關于提升銅冶煉旋浮吹煉冰銅磨系統運行穩定性的探討

張健，李良斌，閆華龍，韓超，劉榮榮

（中銅東南銅業有限公司，福建 寧德 352000）

旋浮吹煉工藝屬于一種采用旋浮冰銅噴嘴的新型環保冶煉技術，在反應塔通入工藝氧和工藝風的同時旋浮投入干冰銅粉和溶劑等，在反應塔和沉淀池完成吹煉過程。在生產過程中，通過高溫反應造渣脫硫，可以生產出含銅量≥98.5%的粗銅，滿足生產需求。但是在實際生產運行中，對于冰銅粉的生產粒度具有一定要求：＜45μm為60%，＜74μm為85%以上，冰銅粉水分含量要確保在0.2%以下。某企業冰銅磨系統運行過程中，經過一系列機械、工藝參數優化后，顯著提升了冰銅磨系統的運行穩定性，處理量可穩定在65t/h～120t/h（濕基），在滿足干冰銅粉生產質量要求的同時，可以滿足吹煉爐88t/h的最大投料量，本次則對其工藝參數優化展開分析。

1 旋浮吹煉工藝流程

某銅冶煉企業吹煉工藝流程見圖1.整個旋浮吹煉過程中旋浮冰銅噴嘴需要加入干冰銅粉、生石灰、石英砂、煙灰以及天然氣和工藝氧氣、工藝風等，在反應塔和沉淀池完成整個吹煉過程。首先采用冰銅噴嘴對混合干冰銅實施氧化，在反應塔和沉淀池內傳遞過程中對銅硫實施氧化，以能夠完成旋浮吹煉粗銅工藝。實際操作是連續旋浮吹煉作業過程。連續旋浮吹煉作業中，一旦混合干冰銅粉入爐和氧氣在爐內反應就會直接將其吹煉，爐內始終存在有粗銅相。

圖1 某銅冶煉企業吹煉工藝流程

2 提升銅冶煉旋浮吹煉冰銅磨系統運行穩定性的優化改進

2.1 機械結構的改進

（1）輥套與擋料環間隙的改進。在改進前運行過程中，冰銅磨存在嚴重的返料情況，最高可達到15t/h，干燥量在80t/h以下，同時磨機運行中存在較大振動，運行穩定性嚴重不足。針對這一問題技術人員對輥套進行更換，發現其中一個輥套間隙過小，同時和其他輥套之間存在較大間隙，磨盤上的料層不夠穩定，尤其是在干燥量偏低情況下會出現非常大的振動。為此技術人員多次針對磨機操作參數實施試驗，發現磨機振動值隨著進出口壓差控制的加大而逐漸減小，磨機較大振動的原因是低干燥量下料層太薄，因此通過加大磨機進出口壓差，提升內循環量，在高干燥量及低研磨壓力下適當的提升料層厚度及穩定性，可以降低磨機運行的振動值。

（2）擋料環高度的改進。實際生產表明料圈高度對磨盤料層高度具有直接影響。擋料環高度越大，料層厚度越高，如果擋料圈過低，則容易導致物料從磨盤中直接甩出，加大返料量，減小了磨輥與磨盤的間距，由此可見料層過薄或者過厚均會導致磨機運行不夠穩定，加大振動。如果是在干燥量、研磨壓力以及風量固定情況下，不同物料特性、顆粒均勻程度以及風溫高低等均需要結合實際情況合理確定擋料圈高度。某企業初始擋料圈高度為100mm，之后調整到120mm，但是經過三年運行出現較大振動，返料量也出現明顯增加，已經達到10～15t/d，并頻繁發生跳停，直接影響了設備運行穩定性和安全性。對于原因分析，主要是擋料環對響輥套安裝造成了影響，再次將其高度降低到100mm，再次開磨后顯著緩解了返料量和振動。然而相對來講返料量依舊偏大，之后將擋料環高度提升到130mm后，顯著控制了返料量，顯著提升了生產效率，并為下一步冰銅磨的改進提供了數據指導。

2.2 工藝參數的改進

2.2.1 物料平衡控制方法

在冰銅磨運行中，需要確保干燥量、成品量、研磨效率和返料量處于平衡狀態，不然容易導致出現大量返料，影響設備運行的穩定性。如果是在干燥量和風量固定情況下，可以適當的提升研磨工作壓力或降低干燥量，以確保實現物料平衡；如果研磨效率過高，料層厚度會逐漸減小，導致出現磨機振動值加大，因此可以適當減小研磨工作壓力或提升干燥量；如果研磨效率合理，同時干燥量和研磨壓力固定情況下，也需要適當加大風量和提高選粉機轉速，以能夠提升輸送能力，確保返料量正常。

2.2.2 工作壓力的控制方法

隨著研磨工作壓力的逐漸加大，會逐漸提升磨機研磨效率，有助于提升磨機產量。然而如果工作壓力過大，容易導致料層厚度較小，出現磨盤和磨輥剛性接觸，會加大磨損量，提高磨機振動值。通過實際生產摸索，如果振動值是在6mm/s以下，則可以適當的加大工作壓力。

2.2.3 風量和風溫的控制方法

磨機運行過程中，風量過小容易出現大量合格粒度冰銅粉無法進入到選粉機，加大返料量；風量過大容易提升耗電量，提高冰銅粉粒度。兩者也會對磨機內循環量大小造成不良影響，嚴重時會出現劇烈振動。所以在確保返料量基礎上，可以適當的選擇低風量。

2.2.4 其他方面的改進和控制

（1）某企業的冰銅磨與其他企業最大的不同在于磨機的收塵系統，其他企業基本都是通過沉灰筒、布袋（或二級布袋）收集干冰銅粉利用負壓氣力輸送送到爐頂倉，通過失重計量進入冰銅噴嘴，而該企業冰銅磨的收塵系統把沉灰筒和一級布袋放到了九樓樓面上，減少了冰銅氣力輸送系統，干冰銅直接通過刮板和螺旋下料管進入爐頂倉，二級布袋則是利用旋浮吹煉渣粒化改造遺留下來的塑燒板收塵器進行收集，效果較好。

（2）冰銅磨出料溫度根據初設原來要求按照105±5℃進行控制，現在則控制在90±5℃進行控制，實際生產證明調整后對吹煉爐的影響不大，反而大大降低了冰銅磨天然氣的消耗。另外天然氣的消耗與冰銅含水關系最為密切，因該企業采用的是冰銅堆場進行瀝水和配料，所以冰銅庫存對天然氣的消耗影響很大，我們現在要求控制2500噸以上的冰銅庫存，以保證在減少中間物料占用的同時降低冰銅磨天然氣用量，效果良好。

（3）冰銅磨在運行過程中發現喂料管多次堵料，粘接嚴重，下料回轉閥粘接卡死，造成磨機跳停。經過工程技術人員的研究，在回轉閥下方增加了下料管和回轉閥清理孔，現在要求每勤（班）進行清理，基本消除了磨機因這些個方面跳停的風險；磨盤中間積料粘接嚴重也會對落料點和廢料產生影響，我們在每次旋浮吹煉爐停爐點檢冰銅磨時都要求徹底清理磨盤中間粘接積料。

（4）在使用過程中冰銅磨熱風爐掉磚嚴重，企業利用2021年5月旋浮吹煉年休期間進行了恢復，同時要求嚴格控制熱風爐天然氣的風氣比和控制熱風爐內溫度，至2021年7月熱風爐運行良好，爐內耐火磚完好，大大提高了熱風爐的爐壽，特別時耐火磚的使用壽命。

3 改進結果

通過以上機械結構改進和工藝參數改進，顯著降低了磨機振動值及返料量，其中在針對磨盤和擋料環進行更新后，對于冰銅磨結構中的輥環間隙分別為8mm、12mm以及13mm，因此間隙未調整。磨機運行穩定性得到顯著提升，振動值在6mm/s以下，最低干燥量可以達到65t/h（濕基），最大干燥量可以達到120t/h（濕基）。其中改進前后的輥套與擋料環間隙變化見表1.通過以上分析可以得出，輥套與擋料環間隙最佳約為10mm，最低要在6mm以上。三個輥套間隙也不能存在有較大差距，不然則會導致出現料層不均，加大磨機振動。擋料環高度經過調整后，返料量得到顯著控制，恢復到5t/d左右，同時返料孔在更換廢料斗時也能夠進行關閉，顯著降低了生產中的天然氣消耗量。

表1 改進前后輥套與擋料環間隙數據

4 結論

通過以上關于提升銅冶煉旋浮吹煉冰銅磨系統運行穩定性的優化改進方案分析，所得出的結論主要為：

第一，冰銅磨磨輥和擋料環間隙要控制在10mm左右，確保三個輥套間隙差異不大，有助于提升料層均勻性，降低磨機振動值。第二，擋料環過低會導致磨盤上料層穩定性不足，因此應該控制在120mm以上，則有助于降低磨機振動值和返料量。第三，針對冰銅磨系統運行機械結構和工藝參數實施改進及優化，有助于提升冰銅磨運行的穩定性和安全性，對于生產質量和效率具有直接影響。第四，冰銅磨工藝控制是一個各因素耦合的過程，（產能、品質、廢料量等是磨輥與磨盤的正壓和反壓，落料點位置，擋料環高度，選粉機轉速，分料錐完好情況，天然氣燃燒（風氣比）效果，出料溫度控制，布袋進口溫度控制，落輥時間控制，系統風量（冰銅磨風機轉速），磨機到布袋進口的距離）、進出口壓差等方面都有關系。