閃速熔煉爐作業率影響因素與優化措施

劉富全，徐正國

（中銅東南銅業有限公司熔煉廠，福建 寧德 352100）

目前閃速熔煉技術與傳統熔煉法相比，具有高投料量、高富氧濃度、高熱強度、高锍品位特點［1］，生產過程高度自動化，采用計算機控制，提高控制質量［2］，提高勞動生產率。近些年來，閃速熔煉技術本身在不斷地完善、提高和發展，某冶煉廠單臺閃速爐的礦銅生產能力達40萬t／a，現就該廠投產一年的生產作業率影響因素和處理措施進行分析。

1 熔煉爐生產情況

該廠制定年生產陰極銅32萬t的總體目標，當年生產組織熔煉爐負荷最高至268 t／h，進入滿負荷生產狀態，隨后按計劃進行停爐點檢，合計按滿負荷生產85.83 h，處理混合銅精礦6 400.4 t／d，高于初步設計的6 382.2 t／d，當年實現熔煉系統的達標達產［3］。結合工廠實際生產情況，2019年1～12月熔煉爐的作業率情況見表1。

表1數據顯示，2019年1～12月月份熔煉爐作業率為92%，自2019年6月份技改后，熔煉爐生產情況逐步改善，熔煉爐7月份作業率最高達98.66%，7～12月份平均作業率95.62%，2019下半年技改后作業率明顯提高。

表1 2019年1～12月熔煉爐作業率

2 熔煉爐作業率影響分析

2019年1～12月份熔煉爐計劃性停爐56次，非計劃停爐25次，停爐總時長為637.49 h。其中2月份熔煉實際作業率只有63.69%，主要受外部因素的硫酸銷售滯銷，引起硫酸占庫影響。對影響熔煉爐作業率的因素進行統計，結果如圖1所示，其中：硫酸銷售影響占比35%，其它硫酸、動力、渣選系統占比4.5%，公司安排月度檢修占比14%；熔煉內部因素計劃停爐點檢占比19%；非計劃性余熱鍋爐清理大塊、積灰占比7%，生產操作熔煉爐前冰銅或渣排放困難、工藝問題占比6%；機電設備中取料機、振動篩、氣力輸送造成的停爐問題占比9%。

圖1 2019年1～12月影響熔煉爐的作業率因素

通過圖1所示數據分析及對比發現，熔煉外部因素硫酸銷售、硫酸、動力、渣選系統、月度檢修為公司整體運營問題，由公司統籌考慮處理；針對熔煉內部因素的工藝和重點設備進行分析，提出優化改造措施，提高作業率。

3 影響熔煉爐作業率原因分析

3.1 原料與配料的影響原因

3.1.1 原料結構復雜

原料結構單一，S／Cu兩級分化嚴重，流程返料復雜。每次配料只能使用2～3種原料，導致原料S／Cu兩級分化嚴重，調整的空間小。另外，整個銅冶煉系統的返料種類較多，均需要返回精礦庫進行混配，導致原料穩定性變差，不能滿足高作業率生產需要。

3.1.2 原料庫條件影響

精礦庫有效庫容較低，采用取料機取料存在死區。隔斷墻角等死區鏟車無法有效打堆，導致存在大量的死區物料和呆滯庫存，影響原料的穩定性。取料機故障率高，且配料倉的數量較少，單臺取料機故障，就會導致上料系統帶料量不能滿足高作業率生產。

3.2 取料機的影響原因

該銅冶煉廠是第一家采用門架式取料機的，但其適用性還有待考量。精礦與冰銅取料機是熔煉廠故障率高發的設備，主要故障類型是刮板鏈條脫軌、軌道積壓變形、鏈輪與刮板鏈條銷軸異常磨損等，均會影響取料機的正常穩定運行，從而導致降料或者停爐。

3.3 原料振動篩的影響原因

原料系統3＃／4＃振動篩篩網由于精礦中大量大塊物料對篩網的沖擊，導致篩網破損嚴重，篩網備件未能及時到貨，導致無法更換，塊狀物料進入后段精礦輸送系統，出現頻繁的卡堵情況，嚴重影響爐頂倉料位，對熔煉爐生產作業率的提升造成了較大的影響。為了確保振動篩能夠盡快恢復篩分功能，相關專業工程師對振動篩篩網進行了改造。

3.4 氣力輸送的影響原因

氣力輸送故障率高，導致爐頂倉料位低影響生產。熔煉精礦和煙塵通過氣流輸送泵的加料、密封、加壓、流化過程后，依靠壓縮空氣傳遞的動能通過管道進行濃相輸送。由于被輸送物料本身的性質及狀態無法和氣流輸送泵的設計要求匹配，容易在輸送管道中堵塞，影響正常的生產運行。尤其當物料通過彎管時，與管道產生劇烈撞擊和摩擦，導致動能大量損失，輸送速度下降，易堵塞管道。

3.5 生產操作的影響原因

熔煉爐生產操作不佳。閃速熔煉爐在造渣過程中存在一系列復雜的反應［4］，其主要反應方程式如下：

由反應方程式可以看出，在熔煉爐反應塔內高溫強氧化氣氛中，硫化亞鐵迅速被氧化成氧化亞鐵，與二氧化硅反應造渣，受反應條件限制，當造渣反應不良時，會生成過多的四氧化三鐵，生成的四氧化三鐵一部分隨著爐渣從渣口排出，導致爐渣中四氧化三鐵和渣含銅升高。一部分在熔池中沉降至爐底形成凍結層，導致熔池有效容積變小，整體爐結較厚，銅渣面上漲較快，冰銅排放困難。

3.6 余熱鍋爐的影響原因

3.6.1 閃速熔煉爐煙塵發生率高。

閃速熔煉爐煙塵發生率一般為5% ～7%，較高時達到10%以上，這些煙塵有40%左右在鍋爐中沉降，沉降的煙塵溫度高，反應性強，容易與漏入的空氣發生二次燃燒，很容易粘結到鍋爐的爐管、灰斗上，不及時有效地清除和輸送出爐外，很快就能在鍋爐內堆積形成渣塊，嚴重時堵塞整個余熱鍋爐煙氣通道，造成停產。

3.6.2 裝置不完善。

閃速熔煉余熱鍋爐輻射部及對流部灰斗格柵布置過密，不利于煙塵沉降，大量的高溫煙塵堆疊后易形成渣塊搭橋，阻礙煙塵落入刮板機，刮板機無法有效輸出煙塵，導致大量煙塵在鍋爐里堆積，堵塞煙道，造成事故。閃速熔煉余熱鍋爐爐輻射部及對流部灰斗彈簧錘振打裝置數量少，循環等待時間較長，振打效果有限，導致受熱面上形成結渣后落入灰斗格柵上形成搭橋，造成停產。

4 提高作業率的措施

4.1 原料與配料的改進措施

4.1.1 穩定原料供給

減小原料中冷料的配入量，增大原料S／Cu，加快冷料處理，通過鏟車對死區物料進行打堆作業，盤活精礦庫有效庫容。盡量減小更換的配料單頻次，更換新配料單時，要遵循新料配比的加入量比例由少到多，分布提高，使換料過程平穩有序，避免引起爐況的大幅波動。

4.1.2 控制合理的原料庫存，穩定原料供給

新物料的產地檔案需繼續完善，對于易引起爐況大幅波動的礦源，要及時禁止引進。使熔煉爐生產有一個相應穩定的外部供給的良好條件。

4.2 取料機的改進措施

4.2.1 提高質量

原設計取料機主副刮板下部鏈條軌道懸掛筋板強度不夠，數量也偏少，通過增加懸掛筋板的厚度和數量后，取料機因軌道變形損壞的故障大幅減少，主副刮板下部鏈條軌道強度明顯提高。

4.2.2 改進結構

原設計取料機刮板鏈條銷軸以及銷套磨損異常，結構設計不合理，銷軸銷孔磨損變大導致鏈條節距加長，刮板鏈條運行沖擊較大，運行極其不平穩，通過測繪改進銷套材質和結構后，刮板鏈條銷軸銷套銷孔磨損嚴重情況得到較大的改善，刮板鏈條使用壽命也得到相應的延長。

4.3 振動篩的改進措施

原料系統3＃／4＃振動篩篩網原裝篩網是聚氨酯材質篩網，不耐大塊物料的沖擊，篩網強度不佳，經分析后采用鋼制篩網，篩孔成品字形分布，提前根據規格尺寸以及篩孔的布局等預制好鋼制篩網，爐內點檢期間進行更換。振動篩篩網改為鋼制篩網后篩分下料能夠較好地滿足熔煉爐生產負荷的要求，日常維護只需要進行簡單的篩網固定螺栓的檢查緊固，檢修時間大幅縮短，鋼制篩網的耐用性明顯提高

4.4 氣力輸送的改進措施，

下半年更換新的閥門備件后相對處于穩定狀態，輸送管徑由DN125改為DN150，減少輸送系統堵塞故障的發生。在氣流輸送管道增加管道壓力監測及助吹系統，當監測系統某兩個壓力測點監測到段管道內壓降高于正常輸送時該段管道的壓降時，系統判定為該段管道堵塞，系統自動開啟，向管道內補入壓縮空氣，為被輸送物料補償損失的動能，使被輸送物料能以正常速度通過該段管道，防止被輸送物料易在輸送管道內粘結，改善了管道堵塞問題。

4.5 生產操作改進措施

4.5.1 配入還原劑

配料時加入無煙煤塊與反應塔加焦粉，把還原劑從反應塔頂隨原料一起帶入爐內。由于在塔下形成一定的一氧化碳氣氛，有效地遏制了磁性氧化鐵的形成，從而改善了閃速爐爐況，有利于生產操作。自2019年下半年配入還原劑生產后，爐渣含銅呈降低趨勢，2019年熔煉爐爐渣含銅情況如圖2所示，由上半年均值2.31%，到下半年均值1.78%，降低差值0.53%，降幅22.94%。

圖2 2019年1～12月熔煉爐渣含銅量

4.5.2 控制入爐成分

合理控制入爐四氧化三鐵的含量。把原料中四氧化三鐵的含量控制在可接受范圍之內，在實際生產配料中，一般混合精礦中四氧化三鐵含量控制在2%以內。跟蹤爐渣中四氧化三鐵的含量，當爐渣中四氧化三鐵含量超過一定量時，要及時進行調整，確保四氧化三鐵含量控制在10%以內。自2019年下半年采取配入還原劑和控制入爐成分生產后，熔煉爐爐結周平均高度350 mm，降低周平均最低220 mm；爐渣含四氧化三鐵由月平均最高13.25%，降低到月平均最低9.96%，降幅24.83%。

4.6 余熱鍋爐的改進措施

4.6.1 降低閃速爐煙塵發生率

經過分析認為精準控制原料成分、噴嘴效能、準確失重計量、爐負內壓及鹽化風氧是降低閃速爐煙塵發生率可行措施。從2019年下半年開始著手控制入爐原料成分，對Pb、Zn、As、Sb、Bi等雜質元素的關注，避免因雜質元素超量對爐況造成影響；同時減少配料變更次數，降低成分波動物料比；通過定期校正定，提高失重計量準確性；穩定閃速工藝要求各項參數，通過對硫酸鹽化氧的控制，減少未反應的顆粒進入鍋爐，避免二次反應，同時有效降低煙塵發生率。自2019年下半年以來，熔煉整體煙塵率較穩定，且呈降低趨勢，2019年1～12月熔煉爐煙塵率情況如圖3所示，2019年熔煉爐煙塵率由上半年均值8.86%，到下半年均值6.68%，降低差值2.18%，降幅22.6%。

4.6.2 優化裝置

圖3 2019年1～12月熔煉爐煙塵率

去除閃速熔煉余熱鍋爐對流部全部格柵，優化輻射部過密格柵；增加閃速熔煉余熱鍋爐、閃速吹煉余熱鍋爐輻射部及對流部灰斗彈簧錘振打裝置數量；對閃速熔煉余熱鍋爐輻射部彈簧錘振打裝置重新分組，縮短循環等待時間，增強振打效果；通過技術改造在易積灰、結渣位置增加清理孔，發現煙塵堆積及渣塊堵塞格柵立即清理疏通，保證沉降煙塵能順利落入刮板機中被及時輸出爐外。停爐點檢周期由以前的4 d延長到現在的7 d，停爐清理積灰的時間由原來的6～7h縮短到現在的3～5h，為雙閃爐提高作業率及快速復產贏得了寶貴的時間。

5 結 語

熔煉爐穩定的生產需要合理的配料，重點設備的保障，避免負荷大比例的波動；同時提高懸浮噴嘴的效能，降低閃速爐煙塵的發生率，是提高閃速爐作業率的可行措施。如何能夠較好地提高熔煉爐的作業率，增加企業的經濟效益，在今后的生產過程中還需不斷摸索、不斷總結、不斷優化。