關于延長200 t陽極爐使用壽命的生產實踐

車瑞杰

（北方銅業垣曲冶煉廠， 山西 垣曲 043700）

2014年北方銅業垣曲冶煉廠（全文簡稱“垣曲冶煉廠”）改建成功后，火法部分采用底吹爐熔煉—轉爐吹煉—陽極爐精煉的工藝流程，主要配置有Φ4.8 m×20m底吹爐1臺、Φ3.6m×8.8mPS轉爐3臺、Φ3.8m×11.5 m的回轉式陽極爐2臺及相應的附屬配套設施。投產至今，系統經過三個周期的使用，現整個系統的使用周期可達16個月，但2臺200 t陽極爐的使用壽命一直在10個月以內，如進行在單臺爐生產，會使產能減少25%，因此，垣曲冶煉廠對陽極爐壽命短這一問題進行了攻關。

1 作業時間對陽極爐壽命的影響及解決辦法

陽極爐壽命按銅冶煉行業可分為大修壽命和小修壽命，垣曲冶煉廠經過技術改進，可實現熱態下對重點區域的耐火材料進行更換，因此，沒有小修。大修爐壽命指系統檢修時將全部耐火材料進行更換后生產到下一次全部更換的時間。陽極爐的作業順序為等料、氧化扒渣、還原、澆鑄，在等料和澆鑄階段，熔體在爐內沒有受到氣體的攪拌，對耐火材料不會造成沖刷與侵蝕，而氧化還原、扒渣階段，爐內熔體攪拌劇烈，化學反應較快，因此這兩個階段的作業時間直接影響著陽極爐壽命。

1.1 氧化扒渣

1.1.1 時間過長

陽極爐主要處理的是轉爐生產的液態粗銅，由于轉爐的入爐空氣量較大，基本在25 000～27 000 m3/h之間，在終點判斷時，如多吹1 min，會發生過吹事故；少吹1 min，則造成粗銅含硫及氧較高，此外，還含有一些其他稀有元素和貴金屬。因此必須進行氧化作業，將雜質除掉。在氧化作業時，陽極爐的總入爐空氣量在700～750 m3/h之間，遠小于轉爐的入爐空氣量，從表1可以看出，氧化時間平均為105.7 min。

表1 工藝提升前陽極爐氧化時間 min

1.1.2 解決辦法

2013年，垣曲冶煉廠對整個系統進行工藝提升，將冰銅品位由60%～65%提高到72%～75%，冰銅品位提高后，含鐵量（質量分數）基本小于5%，轉爐在終點判斷時，粗銅都是過吹的，因此，在進入陽極爐后，只需把爐內少量的渣子排掉即可。由表2可以看出，氧化時間在7.2 min。

表2 工藝提升后陽極爐氧化時間 min

1.2 還原

1.2.1 時間過長

陽極爐還原采用的是天然氣的混合氣體進行還原，其中起到主要作用的是天然氣。通入爐內的天然氣在熔體內生成CO、H、C與銅的氧化物發生還原反應，未參與反應的天然氣從熔體中溢出與氧氣發生燃燒反應用于提高熔體溫度，因此天然氣的利用率較低。由表3可以看出，當控制天然氣流量在350～400之間，進料量在180～190 t之間時，還原時間平均為為195.6 min。

表3 改進前陽極爐還原時間

1.2.2 解決辦法

天然氣在熔體中的停留時間是影響天然氣利用率的主要因素，但目前氧化還原槍的角度為徑向0°，隨著爐體轉至氧化還原位，天然氣經過氧化還原槍進入熔體，氣流方向與液面夾角過小，使得天然氣迅速沖出液面，影響還原效率。因此，綜合爐體其他作業位置的角度需求，將氧化還原槍的角度由0°改為21°，使得爐體在還原位時，氧化還原槍的角度與液面平行，改進后還原時間有明顯的縮短，見表4。

表4 改進后陽極爐還原時間

2 銅水溫度對陽極爐壽命的影響及解決辦法

2.1 銅水溫度過高

目前，圓盤澆鑄機的澆鑄速度為43 t/h，且澆鑄機故障率高，澆鑄過程中容易發生故障，當進料190 t，澆鑄完成需要265 min，如果終點溫度低于1 300℃，到澆鑄后期，由于溫度下降，銅水流動性不好，澆鑄出的陽極板板面花紋粗，外觀質量差，無法滿足電解需求。當出銅溫度長期高于1 300℃，會加大爐渣和銅對耐火材料的侵蝕，且隨著溫度的變化，耐火材料的熱膨脹也是影響其壽命的主要因素。

2.2 解決辦法

在系統大修時，對圓盤澆鑄機進行升級改造，將中間包、取板機的驅動方式由液壓驅動改為伺服電機控制，澆鑄稱由普通電機+接近開關控制改為伺服電機控制，同時將溜槽坡度由4°改為6°，減少了溜槽的熱損。改造完成后，還原終點溫度由大于1 300℃降到（1 250±10）℃。

3 風口區域損耗對陽極爐壽命的影響及解決辦法

3.1 風口區域損耗過快

氧化還原風口區域是陽極爐還原介質進入熔體的通道，受物理沖刷和化學反應侵蝕嚴重。同時由于氧化還原槍的安裝方式為將槍外表面涂一層泥直接插到風口里，然后用鐵絲固定，連接好氣管即可，在更換氧化還原槍時，由于槍受熱變形，操作工人都是用吹氧管將氧化還原槍燒掉，造成磚損耗較快。

3.2 解決辦法

在風口磚加裝1根54 mm的套管，尾部接上三通，在安裝氧化還原槍時，通過三通往槍和套管之間鼓入氮氣，在氧化還原期間起到冷卻的作用，避免槍變形。通過改進，在更換氧化還原槍時，可不用吹氧管燒，直接拔出或打進爐里即可。

4 結語

經過生產實踐，垣曲冶煉廠成功解決了影響陽極爐壽命的主要問題，使陽極爐壽命由8個月的設計值延長至14個月。