賈 龍

（贊比亞謙比希銅冶煉有限公司卡魯魯西北京代表處，北京 100029）

謙比希銅冶煉有限公司（CHAMBISHI COPPER SMELTER LIMITED，以下簡(jiǎn)稱CCS）位于贊比亞銅帶省中部的卡魯魯西（Kalulushi）市，由中國(guó)有色礦業(yè)集團(tuán)和中鋁西南銅業(yè)集團(tuán)共同出資組建，是至今中國(guó)在海外建設(shè)并運(yùn)營(yíng)的最大的銅鈷火法冶煉廠。冶煉工藝采用國(guó)際先進(jìn)的ISA爐富氧頂吹浸沒熔池熔煉、貧化電爐沉清分離、PS轉(zhuǎn)爐吹煉、陽(yáng)極爐精煉及還原電爐回收鈷工藝。

CCS轉(zhuǎn)爐工序現(xiàn)有尺寸均為φ4.0m×11.7m的臥式側(cè)吹（P-S）轉(zhuǎn)爐四臺(tái)，三用一備，作業(yè)制度為爐交換吹煉[1]。自建成投產(chǎn)以來(lái)，轉(zhuǎn)爐吹煉噴濺問(wèn)題一直是公司面臨的主要問(wèn)題，不僅對(duì)設(shè)備、環(huán)境和安全生產(chǎn)等帶來(lái)較大危害,而且惡化了各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。為此，公司組織了技術(shù)攻關(guān)組對(duì)轉(zhuǎn)爐吹煉噴濺的影響因素進(jìn)行分析，并提出合理的控制措施。

1 轉(zhuǎn)爐噴濺的危害

轉(zhuǎn)爐噴濺會(huì)造成爐內(nèi)物料和溫度損失，擾亂正常冶煉操作的物料平衡、氧平衡與熱平衡，轉(zhuǎn)爐吹煉控制存在明顯誤差[2]，影響工藝操作，導(dǎo)致金屬損失。CCS轉(zhuǎn)爐吹煉工序按物料損失量多少，將噴濺分為：一般噴濺0.5%～2%、嚴(yán)重噴濺2%～5%、惡性噴濺（噴爐）5%以上。其中惡性噴濺，危害極其嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）發(fā)生多起因轉(zhuǎn)爐噴濺造成高溫熔體燙傷人員事故；

（2）噴濺物易在煙罩內(nèi)形成結(jié)渣堵塞煙氣通道，影響制酸系統(tǒng)，頻繁發(fā)生因結(jié)渣墜落損壞設(shè)備，嚴(yán)重影響生產(chǎn)；

（3）縮短密封煙罩水套、密封小車軌道等設(shè)備的使用壽命；

（4）因噴濺造成爐內(nèi)物料損失嚴(yán)重，造成冷料大量堆積，增加生產(chǎn)成本；

（5）煙罩結(jié)渣不僅造成轉(zhuǎn)爐爐修工作耗時(shí)耗力，而且對(duì)維修人員的安全構(gòu)成威脅。

2 轉(zhuǎn)爐噴濺形成機(jī)理

轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程是發(fā)生在一個(gè)復(fù)雜的高溫多相流體系，涉及到多相間的流動(dòng)并耦合著傳熱、傳質(zhì)、相變及化學(xué)反應(yīng)等，目標(biāo)是將冰銅中的鐵、硫、鉛、鋅等雜質(zhì)元素氧化去除得到目標(biāo)銅水成分和溫度，其機(jī)理十分復(fù)雜[3]。根據(jù)銅轉(zhuǎn)爐吹煉的原理、工藝特點(diǎn)及實(shí)際操作情況，轉(zhuǎn)爐噴濺形成機(jī)理主要是爐渣泡沫化和爐內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣體[4]，與吹煉模式、渣型、溫度、生產(chǎn)管理等因素關(guān)系密切。在操作過(guò)程中因沒有合理的控制好渣型、溫度等工藝指標(biāo)，使?fàn)t渣黏度增加，爐渣泡沫化嚴(yán)重，導(dǎo)致爐內(nèi)大量氣體無(wú)法均勻順暢的排出而發(fā)生噴濺。

3 轉(zhuǎn)爐吹煉噴濺的影響因素分析

3.1 吹煉模式

CCS轉(zhuǎn)爐尺寸為φ4.0m×11.7m的臥式側(cè)吹，設(shè)計(jì)能力為單爐冰銅進(jìn)料量150t～180t，但一味的為了追求單爐粗銅產(chǎn)量，將單爐冰銅進(jìn)料量增加到200t～220t。吹煉模式主要采取6-2-2生產(chǎn)進(jìn)料方式，即熱冰銅分三批加入，第一批120t（6包），第二批40t（2包），第三批40t（2包），期間還要添加冷料10t～30t。嚴(yán)重增加了轉(zhuǎn)爐吹煉負(fù)荷，減少了爐容比，使轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程長(zhǎng)期處于高液面狀態(tài)，造成爐內(nèi)壓力高，熔液晃動(dòng)大，噴濺嚴(yán)重。因此，調(diào)整合理的吹煉模式，對(duì)控制轉(zhuǎn)爐噴濺具有重要意義。

3.2 渣型

轉(zhuǎn)爐渣型的好壞對(duì)轉(zhuǎn)爐噴濺的形成有直接關(guān)系，對(duì)整個(gè)吹煉周期的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有很大影響，與冰銅品位、吹煉溫度、爐渣中Fe3O4、SiO2的含量等因素密切相關(guān)。低冰銅品位，高吹煉溫度，對(duì)轉(zhuǎn)爐吹煉渣型有利，但如果冰銅品位過(guò)低，吹煉溫度過(guò)高會(huì)造成渣量大，影響爐壽等問(wèn)題，不利于與生產(chǎn)；爐渣的中SiO2、Fe3O4含量對(duì)渣型影響較大，在冰銅品位和吹煉溫度一定時(shí)，當(dāng)爐渣中SiO2含量減少時(shí)，F(xiàn)e3O4含量會(huì)增加，使?fàn)t渣黏度增加，泡沫化嚴(yán)重，從而加劇轉(zhuǎn)爐噴濺，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生惡性噴濺（噴爐）事故；但當(dāng)爐渣中SiO2含量增加到一定程度時(shí)，同樣會(huì)增加爐渣黏度，使?fàn)t渣泡沫化嚴(yán)重，引發(fā)噴濺問(wèn)題。因此，控制合理的渣型對(duì)控制轉(zhuǎn)爐噴濺具有重要作用，CCS轉(zhuǎn)爐渣主要成分如表1所示。

表1 CCS轉(zhuǎn)爐渣主要成分(%)

3.3 吹煉溫度

轉(zhuǎn)爐吹煉屬于放熱過(guò)程，不需要提供額外的熱量，吹煉溫度主要取決于吹煉過(guò)程中鐵和硫的氧化等,而鐵和硫的氧化主要受吹煉氣體的流量及其氧濃和冰銅品位等因素的影響。CCS熔煉工序所產(chǎn)冰銅主要成分如表2所示，從表中可以看出CCS轉(zhuǎn)爐吹煉屬于高品位冰銅吹煉，而高品位吹煉時(shí)熱量不足，爐時(shí)縮短，爐膛內(nèi)的爐結(jié)嚴(yán)重，爐口噴濺大，同時(shí)隨煙氣帶走的熱量多，冷料添加較困難。

表2 CCS冰銅主要成分(%)

3.4 生產(chǎn)管理

轉(zhuǎn)爐吹煉操作簡(jiǎn)單、靈活，但自動(dòng)化控制水平不高，對(duì)人為經(jīng)驗(yàn)依賴性較強(qiáng)。如爐溫控制、熔劑添加時(shí)機(jī)、篩爐終點(diǎn)、出銅終點(diǎn)等工藝指標(biāo)需要依靠人為經(jīng)驗(yàn)判斷，對(duì)操作人員的技能水平和責(zé)任心要求較高。CCS地處非洲大陸，操作人員多以當(dāng)?shù)鼐用駷橹鳎毡槲幕潭炔桓?，在轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)因工藝指標(biāo)判斷不準(zhǔn)確，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐吹煉溫度偏低，爐結(jié)嚴(yán)重；熔劑添加量和時(shí)機(jī)不準(zhǔn)確，渣型差；篩爐終點(diǎn)、出銅終點(diǎn)判斷不準(zhǔn)確，造成惡性噴濺事故等影響安全生產(chǎn)的情況，給生產(chǎn)管理水平帶來(lái)挑戰(zhàn)。

4 控制措施

4.1 摸索合理的吹煉模式，降低操作液面

將單爐冰銅的進(jìn)料量減少到180t～200t，進(jìn)料模式調(diào)整為5-2-2和6-3兩種吹煉模式生產(chǎn)。與6-2-2吹煉模式對(duì)比發(fā)現(xiàn)，雖然單爐產(chǎn)量降低了，但因操作液面降低了，噴濺問(wèn)題得到明顯的控制，而且爐時(shí)縮短，爐與爐之間吹煉更緊湊。另對(duì)比發(fā)現(xiàn)6-3吹煉模式因分成兩批料加入爐內(nèi)，縮短了進(jìn)料時(shí)間，減少了冷料產(chǎn)出，表現(xiàn)出更明顯的優(yōu)勢(shì)[5]。

4.2 降低冰銅品位，控制合理渣型

將冰 銅品位降低到58%～62%，增加熔劑的粒度，適當(dāng)提高吹煉溫度，爐渣中SiO2含量控制在22%～26%，F(xiàn)e3O4含量控制在15%～35%。經(jīng)過(guò)調(diào)整后轉(zhuǎn)爐吹煉爐渣的黏度和爐渣泡沫化程度得到明顯改善，不僅減少了轉(zhuǎn)爐噴濺，而且降低了渣含銅，改善了貧化電爐爐況。

4.3 提高富氧濃度，提升吹煉溫度

適當(dāng)提高吹煉過(guò)程中的富氧濃度，造渣期控制在22%～24%，造銅期控制在21%～22%。生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果證明，富氧吹煉能快速提升爐內(nèi)溫度，減少爐膛內(nèi)的爐結(jié)，不僅吹煉噴濺減少，而且爐時(shí)明顯縮短，還增加了冷料處理量。

4.4 加強(qiáng)操作技能培訓(xùn)，提高生產(chǎn)管理水平

采取定期集中培訓(xùn)，考核合格上崗，簽訂師帶徒協(xié)議，末位淘汰制等措施來(lái)加強(qiáng)對(duì)當(dāng)?shù)貑T工操作技能的提升。有效的控制了因人為因素造成的惡性噴濺事故，多項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)標(biāo)得到改善，生產(chǎn)管理水平上了一個(gè)新臺(tái)階。

5 實(shí)施前后效果對(duì)比

在技術(shù)攻關(guān)組合和所有操作人員近一年的共同努力下，CCS轉(zhuǎn)爐吹煉噴濺問(wèn)題得到明顯改善，有效的杜絕了惡性噴濺（噴爐），減少了常規(guī)噴濺，解決了因轉(zhuǎn)爐噴濺問(wèn)題帶來(lái)的危害，實(shí)施前后效果對(duì)比如表3所示。同時(shí)，轉(zhuǎn)爐吹煉的多項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也得到提升，實(shí)施前后各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比如表4所示。

表3 實(shí)施前后效果對(duì)比

表4 實(shí)施前后各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)CCS銅轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程噴濺形成機(jī)理及影響因素分析后，采取合理的措施，有效的控制了轉(zhuǎn)爐噴濺帶來(lái)的危害，同時(shí)多項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也得到明顯改善，為公司安全生產(chǎn)、產(chǎn)量提升，生產(chǎn)成本節(jié)約創(chuàng)造了有利條件。