富氧側吹爐熔池熔煉銅鎳礦的生產實踐

劉清漓

（新疆喀拉通克礦業有限責任公司 富蘊 836107）

富氧側吹爐熔池熔煉銅鎳礦的生產實踐

劉清漓

（新疆喀拉通克礦業有限責任公司 富蘊 836107）

介紹了富氧側吹爐的結構以及富氧側吹熔池熔煉的工藝特點及生產實踐。實踐表明，富氧側吹爐熔池熔煉銅鎳礦具有品位易于調整、處理量大、易操作、煙氣濃度高、燃料便宜(相對塊焦)等優點，有很好的發展前景。

富氧側吹爐 熔池熔煉 低冰鎳 二次風 單體S

0 前言

銅鎳礦冶煉車間1988年建廠，采用8m2敞開式鼓風爐熔煉銅鎳礦，2001年敞開式鼓風爐改建為10.5m2密閉式鼓風爐。鼓風爐工藝產能低、能耗高、環境污染嚴重，屬于國家淘汰工藝，2008年立項改造，選用富氧側吹爐熔池熔煉工藝。項目于2008年啟動，2009年開始施工，2010年12月基本建成，2011年3月15日正式投料進行試生產。

1 結構

富氧側吹爐見圖1。

圖1 富氧側吹爐

富氧側吹熔池熔煉爐呈長方形立式結構，主要由爐缸、爐身、爐頂、鋼架等部分組成。爐缸由耐火材料砌筑而成，爐缸以上部分為爐身，爐身由銅水套組成。沿長度方向，側吹爐可分為熔煉池、上升煙道、虹吸池三部分。在爐身兩側一層銅水套上各開15個一次風口，用于向熔體渣層鼓入富氧空氣。在爐身兩側三層銅水套上各開10個二次風口，用于向爐內鼓入空氣，使煙氣中的可燃成分燃燒完全。三層銅水套以上以及爐頂是由鋼水套組成。爐頂鋼水套設有固態加料口、液態加料口以及排煙口。

2 工藝介紹

銅鎳特富礦、銅鎳精礦、石英石、粒焦等爐料從爐頂加料管連續地加到熔融的熔池,一次風口浸沒在渣層的中上部,向渣層內鼓入富氧空氣,劇烈地攪動風口上方的熔體,在熔池內部完成硫化物的熔化、氧化和造渣,同時使熔池溫度上升到1 250～1 350℃。

熔劑與難熔組分在攪動的高溫爐渣中被溶解，生成的冰銅小珠在熔體攪動時相互碰撞而凝聚長大，與爐渣同時向下沉降到風口下方的靜止區域。溜槽后部匯合流入貧化電爐。熔煉產生的高溫煙氣從上升煙道進入余熱鍋爐，余熱鍋爐產飽和蒸汽送發電車間，余熱鍋爐出口煙氣經過電收塵器捕塵后送制酸系統。貧化電爐渣間斷放出水淬，電爐放出低冰鎳送轉爐吹煉。轉爐產出高冰鎳水淬后送阜康冶煉廠濕法處理，轉爐渣返回富氧側吹爐熔煉。

由于整個反應在熔體中進行，且因采用高富氧熔煉，反應速度較快，爐內的溫度要求較高，因此各項操作要求較為嚴格。

3 工藝特點

（1）富氧風送至熔渣層進行造锍熔煉。

（2）熔池深，渣與低冰鎳在爐內分離完全。

（3） 爐身采用銅水套結構，生產過程中銅水套內壁形成10～30mm厚的渣層，渣層對銅水套起到保護作用。

4 生產實踐

（1） 對物料的要求

主要表現在粒度及水分上,粒度要求5～20mm。冶煉車間技改前使用的是鼓風爐熔煉工藝，除精礦外，塊狀物料粒度通常都在80mm左右。從而忽略了對物料粒度的要求，開爐時物料粒度多在40mm左右，對處理量有影響，爐子尾部易形成堆料現象；即送風區拋過來的塊狀物料，在此處聚集不熔化形成堆料，嚴重時，甚至擴展到了加料區域。

對水分要求≤8%。因技改前選廠所產精礦水份多在15%～17%，降水分工作有一定的難度，開爐時精礦水分較高，對生產造成較大影響。從生產實踐看，精礦水分≥10.5%，則精礦圓盤給料機出料不均，造成爐溫、品位的大幅波動，精礦水分7%～9%，則給料穩定，爐子溫度、低锍品位波動范圍較小。除對精礦有水分要求外，其余物料也有水分要求。其余物料含水分高時，爐膛溫度下降，水冷梁區域結瘤大甚至影響二次風的送入；加料管結瘤嚴重時，結瘤插入熔體，結瘤剝落時易產生大的熔體噴濺，存在安全隱患；有時加料管結瘤導致加料管堵塞，被迫停風處理。此外，爐料含水分偏高還對電收塵器、煙氣制酸等產生不利影響。

因此，熔池熔煉，對物料規格的要求，嚴于傳統熔煉爐型。

（2） 處理量

本文的處理量指側吹爐處理的固態物料，不含液態渣。處理量隨入爐氧量的增大而增大。同氧量下，高濃度富氧處理量又比低濃度富氧處理量要大。開爐至七月底，氧濃跨度48%～60%，處理量從30 t/m2d提高到60 t/m2d。五月份，液態轉爐渣完全返入側吹爐。液態渣是否返入側吹爐，對側吹爐固態物料的處理影響不大。若氧量可以提高，處理量還能進一步增大。從側吹爐操作來看，高氧濃、大氣量、大處理量，側吹爐操作更穩定。

（3） 渣型選擇

表1 設計渣型 %

設計渣型，Fe/SiO2達到1.43，較高，爐溫低時或停風時間較長，側吹爐虹吸池及電爐易生成橫隔膜，嚴重時液面無法測量。新工藝才開始生產，處于磨合期，停風很多，一個月的停風時間，比老工藝一年停風時間都長。為避免橫隔膜對生產的不利影響，逐漸探索改變渣型，后渣型定為：Fe 36%～39%、SiO231%～34%、CaO 2%～3%、Fe/SiO21.15～1.25，這樣的渣型，不易產生橫隔膜，渣密度也減小，渣含金屬下降。

（4） 品位控制

表2 設計品位 %

原鼓風爐工藝，低冰鎳品位在15%～18%，而側吹爐品位相對于鼓風爐工藝，低冰鎳品位升高到30%～40%，低冰鎳中FeS量減少，在轉爐吹煉中熱量減少，爐長在沒有適應前，吹煉溫度控制不好，常常造成粘爐。不但產量低、產出大量冷料，還打亂了生產節奏。為此，工藝上降低側吹爐低冰鎳品位，在爐長適應后逐步提高，現爐長已能吹煉35%左右的低冰鎳，但爐溫控制仍存在一定問題。

從側吹爐操作來看，高品位有利于側吹爐操作。但從整個生產流程來看，品位并非越高越好。因品位提高，不僅轉爐冷料投入困難，電爐虹吸放料也難度增加，且棄渣量增大、渣含金屬也升高。從實踐看，目前低冰鎳品位控制在30%左右，產量相對較高，系統直收率也比高品位要高。今后，隨設備的改善，操作水平的提高，品位才可進一步提高。

(5） 溫度控制

表3 溫度控制設計 ℃

從生產實踐看，不管是側吹爐還是電爐，設計渣溫有些偏高。側吹爐渣，渣溫達到設計值，流動性非常好，但渣溜槽損壞加劇，只能維持3～5 d。頻繁修溜槽，操作人員勞動強度大，側吹爐渣溫控制在1 270℃左右，渣溜槽壽命可提高到15 d。

電爐渣溫,超過1 290℃,渣槽“放炮”現象嚴重,開始以為是渣含金屬高所致。取特樣分析,“放炮”時渣含金屬并無明顯升高。渣槽放炮時,限制渣流量,放炮減輕或消除。

由此顯示,渣槽放炮與沖渣水量有關。但沖渣水量現已達到最大能力,而限制渣流量會造成渣口凝結增大操作強度及電爐渣面過高的矛盾。為此,在現有條件下，通常采取的是降低渣溫的做法：保持渣溫在1 270～1 290℃,低于設計渣溫80～60℃,以此解決渣槽“放炮”問題。

低冰鎳溫度一般比渣溫低100℃，只要控制了渣溫，低冰鎳溫度就控制住了。

側吹爐煙氣溫度，實際值遠低于設計值。測溫裝置顯示，側吹爐煙氣溫度約900℃左右。按常規經驗，煙氣溫度比渣溫低100℃算，實際煙氣溫度應高于測出的溫度。因為測煙氣的熱電偶經常燒壞，煙溫在900℃左右，不至于造成熱電偶的頻繁燒壞。

（6） 焦率

初步設計上的焦率是3.8%(對爐料),含液態渣。實際生產中,焦率波動大。在開爐初期,焦率在7%～8%之間，爐況穩定后，精礦投入量逐漸加大，且在焦粒中開始配入焦粉。隨著這種變化，焦率逐漸升高，最高時達到10.5%，此時精礦與特富礦的比例為1∶1，焦粒與焦粉的比例亦為1∶1，且精礦水分約10.5%～12%。10.5%的焦率對于熔池熔煉來說偏高，經分析，認為焦率升高是摻入焦粉所至。在7月中旬，停止焦粉的配入后，根據爐溫焦率逐漸下調，一周后，焦率降至7%～7.5%，焦炭投入量降低約1 t/h。焦率仍高于設計值，但設計中側吹爐低锍品位達到40%時的氧量，遠遠高于生產實踐。因此，可以認為，設計的焦率偏低，與生產實踐有較大差異。

從生產實踐看，高氧濃、大風量、大料量，有助于降低焦率。

（7） 二次風的影響

側吹爐需配入二次風，以氧化煙氣中的單體S及焦炭不完全燃燒產生的CO。在投產前期，工藝上對二次風的認識不足，也不夠重視，另外二次風入爐，降低了爐膛溫度，造成二次風口區域結瘤嚴重，加料管也結瘤。當時生產處于調試過程，停風很多。一停風，溫度下降后，結瘤在熱脹冷縮作用下即脫落，影響開風。為此，前期二次風量基本保持在4 000Nm3/h左右，遠遠低于配料計算值。在6月份，制酸系統出現單體S大量析出的問題，導致制酸系統被迫停車檢修。此時，工藝上才開始正視單體S問題。經過分析，認為單體S的大量析出,二次風量不足是主要原因之一,7月份工藝上增大了入爐二次風量,二次風量由4 000 Nm3/h增加到7 000 Nm3/h。經比較二次風口區域結瘤情況與單體S析出情況，此二次風量最后選定為6 500Nm3/h。此值仍低于計算值，但綜合考慮爐膛降溫與氧化單體S情況，此值較合適。

單體S析出問題，目前仍處于摸索階段。二次風量只是其中的一個影響因素，要徹底解決該問題，還有大量的工作要做。

5 生產實踐存在的問題

（1）Y型槽不合理：虹吸溜、渣溜集中在同一端面，散熱集中，環境溫度過高，不利操作。

（2）備用虹吸、渣口無走向，給檢修帶來困難。

（3） 安全口走向困難。

（4）耐火澆注料作用不明顯：側水套及爐頂水套的澆注料，在生產不久，即開始大面積脫落，目前水套的保護，是靠掛渣實現。

（5） 余熱鍋爐出口煙氣溫度低，210℃左右，不利于單體S的氧化。

（6） 單體S結晶析出。

（7）余熱鍋爐除氧器溫度偏低，余熱鍋爐工作壓力偏低。

6 結論

側吹爐做為熔池熔煉的一種爐型，有其優越性：品位易于調整、處理量大、易操作、煙氣濃度高、燃料便宜(相對塊焦)，有很好的發展前景。

熔池熔煉，對物料規格的要求嚴于傳統鼓風爐熔煉，在物料的粒度及水分上，一定要達到要求，否則會產生一系列的問題，使生產難于順暢；傳統鼓風爐熔煉的經驗、印象，在熔池熔煉中大多不可用、不可借鑒。

側吹爐熔煉，對于銅鎳礦來說，是新鮮事物，目前的生產實踐，只是初步打通了工藝。至于側吹爐本身結構存在的問題及側吹爐與整個系統的配合，還有很多未知領域有待在今后的生產實踐中繼續探索。

收稿：2013-11-28