關于降低陽極銅天然氣單耗的生產實踐

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 轉爐3 臺，Φ3.8 m×11.5 m 的回轉式200 t 陽極爐2 臺及相應的附屬配套設施。其中200 t 陽極爐采用了天然氣還原技術、稀氧燃燒技術、透氣磚技術。但由于天然氣還原技術屬于較新技術，北方銅業(yè)垣曲冶煉廠針對實際應用中的問題進行了攻關。

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。但是由于天然氣剛開始被使用，沒有成熟的使用經(jīng)驗，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，垣曲冶煉長在2016 年一年平均天然氣單耗為35.04 m3/t，造成了生產成本的提高。

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對措施

2.1 氧化還原槍的角度不正確及應對措施

氧化還原槍作為天然氣進入熔體的通道，其角度決定了天然氣在熔體內的停留時間、擴散方向。由于氧化還原槍設計的角度為徑向的0°，因此當爐子進料180 t 轉至還原位時，氧化還原槍與液面形成35°的夾角，當天然氣（壓力450 kPa）進入爐體，便以同樣的角度進入熔體后，很快便沖出液面，之后在爐膛內燃燒。在此過程中，天然氣與熔體接觸時間過短，造成還原反應不能有效高速的進行，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°。重新改動后，當爐子在還原位時，氧化還原槍與液面的夾角為0°，使得天然氣在進入熔體時，可以和液體充分接觸，之后再出液面，延長了天然氣與熔體的接觸時間，為還原反應提高良好的條件。

2.2 氧化還原槍液面深度不夠及應對措施

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

表3 陽極爐還原時間 min

由表1 可以看出，兩臺爐子的還原時間差值平均在67.14 min。經(jīng)調查，是由于2 號陽極爐處在這一爐期的后期，爐底結渣嚴重（在大修時測量渣厚60～80 cm），使得在同樣進料量時，液面變高，氧化還原槍液面深度較深，而1 號陽極爐為剛大修的爐子，爐底幾乎沒有結渣，氧化還原槍液面深度較淺。

經(jīng)過對進料量為190 t 時的液面高度及不同深度下壓力的計算，在保證還原作業(yè)補堵?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，重新對磚的位置進行調整，將磚的位置降低了16.5 cm，取得理想的效果。

2.3 天然氣和氮氣的配比不合理及應對措施

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，氮氣由我廠制氧車間供給，壓力為650 kPa，在陽極爐還原時，天然氣流量調節(jié)至400 m3/h，氮氣調節(jié)至30 m3/h，因此混合氣體的壓力沒有明顯變化，沒有很好的動力學條件，使得混合氣體在進入熔體后，不能和熔體充分接觸反應，同時也造成大量的未利用天然氣在爐膛內燃燒，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小，氮氣流量調大，增大混合氣體的壓力，滿足混合氣體進入熔體的動力學條件，使得氣體進入熔體后可以充分和液體接觸，完成還原反應。同時也要保證混合氣體的壓力不能過大，如果壓力過大，會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。經(jīng)過摸索，將天然氣流量調節(jié)至260 m3/h，氮氣流量調節(jié)至120 m3/h，起到了很好的效果。

2.4 爐內渣子過多及應對措施

垣曲冶煉廠陽極爐主要處理轉爐生產的粗銅，但是由于轉爐吹煉的是高品位的冰銅，導致轉爐渣無法被擋住，致使部分渣子進入陽極爐。天然氣在陽極爐進行還原時，還原反應主要發(fā)生在兩個位置，一是在熔體內直接與熔體發(fā)生反應，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。如果熔體表面被渣層覆蓋，導致天然氣不能和液體直接接觸，阻礙了還原反應的正常進行。

經(jīng)調查，陽極爐渣子不能放干凈有三點原因，首先是轉爐用于擋渣的物料粒度太大，起不到擋渣的作用導致轉爐渣進入陽極爐，其次，陽極爐爐口粘結嚴重，沒有滿足放渣寬淺平的要求導致渣子不能很好排放，最后，在放渣時，透氣磚氮氣流量過低，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

針對這三點原因，要求轉爐擋渣的物料必須進行破損后才能使用，陽極爐在進完第一批料后必須清理爐口，同在在扒渣作業(yè)時，將透氣磚氮氣流量由50 L/min 調整到100 L/min。起到了明顯的效果。

3 各項措施實施效果

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

4 結論

1）氧化還原槍的設計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，可配適量的氮氣來提高天然氣的利用率。

4）陽極爐在進入還原作業(yè)時，必須將爐內渣子放干凈。