閃速爐高冰銅品位生產的探索

鄭德平

（金隆銅業有限公司，安徽 銅陵 244021）

1 引言

金隆銅業有限公司（以下簡稱金隆公司）是一家閃速煉銅企業。2017年7月以前，公司閃速爐冰銅品位一直按（60±1）%控制，轉爐日均生產爐數7爐以下。為提高閃速爐銅精礦處理效率，增加礦銅產量，公司決定開展以提高冰銅品位和轉爐生產爐數為主要目的的生產試驗。

2 提高冰銅品位的主要難點

閃速熔煉屬強化冶煉［1］，閃速爐是一種極具彈性的熔煉設備［2］。提高冰銅品位，在理論上可行。但是，冰銅品位的提高，將打破原有生產系統的平衡，如煙氣平衡、中間在制品處理平衡等，并帶來諸如投料螺旋轉速增加、閃速爐熱負荷增加、爐渣流動性變化、鐵硅比提高對爐內有效容積的影響、行車作業負荷增加等一系列問題。有效應對這些問題，是本次試驗成功的關鍵。

3 策劃提高冰銅品位試驗的技術路線

3.1 測算冰銅品位提高后其他相關工藝指標的變動

借助江西邁凱公司開發的“Metcal”軟件，對冰銅品位提高引起的氧氣量、冰銅量、爐渣量、煙氣量、熔體溫度、冷卻元件進出水溫度等變化進行計算，為閃速爐高冰銅品位生產時的爐況穩定做好準備。

3.2 維持銅酸系統的煙氣平衡

通過降低空氣用量，提高閃速爐氧濃，避免總風量增加，以維持閃速爐、轉爐、制酸三大系統的煙氣量平衡。同時，有助于減少煙塵量［3］，減輕余熱鍋爐結渣［4］和煙氣輸送壓力。

3.3 維持中間在制品處理平衡

冰銅品位提高后，轉爐吹煉產生的反應熱減少，處理固鈹、床下物等雜料的能力下降。可通過增加吹煉爐數、增加電爐固鈹處理量等，實現固鈹等中間物料良性循環。

3.4 適時調整生產組織方式

試驗期間各工序加強協調，積極調整工藝參數，尋找新的平衡點。另外，提高冰銅品位和投料量，還可能帶來包括工藝設備問題在內的很多不確定性，難以一步實施到位，故分兩階段進行試驗：

第一階段：先試驗15天，期間不追求總產量。在固鈹庫存降至400t后，維持現有185t/h的最大投料量不變，使冰銅品位提高至63%。此期間，各系統對發現的問題做好應對處理。轉爐系統把握好生產爐數，尋找最佳生產組織方式，努力減少中間在制品積壓。

第二階段：總結分析第一階段指標變化和相關經驗后，再進行高品位、高投料量生產試驗。

4 第一階段試驗

4.1 熔煉系統

4.1.1 概況

2017年8月1日，閃速爐爐內點檢后開始調整配料，修改數模冰銅控制品位，并在1日晚間將品位提高至61.6%。而后經過連續跟蹤調整，將品位穩定在（62±1）%。至8月17日，暫停試驗，品位恢復到（60±1）%。

4.1.2 配料

試驗期間，配料中銅含量控制在26.3%～26.8%之間，S/Cu控制在1.05～1.08。試驗初期，為防止冰銅溫度、爐渣溫度大幅升高，配料中硫含量控制在28%以下。此時，溫度處于受控范圍內。于是，逐步將配料中硫含量提高，最高達到28.8%。如圖1所示。

圖1 試驗期間配料中Cu、S含量

試驗期間，配料中石英砂比例如表1所示。

表1 試驗期間配料中石英砂比例

4.1.3 投料量

試驗期間，除7日因外部因素影響和11日停爐點檢使日精礦處理量有所下降外，其他時間均保持了高負荷生產。整個試驗期間，平均投料量達到181.4t/h，日均處理精礦約3900t。每日投料量如圖2所示。

圖2 試驗期間日投料量

4.1.4 冰銅品位及電爐渣含銅

試驗期間，由于閃速爐高冰銅品位的摸索、轉爐周期和入轉爐冰銅量的摸索，使閃速爐銅面較高，帶入電爐的銅也較多，致電爐渣含銅明顯升高，維持在0.7%～0.85%之間，而正常生產時控制在0.68%以下。圖3給出了冰銅品位與電爐渣含銅的波動情況，表2給出了不同范圍冰銅品位的占比。

隨著轉爐吹煉爐次的提高，閃速爐高冰銅品位生產的穩定等，電爐渣含銅也恢復到試驗前水平。

圖3 冰銅品位與渣含銅波動情況

表2 冰銅品位占比情況

4.1.5 冰銅溫度和爐渣溫度

試驗期間，對冰銅溫度和爐渣溫度的波動高度重視，對因溫度上升造成的爐體膨脹、冷卻元件漏水、放銅排渣風險等全天候監控記錄。冰銅溫度、爐渣溫度每2h測量1次。圖4是每天測量的平均值。可以看出，冰銅溫度基本維持在1250℃上下，渣溫初期保持在1280℃左右，后期微降，可能與試驗后期爐況波動有關。正常生產時，冰銅溫度控制在（1230±10）℃，渣溫度控制在（1250±10）℃。試驗階段冰銅溫度、渣溫度分別高出正常值（15±5）℃和（25±5）℃。雖然溫度較高，但試驗期間未發生冰銅包、渣包發紅，也未出現冰銅口、渣口難堵，以及放冰銅、排渣等異常現象。此后，公司又采取和保持以下措施控制溫度：

①增加高銅低硫礦、氧化礦和渣精礦的采購量，通過調整配料單來降低反應熱負荷；同時，長、短期配料計劃配合，避免出現熱負荷的大幅度變化；

②避免頻繁停料，嚴格控制升降料幅度和間隔時間，以穩定爐內溫度［5］；

③保持爐內負壓操作，加快爐體散熱［5］。

圖4 試驗期間冰銅溫度和渣溫度波動情況

4.1.6 電爐渣包數

試驗期間，電爐放渣包數如圖5所示，其中最多一天是81包。每包約25.7t。

圖5 試驗期間電爐渣包數波動情況

4.1.7 電爐處理固鈹

試驗期間電爐處理固鈹數量如圖6所示。其中，8月7日至12日，因電爐銅面持續偏高，每天放冰銅6～8包，固鈹處理量較少。

圖6 試驗期間電爐處理固鈹情況

4.1.8 氧濃、爐內壓和鍋爐運行控制

試驗期間，閃速爐投料量控制在（180±5）t/h，工藝風控制在（6500±250）Nm3/h，用氧量19500～22500Nm3/h，氧濃在76.5%上下，較之前增加近2個百分點；爐內壓-15～-5Pa，排風機轉速420～490rpm；鍋爐蒸汽46～55t/h、壓差40～50Pa左右、出口溫度390℃以下；電收塵入口溫度370℃以下。以上，均處在可控范圍內。

4.1.9 螺旋運行情況

閃速爐投料量增至190t/h時，2#螺旋電機轉速1320～1370rpm，低于1480rpm的上限。1#螺旋轉速通過手動與2#螺旋電機轉速保持一致，電流在30～50A內波動，均處于可控范圍。

4.2 轉爐系統

4.2.1 作業方式調整

維持4臺PS轉爐1臺冷態、3臺熱態、任意2臺同時送風吹煉的作業制度［5］。試驗期間主要作業調整有：

①嘗試性提高排風機轉速，由雙爐吹煉時的1250rpm提升至1350rpm后，單爐吹煉時的1200 rpm以下提升至1250rpm，并證明其安全可控；單爐送風量由37000Nm3/h提高至40000Nm3/h以上，使造銅期較以前縮短10min以上，保證了吹煉爐次提高；

②調整轉爐進冰銅的方式，把造渣一期進第一包冰銅提前至與另一臺轉爐造渣二期進料時間一致，利用單臺轉爐吹煉時可以微開轉爐鐘罩閥和此時制酸系統的富裕能力，充分吸入造渣一期進第一包冰銅產生的大量煙氣，并保證后續兩臺轉爐吹煉時不受另外一臺進料影響。

另外，2017年5月份大修期間，對閃速爐、轉爐、制酸及環集系統排煙管道進一步優化后，其煙氣輸送能力明顯提升。

4.2.2 轉爐日生產爐數和煙氣平衡

通過作業方式的調整，轉爐日生產爐數得到提高，平均生產爐數7.2爐/日，最高達7.4爐/日，如圖7所示。同時，現場未出現低空污染和煙氣平衡被打破的現象。

圖7 轉爐日生產爐數

4.2.3 轉爐處理冷料

轉爐固鈹處理量隨冰銅品位升高而降低，日平均處理冷料達49.5t，約6.9t/爐，高于預期的3～5t/爐，如圖8所示。另外，床下物、固白鈹、氧化銅皮、粗銅包殼等含銅雜料的處理量也高于預期，現場基本未出現冷料積存現象。

圖8 冰銅品位與轉爐處理固鈹量的對應情況

4.3 陽極爐、豎爐系統

試驗期間，2#陽極爐爐修，豎爐配合1#陽極爐、3#陽極爐進行生產，陽極爐周期未出現異常。期間，陽極板產量日均1532t，高于計劃值。

4.4 行車系統

試驗期間，行車系統滿足生產要求。

4.5 制酸系統

4.5.1 煙氣平衡方面

試驗期間，制酸兩個系統SO2濃度基本穩定，風量、風機轉速，以及稀釋風閥門開度等，距設計上限仍有一定富余，未對熔煉主廠房空氣質量造成不良影響。后續，隨著Ⅱ系統電除霧器的更新改造，還會進一步改善熔煉主廠房的空氣質量。圖9、圖10給出了試驗期間SO2濃度及風量的變化情況。

圖9 硫酸風機出口SO2濃度變化

圖10 轉化系統風量變化

4.5.2 系統熱負荷方面

試驗期間，硫酸系統熱負荷總體可控，但富余空間有限。9月，公司已在凈化I系統新增了1臺板式換熱器，以改善系統的熱平衡。

5 第二階段試驗

在總結8月份試驗結果和相關應對措施后，公司認為各系統有能力承受更大的生產負荷。于是，10月、11月進入試驗的第二階段，即同時提高冰銅品位和投料量。試驗期間的主要績效如表3所示。

表3 高品位冰銅生產試驗相關績效比較

6 試驗效果及結論

從表3的數據可以看出，在高品位生產期間，精礦處理量、轉爐生產爐數、冷銅處理量、陽極板產量等數據均優于低品位生產時的數據。另外，冶煉煙氣量降低、SO2濃度提高、熔煉主廠房低空污染得到良好控制、各系統安全受控。雖然10月份固鈹等中間物料庫存超出控制范圍，但在11月底已得到較好控制。

綜上所述，至2017年11月底，高品位冰銅生產試驗取得成功，綜合效益顯著。目前，公司高品位冰銅生產已經常態化。