程利振

（銅陵有色金冠銅業(yè)分公司，安徽銅陵 244100）

由銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司投資的銅陵有色奧爐改造工程200 kt/a 礦產(chǎn)銅項(xiàng)目于2016 年3月18 日開工建設(shè)[1]，2018 年5 月18 日正式投產(chǎn)。 項(xiàng)目熔煉主工藝為銅精礦倉式配料—圓盤制?！敶禒t熔煉—電爐貧化—渣水淬[2]。 截至日前，頂吹爐投料量已經(jīng)穩(wěn)定在135 t/h，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。

1 工藝流程

國產(chǎn)銅精礦通過堆式配料—倉式配料與進(jìn)口銅精礦、返塵、混煤、石英砂一起通過皮帶送入制粒機(jī)進(jìn)行制粒。制粒后的混合料通過皮帶送入頂吹爐，與噴槍鼓入的富氧空氣進(jìn)行反應(yīng)生成冰銅、 爐渣和煙氣。其中，煙氣通過余熱鍋爐—電收塵送往硫酸工序制酸， 冰銅和爐渣的混合熔體通過銅溜槽流入電爐進(jìn)行二次澄清分離[3]。澄清分離后的冰銅通過包子—行車送往P-S 轉(zhuǎn)爐吹煉， 爐渣通過渣口銅溜槽—沖渣水淬后外銷給造船廠。 熔煉工藝流程圖見圖1。

圖1 頂吹爐工藝流程

2 工藝特點(diǎn)

2.1 配料工序

考慮頂吹爐處理原料以國產(chǎn)礦為主，礦源多、成分雜， 本項(xiàng)目按照銅精礦中硫銅比高低進(jìn)行區(qū)域劃分和堆存，設(shè)高硫礦區(qū)、高雜礦區(qū)、正常礦區(qū)以及進(jìn)口礦區(qū)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行堆式配料和倉式配料，從而確保入爐物料成分的均一性。

2.2 制粒工序

利用皮帶機(jī)將配比后的混合料送入3 臺(tái)（2 用1備）Φ 6 000 mm 的圓盤制粒機(jī)進(jìn)行制粒，單臺(tái)制粒機(jī)能力60 t/h。 根據(jù)原料含水量決定在制粒過程中補(bǔ)加的水量以降低煙塵發(fā)生率，3 臺(tái)制粒機(jī)單排布置，經(jīng)制粒后的混合料被皮帶機(jī)送至頂吹爐爐頂下料口。

2.3 熔煉工序

熔煉工序建有1 臺(tái)Φ 5 m×16．5 m 的頂吹爐，制粒后的混合料由移動(dòng)加料皮帶通過加料口連續(xù)加入頂吹爐內(nèi)。噴槍將天然氣和氧氣、工藝風(fēng)吹入渣層，工藝風(fēng)為富氧空氣，富氧濃度約63%。 頂吹爐共設(shè)置3個(gè)排放口，一個(gè)為直接排放冰銅的堰口，一個(gè)為排放渣和冰銅混合熔體的堰口，另一個(gè)為事故排放口。爐頂設(shè)置1 個(gè)排煙口，煙道尺寸為5．16 m×3．45 m，同時(shí)噴槍口、加料口和檢尺口均設(shè)置于爐頂。頂吹爐爐內(nèi)砌筑SA 尖晶石耐火材料，所有爐體耐火材料外壁由鋼板組成，并在鋼板外設(shè)置夾套對爐體進(jìn)行冷卻保護(hù)。

頂吹爐配套1 臺(tái)88 m2的電爐，長型結(jié)構(gòu)，其中端部采用圓弧型設(shè)計(jì)，渣線面積88 m2，爐膛寬6．2 m，總長15．5 m，高3．4 m（其中，冰銅層800 mm、渣層1 000 mm、煙氣空間高度1 600 mm）。爐體內(nèi)部采用鎂鉻耐火材料砌筑而成，爐內(nèi)渣線區(qū)設(shè)置銅水套，通過銅水套對該區(qū)域耐火材料進(jìn)行冷卻保護(hù)。 電爐側(cè)墻共設(shè)置有4 個(gè)冰銅排放口，端墻設(shè)置有2 個(gè)渣溢流排放口，另一側(cè)端墻設(shè)置有1 個(gè)頂吹爐的事故排空溜槽入口。 電爐爐頂設(shè)置有1 個(gè)加料口、3 個(gè)電極口以及9 個(gè)預(yù)留口。加料口主要接受頂吹爐混合熔體進(jìn)入；9 個(gè)預(yù)留口主要布置于各排放口上方，平時(shí)加蓋密閉，在需要使用時(shí)才打開。預(yù)留口設(shè)置將有利于造熔池和加入還原劑需要。

2.4 水淬工序

水淬工序主要利用沖渣水將電爐溢流渣冷卻、打碎，然后經(jīng)撈渣機(jī)撈至渣倉進(jìn)行外售。 配置2 臺(tái)180 t/h 撈渣機(jī)（1 用1 備）；沖渣水全部采用硫酸車間回用水；沖渣冷水泵2 臺(tái)，單臺(tái)能力1 050 m3/h；沖渣熱水泵2 臺(tái)，單臺(tái)能力1 050 m3/h；沖渣冷卻塔2 臺(tái)，單臺(tái)冷卻塔能力500 m3/h；抓渣行車1 臺(tái)及附屬?zèng)_渣管道及沖渣水嘴。

3 生產(chǎn)輔助系統(tǒng)

3.1 供風(fēng)系統(tǒng)

頂吹爐噴槍風(fēng)量為19 712 m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，下同），進(jìn)噴槍閥組前風(fēng)壓為155 kPa，頂吹爐套筒風(fēng)量為6 500 m3/h，進(jìn)套筒風(fēng)閥組前風(fēng)壓約為155 kPa，工藝風(fēng)和套筒風(fēng)均由1 臺(tái)風(fēng)機(jī)供應(yīng)。

3.2 供氧系統(tǒng)

本項(xiàng)目氧氣供應(yīng)采用外購方式， 入噴槍閥組氧氣流量平均24 164 m3/h，壓力0．25 MPa，氧氣質(zhì)量濃度99．6%，連續(xù)運(yùn)行，管道供氧。

3.3 余熱回收系統(tǒng)

頂吹爐產(chǎn)生的蒸汽（6．0 MPa）進(jìn)入飽和蒸汽抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組， 抽取0．6 MPa 飽和蒸汽供生產(chǎn)使用，其余蒸汽凝汽發(fā)電，回收凝結(jié)水，1．25 MPa 的蒸汽直接使用。

3.4 電收塵系統(tǒng)

設(shè)置1 套雙室四電場電收塵器用于收集頂吹爐余熱鍋爐出口煙氣中的煙塵，斷面積160 m2，處理氣量95 050 m3/h（367 ℃），極板間距400 mm，附高壓直流整流機(jī)組72 kV 8 臺(tái)，埋刮板輸送機(jī)8 臺(tái)，星型卸料閥8 臺(tái)；奧爐高溫排風(fēng)機(jī)1 臺(tái)，處理氣量137 415 m3/h，電機(jī)功率560 kW，變頻調(diào)速。

4 熔煉系統(tǒng)試生產(chǎn)情況

奧爐改造工程于2018 年5 月18 日投料試生產(chǎn)，投料量從最初的60 t/h 逐步提升至現(xiàn)今的135 t/h，基本達(dá)到設(shè)計(jì)處理能力。

4.1 原料及產(chǎn)物成分

頂吹爐處理原料成分及產(chǎn)物成分見下表1。

表1 頂吹爐處理原料及產(chǎn)物成分 %

通過表1 可知，入爐混合料硫銅比較高，主要原因?yàn)楣咀援a(chǎn)礦銅含量低、 硫含量過高， 硫銅比在1．4 左右，產(chǎn)出冰銅成分銅、硫、鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值分別為57．39%、22．58%、15．61%，接近設(shè)計(jì)指標(biāo)，產(chǎn)出爐渣成分銅含量平均值0．73%低于設(shè)計(jì)指標(biāo)。 此外，由于入爐原料硫銅比偏高，煙氣中二氧化硫濃度偏高，電收塵進(jìn)口煙氣含水均值在208．8 g/m3，煙氣露點(diǎn)溫度較高。

4.2 生產(chǎn)控制

本項(xiàng)目操作主要操作控制參數(shù)如下表2 所示。

表2 熔煉工藝操作控制參數(shù)

5 試生產(chǎn)期間的主要問題及應(yīng)對措施

5.1 料倉粘接堵料問題

原設(shè)計(jì)國產(chǎn)礦配料倉為方形料倉， 料倉粘接嚴(yán)重，不能順利下料。堵料的情況需要很多工人用大錘擊打料倉出料口周邊鋼板， 導(dǎo)致料倉下料口變形嚴(yán)重。 采取的措施是將所有國產(chǎn)礦方形料倉改為圓形料倉， 并加大圓盤給料機(jī)盤面直徑至1 750 mm，并在料倉內(nèi)部襯高分子襯板。 目前，本項(xiàng)目已經(jīng)完成1臺(tái)料倉的改造，使用效果較好，后面將陸續(xù)對其它方形料倉進(jìn)行優(yōu)化整改。

5.2 沖渣溜槽放炮問題

試生產(chǎn)初期，操作人員對水渣比認(rèn)識(shí)不夠，因此出現(xiàn)了水渣比控制參數(shù)不當(dāng)、 沖渣水壓力低導(dǎo)致的多次沖渣溜槽渣粘結(jié)放炮問題。 采取的對應(yīng)措施是優(yōu)化沖渣水嘴大小、角度、形狀；此外，加強(qiáng)熱水池水位、抓砂頻次等管理，基本解決了沖渣溜槽渣粘接放炮問題。

5.3 放銅溜槽粘接問題

銅口溜槽由3 個(gè)部分組成，銅口周邊為耐火磚和搗打料砌筑的結(jié)合部，后接一段碳化硅溜槽，碳化硅溜槽后接一段銅溜槽，以防止熔體落點(diǎn)沖擊銅溜槽降低銅溜槽使用壽命。 但實(shí)際生產(chǎn)中碳化硅溜槽段粘結(jié)嚴(yán)重，清理極其困難。采取的針對性措施是將碳化硅溜槽更換為石墨溜槽，加強(qiáng)銅口排放管理，控制合適的銅溫，取得了滿意效果。

5.4 排煙收塵問題

熔煉爐在試生產(chǎn)初期，投料量低，鍋爐出口溫度低，導(dǎo)致電收塵進(jìn)口煙氣溫度低，煙氣溫度低于露點(diǎn)，多處出現(xiàn)淌酸水及灰泥現(xiàn)象；鍋爐水平段出口灰斗、電收塵灰斗、高溫排風(fēng)機(jī)葉輪及管道積灰較多，清理頻次較高，勞動(dòng)量大。采取的主要措施為拆除鍋爐水平段第四組管束，減少現(xiàn)場管道和設(shè)備漏風(fēng)，提升頂吹爐處理量， 適當(dāng)提高頂吹爐混煤添加比例。 改進(jìn)后，情況得到改善。

5.5 渣水淬問題

渣水淬用水全部來自硫酸車間回用水， 水質(zhì)較差，水中鈉、鈣濃度較高。試生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)管道、閥門、沖渣冷熱水泵結(jié)垢嚴(yán)重，經(jīng)分析化驗(yàn)，結(jié)垢物主要成分為硫酸鈉和碳酸鈣，清理困難。這導(dǎo)致沖渣水流量下降、壓力升高，撈渣機(jī)料斗堵塞嚴(yán)重。 采取的主要措施是添加合適的藥劑，定期清理、更換閥門、管道和葉輪，確保了正常生產(chǎn)。

5.6 爐況控制問題

頂吹爐冶煉過程中會(huì)出現(xiàn)鍋爐掉焦、 噴槍掉槍重、噴槍彎曲、掉片磚、噴槍頭部燒損等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致爐溫降低、噴槍背壓升高、堰口卡磚、熔池反應(yīng)不均勻，從而使氧氣利用率低。熔池氧氣利用率低會(huì)導(dǎo)致煙氣中殘氧濃度增加， 煙氣中三氧化硫濃度、氮氧化物濃度升高等問題。采取的主要措施為嚴(yán)格控制噴槍背壓的波動(dòng)范圍， 及時(shí)調(diào)整燃料使用量和噴槍槍位，必要的情況下更換噴槍，嚴(yán)格控制堰口流淌熔體的溫度波動(dòng)， 降低爐內(nèi)溫度波動(dòng)造成的掉焦、掉槍重、掉片磚等現(xiàn)象的發(fā)生頻次。 該措施實(shí)施效果良好，截至日前，噴槍最長使用壽命20 d，平均在15 d 以上，爐磚使用時(shí)間已經(jīng)超過12 個(gè)月。

6 熔煉爐三大參數(shù)控制方法

頂吹爐爐況控制主要基于銅陵有色自主研發(fā)的MetCal 數(shù)模進(jìn)行噴槍流體計(jì)算和控制。在MetCal 數(shù)模平臺(tái)中輸入原料配比及成分， 設(shè)定合適的冰銅品位、鐵硅比、冶煉溫度，即可自動(dòng)計(jì)算噴槍所需的風(fēng)量、氧量、天然氣量、混煤量和熔劑量，包括產(chǎn)出的冰銅量、爐渣量和煙氣量；根據(jù)產(chǎn)出的冰銅品位、鐵硅比和爐渣溫度進(jìn)行MetCal 數(shù)模的反饋及微調(diào)修正，從而實(shí)現(xiàn)熔煉爐三大參數(shù)的精準(zhǔn)控制， 自主研發(fā)的MetCal 數(shù)模平臺(tái)較為可靠，使用效果好。

7 結(jié)語

銅陵有色試生產(chǎn)半個(gè)月內(nèi)打通了熔煉車間生產(chǎn)流程，產(chǎn)出了符合設(shè)計(jì)指標(biāo)的冰銅品位、和爐渣渣含銅，后續(xù)通過逐步提升頂吹爐處理量，對系統(tǒng)暴露出來的問題進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化， 并進(jìn)一步提升了頂吹爐處理量， 熔煉爐及配套貧化電爐基本實(shí)現(xiàn)了達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。實(shí)踐證明，銅陵有色奧爐改造工程項(xiàng)目以質(zhì)量優(yōu)、投資省、創(chuàng)新多、達(dá)產(chǎn)快、安全好、環(huán)保好的優(yōu)異成績，成為成功案例。