，造成設備及安全隱患。

2 裝入系統(tǒng)的改進、優(yōu)化

2.1 風動溜槽更換為埋刮板

FCF風動溜槽自投產后經過多次改進，如透風率優(yōu)化、

氣量增加、局部補氣、提升角度等多種措施，均有一定的明顯效果，但仍無法徹底解決上述問題，經過數(shù)月的生產實踐證明，不同于FSF原料干礦比重小、易流化等特點，綜合以往各種實踐分析：風動溜槽這種輸送方式目前不適于用FCF這種高比重且流態(tài)化性質差的冰銅粉原料。

2015年3月27 日利用月修停爐機會完成將風動溜槽改為刮板運輸機：

（1）刮板選型為槽寬400mm，配套后續(xù)冰銅噴嘴，技術角度上無縫對接，不影響反應；

（2）刮板輸送能力40～110t/h，可變頻調速，實現(xiàn)在不同裝入量下的靈活調節(jié)；

（3）刮板翅片高度110mm，保證冰銅粉淹沒翅片，降低脈動現(xiàn)象；

（4）刮板槽廂內安裝2只緩沖擋管，高度分別為120mm和130mm，起到預均化和再均化物料的作用；

（5）刮板出口至冰銅噴嘴約1米段采用風動溜槽連接，傾斜角度達27°，杜絕了物料淤塞。

在刮板改造后，刮板中料層厚度比風動溜槽中料層厚度增加，給料穩(wěn)定性比風動溜槽好，且刮板運行性能穩(wěn)定，風動溜槽堵料問題也得到解決。冰銅噴嘴反應善得到改善，正壓跳車在改造后的各月份中出現(xiàn)次數(shù)明顯減少，因此在2015年7月6日爐內點檢時在冰銅裝入刮板中添加勻料擋板來改善刮板內物料的平整性。

2.2 給料螺旋轉子改造

雖添加勻料擋板后，爐內壓波動情況又進一步好轉，正壓跳車造成停爐的次數(shù)也有所降低，但由于冰銅螺旋填充率過低，螺旋轉速波動大，刮板的優(yōu)化也不能完全解決脈沖給料的影響；另外螺旋的給料能力也受到嚴重制約，不能長期超頻使用。因此通過與奧圖泰等廠家合作，通過對螺旋轉子進行改進來提高填充率。在2015年9月16日月修中將冰銅螺旋轉子進行更換，下表為冰銅螺旋轉子更換后螺旋轉速對比。

表1 冰銅螺旋轉子更換后螺旋轉速對比

2.3 冰銅噴嘴分布風孔旋流設計

閃速吹煉反應的在造銅反應主要在反應塔中進行，其反應效率受到反應時間及氧料接觸率的影響，在現(xiàn)有噴嘴中，反應時間受到反應塔高度的條件限制，無法進行調整，因此只有在增加氧料接觸率的方向進行改造。通過借鑒陽谷旋流噴嘴的基礎上，我們提出將冰銅噴嘴分布風進行旋流設計，將原有垂直孔改為斜孔，從而通過分布風風向的改變帶動冰銅物料增加切向流動，進而增加冰銅粉與工藝風的接觸率，其示意圖如下。

如圖所示，綠色線代表分布風及冰銅粉走向，將分步風孔由垂直孔改為斜孔后，除垂直方向動能外，其增加了切線方向的動能，可增加冰銅物料的切線方向的流動，從而增加冰銅份與工藝風的接觸率，提高閃速吹煉反應在反應塔中的氧利用率。

圖1 冰銅噴嘴分布風

通過理論分析，此改造思路可行，因此在11月16日將新改造分布風環(huán)安裝在冰銅分布器上進行現(xiàn)場使用試驗。

通過對試驗前后爐況、參數(shù)及棒渣含銅等數(shù)據(jù)進行分析，改造后冰銅噴嘴有效提高了反應效率，在相同原料條件下降低了氧系數(shù)。

表2 改造前后氧系數(shù)變化

通過上表數(shù)據(jù)分析可明確看出改造前后的變化，在相近的冰銅粉含銅、棒渣含銅及相同的煙灰裝入量條件下，冰銅噴嘴改造后氧系數(shù)明顯較低，在反應塔中的反應效率有所提升，對穩(wěn)定爐況有積極作用。

3 改造效果

通過對吹煉爐裝入系統(tǒng)的改造，吹煉冰銅噴嘴的反應狀況明顯改善，可通過數(shù)據(jù)情況表現(xiàn)出來，由于數(shù)據(jù)量較大，在數(shù)據(jù)處理中引入方差進行統(tǒng)計分析，以確定吹煉爐高效反應的穩(wěn)定性，具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 正壓跳車次數(shù)

通過對閃速吹煉裝入系統(tǒng)一系列改進，吹煉爐爐內壓波動程度，從各月份吹煉爐正壓跳車和爐況影響次數(shù)統(tǒng)計可以看出，3月27日刮板改造后正壓跳車次數(shù)有所降低，但每月仍多次出現(xiàn)，7月6日刮板內添加勻料擋板后，月正壓跳車次數(shù)有所降低，9月16日更換冰銅螺旋后，正壓跳車現(xiàn)象基本消除；

3.2 四氧化三鐵的穩(wěn)定性

對改造前后至今各月份內棒渣含F(xiàn)e3O4數(shù)據(jù)進行分析，裝入系統(tǒng)的三步改造后吹煉爐渣含F(xiàn)e3O4方差值比改造前15年1-3月份總體逐漸降低，說明改造后各月份棒渣中Fe3O4成分較改造前幾個月相比穩(wěn)定性逐漸增強，吹煉爐內造渣反應較為穩(wěn)定；

表3 正壓跳車次數(shù)

表4 棒渣含銅

3.3 棒渣含銅的穩(wěn)定性

同時，對11月份改造前后棒渣含銅平均值及方差值進行計算分析，可明顯發(fā)現(xiàn)改造后棒渣含銅更穩(wěn)定，其方差值（4.6）遠遠小于改造前方差值（9.1），由此可體現(xiàn)吹，吹煉爐冰銅分布器改造后，粗銅品質更加穩(wěn)定。

表5 改造前后棒渣含銅對比

同時對陽極化爐氧化還原時間進行統(tǒng)計分析，冰銅噴嘴改造后其氧化還原時間明顯小于冰銅噴嘴改造之前。

表6 陽極化作業(yè)時長變化

4 結論

通過以上改造，金冠閃速吹煉工藝日趨穩(wěn)定，閃速吹煉爐高負荷（＞75t/h）生產作業(yè)率能夠穩(wěn)定在80%以上。雖然，裝入系統(tǒng)的改造整體上是成功的，但是對于困擾我們比較大的閃速吹煉爐爐內壓波動問題，仍沒有從根本上解決，因此，穩(wěn)定爐內壓將是我們下一步解決的重點問題。