影響銅冶煉過程熔煉渣渣包使用數量的因素分析與探討

（銅陵金冠銅業公司，安徽 銅陵 244000）

銅冶煉過程中熔煉渣采用緩冷的方式為后段工序熔煉渣的選礦創造條件幾乎是當前銅冶煉廠的標配。緩冷的過程一般都是采用渣包來實現，熔煉渣通過熔煉爐的放渣口放到渣包中，渣包運輸至渣緩冷場進行前期的不噴淋冷卻，即緩冷。待冷卻到一定時間后，對渣包進行噴淋快速冷卻。冷卻好的渣包倒入到渣堆場中，然后由裝載車將爐渣送到選礦系統的粗碎倉中。

1 渣包數量合理性確認的必要性

實現熔煉渣的緩冷需要占用大量的渣包。以年產40萬噸電解銅的冶煉廠為例，每年產出熔煉渣的數量約120萬噸，采用容積為12m3的渣包，每年大約使用的渣包數量大約為350只左右。

渣包采購價大約25萬元每只。可見渣包的費用比較貴，不僅如此，渣包占用時，還需要有配套建設的渣緩冷場地和渣緩冷配套循環冷卻設施，如熱水泵（冷卻塔的給水泵）、冷卻塔、冷水泵（渣包冷卻給水泵）等。這些都涉及到工廠初期建設時的固定資產投入以及生產期間的運行費用。因此合理的確定渣包的使用數量是非常有必要的。

2 渣包使用數量的影響因素的分析和探討

2.1 渣包的裝入率分析

渣包的裝入率即渣包的裝入體積與渣包的容積比率。這個比率越大，渣包的占用數量越少。

生產實踐中每個渣包的裝入量是有變化的，每個工廠的平均裝入量也有所變化。渣包在接渣過程中什么時候放到合適的位置完全由員工的操作經驗判斷來確定也與堵渣口的熟練程度有關系。對某銅冶煉廠冷卻后的渣包做了個隨機的統計，渣包的實際裝入率在65%～75%之間，平均轉入率70%裝入量為27.5噸。如果從70%提高到75%，每個渣包可以多裝爐渣2.5噸，以平均每天3500噸計算，每天可以少使用10個渣包，按照每個渣包冷卻總時間65小時計算，總共可以少使用27只渣包。

2.2 提高渣包裝入量的探討

渣包上部平均直徑3.0米，面積為7平方米，當渣包裝入量為27.5噸時，渣面距離渣包口520毫米。渣包裝入量為30噸時，渣面距離渣包口415毫米。假設渣面距離渣包口300毫米時，渣包的裝入量可以達到32.67噸。

假設渣包口200毫米為安全高度，渣的排放速度是每分鐘2噸，那么從300毫米上升到200毫米所需要的時間為2.3分鐘。這個時間操作是可以討論的。筆者以為，如果能夠對渣面高度進行自動檢測探索提高渣包的裝入量是有可能的。

2.3 渣包緩冷時間的確認

渣包緩冷時間越長，占用的渣包數量也越長。有資料表明熔煉渣包的有效緩冷溫度下限是1050°，熔煉渣的溫度是1300°，控制渣的冷卻速度對晶體長大有好處，合理的冷卻速率確定為每分鐘渣溫度下降速度是1度，按此計算，渣的有效緩冷時間是4小時。實際上渣包的冷卻速度可能會對于這個速度，也就是說渣包在緩冷的4小時以內溫度就下降到了1050°以內，再延長緩冷時間是沒有意義的。截止目前，沒有資料表明熔煉渣緩冷時間超過4小時是有效的緩冷時間。轉爐渣由于含銅較高，一般都是采取較長的緩冷時間，較長時間的考慮更多的是基于安全的角度，避免渣包有可能含銅高放炮的因素來考慮的。

2.4 渣包合理緩冷時間的探討

基于熔煉渣在4小時緩冷時間對渣有效緩冷的兩種結論的報道。筆者認為需要進一步的探討渣的有效緩冷機理。從目前來看，經驗型的選取熔煉渣的緩冷時間為4小時是可取的。除非爐渣的緩冷方式有大的突破。轉爐渣的緩冷時間定為24小時以上還是進一步通過試驗來確定，因為這個時間與熔煉渣相比將占用了相當多的渣包。當前渣包放炮的研究比較多，放炮的首要條件還是渣中帶銅，為避免渣包放炮。如果能夠實現在放渣溜槽上安裝渣含銅的在線監測，通過檢測，只對渣含銅高的包子延長冷卻時間，縮短轉爐渣渣包的冷卻時間也是可能的。

2.5 渣包冷卻時間的確認

渣包在完成有效緩冷后，對其進行加水冷卻降溫，當達到一定的溫度后即可將渣包中的爐渣倒出。

以12m3的熔煉銅渣為例，一般在南方夏季最長的冷卻時間需要達到58小時才可以將渣包冷卻到終點。

對渣包冷卻的過程進行分析，渣包冷卻時間的長短與水質、單位時間的噴淋量、冷卻的方式（噴淋的方式）、渣包冷卻的終點溫度等因素有關。

上述五個因素都沒有見到過研究報道。

銅冶煉廠水平衡工作中很大一部分水的平衡消耗是寄托在爐渣冷卻過程中蒸發帶走的水。40萬噸規模的銅冶煉廠，渣緩冷平均每天需要消耗1200m3的水。不斷的消耗與不斷的補充，實際上渣冷卻用水是個濃縮的過程。生產現場出現過極端的情況，冷卻水濃縮到一定倍數以后，渣包的冷卻時間會延長。可見水質的好壞會影響熱交換的效果。

某冶煉廠對渣包的噴淋做過現場試驗，研究表明冷卻水量小于每小時為2.5m3時渣包的冷卻速度與冷卻水量成正比例關系，加大單位時間冷卻水量到3.0m3時，渣包的總冷卻時間不變。

國內在對渣包冷卻時都是從渣包的上部進行給水冷卻。有資料報道，對冷卻水進行霧化后對渣包的外壁進行冷卻，渣包的冷卻時間可以大大的縮短。

大部分的銅冶煉廠都是按照渣包安全的冷卻終點溫度是50°來控制的。這個溫度是渣包的外壁溫度。渣包的終點溫度越低，需要冷卻的時間也越長。

2.6 渣包合理冷卻時間的探討

冷卻水循環次數越多，待處理的水量就越少。但是循環次數太多了以后，經過多次濃縮后的水就會影響渣包的緩冷效果，從而造成冷卻時間的加長。現場需要不斷的摸索水的濃縮對冷卻的影響。確定好合理的水循環次數。如果能夠通過定量的研究，確定循環水中某一特征離子濃度的含量與換熱的關系，更有利于現場的操控。

單位時間內最經濟的冷卻水量的確定雖然與渣包的占用量沒有多大的關系，但是與系統的經濟運行有關。建議還是通過試驗的方法確認，替代當前經驗性做法。

基于國外對渣包冷卻方式的報道，建議對這種冷卻方式在當前現場條件下的應用進行確認。如果能夠取得與報道一致的效果，那么僅此一項現場渣包的使用量就會較少到一半以上。

合理的渣包安全終點的確認也是減少渣包占用的一個重要的因素。終點溫度的確認是基于經驗，當渣包冷卻到某一溫度后，爐渣倒出后不會出現紅芯的現象。 確保渣的安全倒出，現場標準是渣包的外壁溫度小于50℃。筆者對達到渣包外壁溫度為50℃，渣的中心溫度檢測跟蹤為70℃左右。二者的溫差20℃。如果將這個安全溫度標準修正到100℃或者更高，渣包的冷卻時間可以縮短。

2.7 渣包的及時點檢與維修

維修工作量的大小除了與渣包的質量，渣包的使用年限有關外，與渣包的及時點檢是有很大關系的。渣包初次出現裂縫時，其長度可能會在300毫米以內，這時候如果沒有被及時點檢出來繼續使用，待到第二次點檢查出后裂縫可能會達到600毫米的長度，現場偶爾的還出現有渣包裂縫達到800以上的情況。這不僅增加了渣包的維修工作量，損壞的渣包如果不能夠及時維修也會由此占用更多的渣包。

2.8 渣包的及時點檢與維修探討

渣包的點檢與維修是個管理工作。生產現場應該對渣包的點檢做好一一對應的記錄，避免渣包的漏檢，造成渣包首次出現裂縫后不能被及時的查出與維修，從而加大了維修的工作量。某冶煉廠可供同行業借鑒的做法是，從考核的角度來督促渣包的及時點檢與維修。考核規定了每月維修渣包中大于700毫米以上裂縫的渣包部超過某一比例，同時還規定了現場待修的渣包數量不得超過某一數值，如果超過此數值，必須加班進行維修。這種做法保證了處于維修狀態的渣包始終控制在某個值。

2.9 冶煉工序放渣帶銅的情況與渣包的占用

冶煉工序在進行放渣過程中由于某些原因導致放渣時渣中夾帶冰銅，俗稱渣帶銅。這種包子進入渣緩冷場后若按照常規的渣包對待是及容易造成渣包放炮的。按照操作規定，凡是發現渣含銅的包子，都是把他們拿出來進行完全的自然緩冷，這個過程大約為228小時（9.5天），正常情況下渣包的占用時間是60～65小時，可見一旦出現放渣帶銅的情況，是需要額外的占用包子的。

2.10 減少放渣帶銅占用包子的探討

渣帶銅更多的可能是冶煉某作業操作的變化，如果對放渣過程中渣含銅實施在線檢測，可能會及時的提醒冶煉的操作，盡可能的減少渣帶銅而減少包子的占用。

3 小結

管理無小事，通過對涉及到的渣包占用的各個因素的分析，從而在管理中對各個因素逐步優化，會達到生產過程中渣包的合理占用。每減少一個渣包的占用，不僅僅可以節約渣包本身的投資，對應的在建設階段會減少配套的渣包的噴淋部分、渣緩冷場等建設期費用。同時也可以建設運行期間的費用。