車瑞杰

（北方銅業(yè)垣曲冶煉廠， 山西 垣曲 043700）

2014 年北方銅業(yè)垣曲冶煉廠改建成功后，火法部分采用底吹爐熔煉—轉(zhuǎn)爐吹煉—陽極爐精煉的工藝流程，主要配置有：Φ3.6 m×8.8 m PS 轉(zhuǎn)爐3 臺(tái)，Φ3.8 m×11.5 m 的回轉(zhuǎn)式200 t 陽極爐2 臺(tái)及相應(yīng)的附屬配套設(shè)施。其中200 t 陽極爐采用了天然氣還原技術(shù)、稀氧燃燒技術(shù)、透氣磚技術(shù)。但由于天然氣還原技術(shù)屬于較新技術(shù)，北方銅業(yè)垣曲冶煉廠針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的問題進(jìn)行了攻關(guān)。

1 使用天然氣還原的現(xiàn)狀

相比較于固體還原劑作業(yè)過程中冒黑煙、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差等問題，天然氣作為清潔能源，被銅冶煉廠作為主要還原劑用于陽極爐的還原生產(chǎn)。但是由于天然氣剛開始被使用，沒有成熟的使用經(jīng)驗(yàn)，在使用過程中存在著諸多問題，其中，天然氣利用率低，噸銅天然氣耗量偏高就是主要問題，由表1 可以看出，垣曲冶煉長(zhǎng)在2016 年一年平均天然氣單耗為35.04 m3/t，造成了生產(chǎn)成本的提高。

表1 2016 年噸銅天然氣單耗 m3/t

2 影響天然氣利用率的主要因素及應(yīng)對(duì)措施

2.1 氧化還原槍的角度不正確及應(yīng)對(duì)措施

氧化還原槍作為天然氣進(jìn)入熔體的通道，其角度決定了天然氣在熔體內(nèi)的停留時(shí)間、擴(kuò)散方向。由于氧化還原槍設(shè)計(jì)的角度為徑向的0°，因此當(dāng)爐子進(jìn)料180 t 轉(zhuǎn)至還原位時(shí)，氧化還原槍與液面形成35°的夾角，當(dāng)天然氣（壓力450 kPa）進(jìn)入爐體，便以同樣的角度進(jìn)入熔體后，很快便沖出液面，之后在爐膛內(nèi)燃燒。在此過程中，天然氣與熔體接觸時(shí)間過短，造成還原反應(yīng)不能有效高速的進(jìn)行，從而使得天然氣的利用率大大降低。

綜合爐子在其他位置如等料位、扒渣位等的工作需求，將氧化還原槍的角度改為徑向的20°。重新改動(dòng)后，當(dāng)爐子在還原位時(shí)，氧化還原槍與液面的夾角為0°，使得天然氣在進(jìn)入熔體時(shí)，可以和液體充分接觸，之后再出液面，延長(zhǎng)了天然氣與熔體的接觸時(shí)間，為還原反應(yīng)提高良好的條件。

2.2 氧化還原槍液面深度不夠及應(yīng)對(duì)措施

在2017 年的生產(chǎn)過程中，垣曲冶煉廠兩臺(tái)陽極爐在進(jìn)料量在170～180 t 時(shí)，其他還原參數(shù)基本一致時(shí)，還原時(shí)間相差較大。

表3 陽極爐還原時(shí)間 min

由表1 可以看出，兩臺(tái)爐子的還原時(shí)間差值平均在67.14 min。經(jīng)調(diào)查，是由于2 號(hào)陽極爐處在這一爐期的后期，爐底結(jié)渣嚴(yán)重（在大修時(shí)測(cè)量渣厚60～80 cm），使得在同樣進(jìn)料量時(shí)，液面變高，氧化還原槍液面深度較深，而1 號(hào)陽極爐為剛大修的爐子，爐底幾乎沒有結(jié)渣，氧化還原槍液面深度較淺。

經(jīng)過對(duì)進(jìn)料量為190 t 時(shí)的液面高度及不同深度下壓力的計(jì)算，在保證還原作業(yè)補(bǔ)堵?lián)尩那闆r下，得出200 t 陽極爐氧化還原槍的合理位置，即液面深度為70～80 cm，在更換氧化還原磚時(shí)，重新對(duì)磚的位置進(jìn)行調(diào)整，將磚的位置降低了16.5 cm，取得理想的效果。

2.3 天然氣和氮?dú)獾呐浔炔缓侠砑皯?yīng)對(duì)措施

垣曲冶煉廠所使用的天然氣為天然氣公司直接供給，壓力為450 kPa，氮?dú)庥晌覐S制氧車間供給，壓力為650 kPa，在陽極爐還原時(shí)，天然氣流量調(diào)節(jié)至400 m3/h，氮?dú)庹{(diào)節(jié)至30 m3/h，因此混合氣體的壓力沒有明顯變化，沒有很好的動(dòng)力學(xué)條件，使得混合氣體在進(jìn)入熔體后，不能和熔體充分接觸反應(yīng)，同時(shí)也造成大量的未利用天然氣在爐膛內(nèi)燃燒，使得熔體、爐膛溫度經(jīng)常在1 300 ℃以上，切容易發(fā)生堵?lián)尙F(xiàn)象。

逐步將天然氣的流量調(diào)小，氮?dú)饬髁空{(diào)大，增大混合氣體的壓力，滿足混合氣體進(jìn)入熔體的動(dòng)力學(xué)條件，使得氣體進(jìn)入熔體后可以充分和液體接觸，完成還原反應(yīng)。同時(shí)也要保證混合氣體的壓力不能過大，如果壓力過大，會(huì)使得混合氣體里的天然氣快速溢出液面，不能充分參與到還原反應(yīng)。經(jīng)過摸索，將天然氣流量調(diào)節(jié)至260 m3/h，氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)至120 m3/h，起到了很好的效果。

2.4 爐內(nèi)渣子過多及應(yīng)對(duì)措施

垣曲冶煉廠陽極爐主要處理轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的粗銅，但是由于轉(zhuǎn)爐吹煉的是高品位的冰銅，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐渣無法被擋住，致使部分渣子進(jìn)入陽極爐。天然氣在陽極爐進(jìn)行還原時(shí)，還原反應(yīng)主要發(fā)生在兩個(gè)位置，一是在熔體內(nèi)直接與熔體發(fā)生反應(yīng)，二是從熔體溢出的天然氣與液體表面接觸發(fā)生還原反應(yīng)。如果熔體表面被渣層覆蓋，導(dǎo)致天然氣不能和液體直接接觸，阻礙了還原反應(yīng)的正常進(jìn)行。

經(jīng)調(diào)查，陽極爐渣子不能放干凈有三點(diǎn)原因，首先是轉(zhuǎn)爐用于擋渣的物料粒度太大，起不到擋渣的作用導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)入陽極爐，其次，陽極爐爐口粘結(jié)嚴(yán)重，沒有滿足放渣寬淺平的要求導(dǎo)致渣子不能很好排放，最后，在放渣時(shí)，透氣磚氮?dú)饬髁窟^低，起不到很好的扒渣作用。

月份 1 2 3 4 5 6 平均值7陽極板產(chǎn)量/t 15 699 13 801 15 379 14 965 14 470 13 078 14 427 8 9 10 11 12 11 063 8 6363 2127 427 16 059 12 351還原時(shí)間/min 85 81 79 75 80 88 80.58 76 77 79 77 84 86天然氣耗量/（m3·t-1）19.4119.0718.5117.8918.4817.67 18.74 18.56 20.0018.8118.7919.9117.83

針對(duì)這三點(diǎn)原因，要求轉(zhuǎn)爐擋渣的物料必須進(jìn)行破損后才能使用，陽極爐在進(jìn)完第一批料后必須清理爐口，同在在扒渣作業(yè)時(shí)，將透氣磚氮?dú)饬髁坑?0 L/min 調(diào)整到100 L/min。起到了明顯的效果。

3 各項(xiàng)措施實(shí)施效果

從表4 可以看出，在各項(xiàng)措施實(shí)施后，2018 年，垣曲冶煉廠各項(xiàng)工藝參數(shù)良好，噸銅天然氣單耗明顯降低，保持在18.22 m3/t。

4 結(jié)論

1）氧化還原槍的設(shè)計(jì)角度可以綜合爐體其他位置的角度與液面形成一定的夾角。

2）氧化還原槍的液面深度在200 t 陽極爐可以保持在70～80 cm 之間，不同噸位的陽極爐液面深度不一。

3）使用天然氣作為還原劑時(shí)，可配適量的氮?dú)鈦硖岣咛烊粴獾睦寐省?/p>

4）陽極爐在進(jìn)入還原作業(yè)時(shí)，必須將爐內(nèi)渣子放干凈。