探索復雜型硫化礦在熔煉爐中的適應性

劉富全

（中銅東南銅業有限公司熔煉廠，福建 寧德 352100）

銅冶煉中，原料多為整個工藝的第一步，乃重中之重。然而不同來源、不同成分的物料對整個工藝的影響都是未知的，實踐中我們只能通過生產經驗的不斷積累，才能找到合適的物料，從而確保工藝的穩定性和持續性。

因此，為了更好地探索出閃速熔煉爐對入爐物料的適應性，本文結合某廠2019年6月份復雜型硫化礦入爐導致爐況波動與調整措施的分析，簡單闡述熔煉爐與物料之間的匹配性[1]。

1 研究背景

某公司銅冶煉項目采用旋浮熔煉+旋浮吹煉工藝進行銅精礦冶煉，熔煉爐投料量從試生產初期的 80～140t/h 提高至267t/h，達到設計能力。熔煉爐控制分為前饋控制和反饋修正，一般需要將不同種類的銅精礦、吹煉渣、渣精礦、石英砂通過倉式配料系統進行配料，再經由干燥機干燥完，通過失重系統、精礦噴嘴等設備投入爐內，在反應塔區域與工藝風、氧發生混合，完成熔煉反應。

2019年6月份由于采用原料中的新礦B60銅精礦，從而導致熔煉爐況發生波動，造成當月生產負荷波動大、作業率低，而且對爐體也有很大的影響。為此，本文以此為基礎，探索此種復雜型硫化礦入爐的影響，以及對其調整措施實施后爐況的變化進行分析。

2 實踐過程

2.1 復雜型硫化礦入爐的前期

6月1日新礦B60銅精礦啟用，隨后因配料需要，該礦比例增大。反應一段時間后，熔煉爐的檢尺開始出現黏渣層，導致銅渣面分離不清，熔煉爐內半熔融生料堆積。

分析化驗數據，發現渣含銅從5月31日的平均值1.77%到6月5日升高5.26%，圖1是未調整前的渣含銅趨勢圖

圖1 未調整前的渣含銅趨勢圖發

采取應對措施，通過采取逐步減少B60礦粉配料、物料內配入還原劑、爐前觀察孔投加生鐵等措施，至6月12日熔煉爐的控制指標渣含銅降至2.4%，爐況也逐步好轉。圖2是調整之后的渣含銅趨勢圖。

圖2 調整之后的渣含銅趨勢圖

2.2 復雜型硫化礦入爐的中期

6月12日17：09熔煉廠中控室監控畫面顯示熔煉爐沉淀池底部5號測定溫度662℃，到6月14日10：30分696℃，熔煉爐沉淀池底部溫度呈上升趨勢。。圖3是調整之后的渣含銅趨勢圖。

圖3 熔煉爐沉淀池底部溫度趨勢圖

對此，工程技術人員立即安排人員對精礦失重系統和精礦噴嘴等關鍵設備進行全面檢查，并對原料入爐后爐況的變化情況進行分析，初步判斷可能是B60銅精礦配入量過大造成爐況異常波動。B60銅精礦成分情況見表1。

表1 B60銅精礦成分表

B60銅精礦的大量配入后，導致混合銅精礦S/Cu整體偏低，爐內熱負荷不夠，且該礦中可能存在較多的硫酸鹽和其他氧化物，在反應塔無法進行氧化反應，自然無法提供反應所需的熱量。但由于當時可用礦種和礦量均較少，B60恰為主要礦種，只能臨時逐步降低B60、吹煉渣、渣精礦的配入量，爐況惡化趨勢得到初步控制。隨后入庫的B63銅精礦S/Cu為1.46，B66銅精礦S/Cu為1.96，均大幅偏離閃速爐配料所需求的S/Cu。為調整爐況和降低B60銅精礦對爐況的影響，啟用這兩種高銅礦，但是需要配入大量的吹煉渣和渣精礦才能維持爐內的熱平衡，而由于大量的冷料加入，在反應塔僅完成吸熱反應變成半熔融狀態進入沉淀池，導致爐況不能在短時間內調整至正常狀態[2]。

大量的熔池反應，導致爐底結攪動沖刷，爐底溫度局部快速升高，為確保爐體安全，最有效的手段為降低爐內溫度，通過外部強制冷卻降溫、降低生產負荷和降低爐溫控制的方式控制爐底溫度的上漲，雖爐底溫度上漲的問題得到有效控制，但也在一定程度上加速了熔煉爐況惡化。

2.3 復雜型硫化礦入爐的后期

為進一步調整爐況，通過降低吹煉渣和渣精礦配入量、降低Fe/SiO2、根據爐前排放情況適當提高控制溫度等手段，爐況已呈現逐步好轉趨勢，6月19日所測熔煉爐熔煉渣溫1307℃，銅溫度1208℃，渣含銅平均值4.08%，圖4是熔煉爐控制參數Fe/SiO2調整值與理論值對比圖。

圖4 熔煉爐控制參數Fe/SiO2調整值與理論值對比圖

對熔煉爐爐況情況分析，初步認定因原料因素，備料單更改較為頻度，備料干燥機帶料量較大，熔煉爐頂倉重量過大，導致爐況調整時間長；另外原料中冷料的配入量偏大，原料硫銅比不滿足爐膛熱負荷，爐溫控制偏低，導致渣型不好，銅渣分離不清。

針對分析原因，制定相應的措施為：

（1）確保備料單更改頻度盡量減少；

（2）熔煉爐頂倉重量按150～200噸控制，及時與備料聯系調整干燥機帶料量；

（3）減小原料中冷料的配入量，增大原料S/Cu，從源頭增加爐膛熱負荷；

（4）特殊時期，定時定點對熔煉爐進行全面檢尺，測定爐內凍結層分布情況；

（5）特殊時期，熔煉爐渣溫按1310～1330℃間控制；

（6）盡快將各銅口盤活，可根據情況在銅口附近加入生鐵；

（7）確保反應塔熱負荷，通過天然氣的使用進行調整，優先使用中央燒嘴燃燒天然氣，反應塔頂燒嘴加強清理頻次，防止粘接，確保反應充分優先使用中央燒嘴；

（8）生產操作時要密切關注爐底溫度、水套溫度和爐體巡檢。

截止6月20日熔煉爐況逐步恢復正常，6月21日各指標趨于正常控制值，渣溫度1310℃，銅溫1295℃，渣銅分離清晰，負荷得到逐步提升。

3 爐況波動的原因分析

3.1 物料成分影響

新進礦種——B60銅精礦的成分與以前的礦種存在差異，該礦種中的硫有一部分是以硫酸鹽的形態存在，這就造成其在反應塔區域參與氧化反應時，其釋放的熱量有限，達不到數模的理論需求值，導致反應熱平衡出現失衡，部分物料未能反應，爐內出現生料，最終使得爐況變差、銅渣分離不清[3]。

3.2 配料調整影響

因精礦庫現存礦種不多，礦種搭配困難、庫存低，從而導致配料變更幅度較大且調整頻繁（變更比例超過20%），分析準確性差，調整滯后。

3.3 樣品化驗影響

受化驗數據結果的影響，爐渣樣品選取、風送、制品、分析等流程下來，需要1.5h左右才能出分析結果。控制人員再根據化驗結果去調整石英砂等，難免會存在調整滯后現象，一般要3個小時以上物料入爐，5個小時以上才調控效果才逐步顯現，導致渣型嚴重失調。

3.4 爐溫控制影響

實踐的中期，為了保持爐底溫度可控，未等爐況完全好轉時，就采用低溫控制，使得四氧化三鐵大量析出，銅渣再次分離不清，銅面難控，負荷下調，熔煉爐整體反應熱平衡控制失衡。

3.5 核心設備影響

（1）對于熔煉爐而言，反應塔塔頂的精礦噴嘴是其最核心的設備，但是其反應效果無法做到及時進行預判，對其使用和維護的經驗不足。

（2）原料系統的取料機、粒化刮板機、干燥機等關鍵設備沒有做到以檢代修，造成配料受制約。

4 預防與應對措施

4.1 熔煉每次更換配料單時，熔煉爐爐頂干礦倉料位要求原料提前控制在150～200t，為爐況的快速調整創造條件，換料生產穩定后爐頂干礦倉料位恢復至250t控制。

4.2 每次更換配料單前，通過渣型調整將渣中磁性鐵控制在10%左右，爐溫適當高控10～20℃，爐體點檢員實行每半小時檢尺一次，排放口每半小時測溫一次，為爐體溫度的調整提供依據。

4.3 每次復雜型硫化礦入爐時，可先下降1～2t/h的煙灰控制，再根據爐前測溫和排放情況進行調整。

4.4 每次調整配料單，復雜型硫化礦入爐半小時后從1#、2#觀察孔或12號燒嘴孔進行爐內物料情況探測，并將探測情況反饋于相關控制人員。

4.5 熔煉爐的石英砂調整要及時，可通過爐前排放情況來進行預判斷，使生產調控過程中的渣型穩定，利于爐況。

4.6 爐體彈簧及膨脹點檢測工作要有及時、準確的反饋，爐底增加軸流風機及文丘里風管進行風冷，加強爐底溫度局部的檢測。

4.7 精礦噴嘴的工藝風、氧控制標準：投料量≤160t/h時，氧濃按65～70%進行控制，保證入爐工藝富氧風總量在風量在 30000Nm3/h（120t/h）、33000Nm3/h（140t/h）、37000Nm3/h（160t/h）以上，這樣才能確保入爐混合風的壓力維持穩定值，便于精礦噴嘴的懸浮反應達到預期效果。

4.8 針對熔煉爐計劃性停爐點檢時，需在停爐前將熔爐爐渣中磁性鐵控制在10～15%之間，靠近10%控制，煙灰倉位控制在30噸以內，為停復產創造條件[4]。

5 結論

復雜型硫化礦是使熔煉爐爐況引起波動的最直接也是最大的因素，不僅與其復雜型硫化礦的元素成分和部分元素存在形態的物相息息相關，而且與配料時其加入的配比與混合程度有關。當然，復雜型硫化礦對熔煉爐的適應性除了這些因素，還受其他方面影響，本文只是針對某種復雜型硫化礦引起的爐況波動實踐進行分析。

對于閃速熔煉爐而言，當一種新的物料其成分明確，配入遵循逐步遞增的原則，加之控制人員的精心操作，控制得當，摸索到復雜型硫化礦于熔煉爐的穩定性、有序性和適應性，就可有效避免爐況的波動，為工藝生產帶來巨大的益處。