金冠閃速吹煉爐給料系統(tǒng)優(yōu)化改造應(yīng)用實(shí)踐

臧軻軻，王華駿，沈承勝

（金冠銅業(yè)分公司，安徽 銅陵 244000）

金冠銅業(yè)是世界上第三家采用閃速吹煉工藝的冶煉廠，其裝入系統(tǒng)采用了傳統(tǒng)的失重計(jì)量給料系統(tǒng)+風(fēng)動(dòng)溜槽+噴嘴的配置，投料初期，由于裝入量及作業(yè)率均比較低，加之工藝參數(shù)尚在摸索過(guò)程中，本套系統(tǒng)基本能夠滿足試生產(chǎn)的要求，但是隨著吹煉系統(tǒng)的逐步穩(wěn)定，在高裝入量下的一些問(wèn)題就慢慢暴露出來(lái)，甚至影響到了系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，問(wèn)題主要表現(xiàn)在給料波動(dòng)大，階段性出現(xiàn)大正壓導(dǎo)致正壓聯(lián)鎖跳車(chē)以及棒渣波動(dòng)大等[1]。后通過(guò)工藝分析，認(rèn)為問(wèn)題的源頭在于裝入系統(tǒng)的給料不均以及噴嘴結(jié)構(gòu)等方面，為此，金冠對(duì)閃速吹煉裝入系統(tǒng)進(jìn)行了一系列改進(jìn)、優(yōu)化，并取得了較好的效果。

1 存在的問(wèn)題

1.1 冰銅失重給料螺旋

冰銅失重控制系統(tǒng)是閃速吹煉爐給料系統(tǒng)核心設(shè)備之一，冰銅螺旋給料在使用過(guò)程中出現(xiàn)填充率過(guò)低，僅能達(dá)到25%，是裝入系統(tǒng)給料不穩(wěn)定主要根源。原有失重螺旋存在以下問(wèn)題：

（1）給料量達(dá)不到設(shè)計(jì)量，設(shè)計(jì)給料量為40-110t/h，實(shí)際使用中螺旋給料量最大只能達(dá)到85t/h；

（2）電機(jī)在高頻率運(yùn)行下只能達(dá)到給料的75%～80%，且給料電流波動(dòng)大，大流量（70t/h以上）時(shí)給料量波動(dòng)大，且給料脈沖現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，電機(jī)超頻運(yùn)行。當(dāng)螺旋給料量達(dá)到85t/h，減速機(jī)轉(zhuǎn)速已達(dá)1700r/min,已經(jīng)遠(yuǎn)超其額定轉(zhuǎn)速（1470r/min）運(yùn)行，已不能再通過(guò)提高電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)提高投料量；

（3）填充率過(guò)低形成的給料脈沖流量波動(dòng)大，超出了現(xiàn)有風(fēng)動(dòng)溜槽緩沖能力，造成進(jìn)入冰銅噴嘴的物料不穩(wěn)定，從而影響了冰銅噴嘴的正常反應(yīng)。

1.2 冰銅風(fēng)動(dòng)溜槽

風(fēng)動(dòng)溜槽是一種氣力輸送設(shè)備，通過(guò)改變溜槽內(nèi)物料的流速來(lái)控制料層的厚度，以達(dá)到緩沖物料并消除出口物料波動(dòng)幅度的作用，但在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)以下問(wèn)題：

（1）冰銅風(fēng)動(dòng)溜槽底板透風(fēng)篩網(wǎng)容易局部堵塞，造成物料偏析，進(jìn)入噴嘴和反應(yīng)塔的物料不均勻，生料產(chǎn)生率高，影響閃速吹煉爐的正常均勻反應(yīng)；

（2）冰銅風(fēng)動(dòng)溜槽進(jìn)料端由于物料初速度較低，易在溜槽頭部淤積，阻礙物料連續(xù)、均勻的進(jìn)入反應(yīng)塔，形成不定期的波浪式供料；

（3）FCF原料內(nèi)不可避免的含有冰銅、煙灰等塊狀物料，且冰銅粉比重大、流動(dòng)性相對(duì)較差，塊狀物在槽廂內(nèi)不易被氣流推動(dòng)，形成了阻礙；

（4）為盡量降低風(fēng)動(dòng)溜槽阻礙點(diǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)班組需頻繁對(duì)溜槽內(nèi)部進(jìn)行在線清理，運(yùn)行維護(hù)難度大、工作量大；

（5）因推動(dòng)物料需較大量的壓縮空氣，溜槽持續(xù)或頻繁間斷的噴正壓，夾雜物料的帶壓氣體經(jīng)常沖漏蓋板密封，物料被吹出溜槽外，造成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，粉塵濃度大，環(huán)境差。

通過(guò)對(duì)閃速吹煉爐現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察，同時(shí)結(jié)合山東陽(yáng)谷噴嘴設(shè)備組成情況，發(fā)現(xiàn)我廠所用裝入系統(tǒng)設(shè)備存在脈沖給料現(xiàn)象，其源頭在于冰銅螺旋的單螺旋設(shè)計(jì)，且螺旋填充率底，主電機(jī)超頻使用，電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，物料進(jìn)入風(fēng)動(dòng)溜槽后，風(fēng)動(dòng)溜槽內(nèi)料層較薄，對(duì)來(lái)料的均化作用不明顯，且風(fēng)動(dòng)溜槽設(shè)備工況不穩(wěn)定，在輸料過(guò)程中嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)堵料現(xiàn)象，從而造成爐料在反應(yīng)塔中反應(yīng)不均衡，分別形成過(guò)氧化物和欠氧化物，當(dāng)不均衡反應(yīng)的爐料進(jìn)入吹煉爐熔池內(nèi)時(shí)，會(huì)發(fā)生劇烈的交互式熔池反應(yīng)，從而造成吹煉爐爐況波動(dòng)，吹煉系統(tǒng)負(fù)壓不穩(wěn)定，造成設(shè)備及安全隱患。

2 裝入系統(tǒng)的改進(jìn)、優(yōu)化

2.1 風(fēng)動(dòng)溜槽更換為埋刮板

FCF風(fēng)動(dòng)溜槽自投產(chǎn)后經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，如透風(fēng)率優(yōu)化、

氣量增加、局部補(bǔ)氣、提升角度等多種措施，均有一定的明顯效果，但仍無(wú)法徹底解決上述問(wèn)題，經(jīng)過(guò)數(shù)月的生產(chǎn)實(shí)踐證明，不同于FSF原料干礦比重小、易流化等特點(diǎn)，綜合以往各種實(shí)踐分析：風(fēng)動(dòng)溜槽這種輸送方式目前不適于用FCF這種高比重且流態(tài)化性質(zhì)差的冰銅粉原料。

2015年3月27 日利用月修停爐機(jī)會(huì)完成將風(fēng)動(dòng)溜槽改為刮板運(yùn)輸機(jī)：

（1）刮板選型為槽寬400mm，配套后續(xù)冰銅噴嘴，技術(shù)角度上無(wú)縫對(duì)接，不影響反應(yīng)；

（2）刮板輸送能力40～110t/h，可變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)在不同裝入量下的靈活調(diào)節(jié)；

（3）刮板翅片高度110mm，保證冰銅粉淹沒(méi)翅片，降低脈動(dòng)現(xiàn)象；

（4）刮板槽廂內(nèi)安裝2只緩沖擋管，高度分別為120mm和130mm，起到預(yù)均化和再均化物料的作用；

（5）刮板出口至冰銅噴嘴約1米段采用風(fēng)動(dòng)溜槽連接，傾斜角度達(dá)27°，杜絕了物料淤塞。

在刮板改造后，刮板中料層厚度比風(fēng)動(dòng)溜槽中料層厚度增加，給料穩(wěn)定性比風(fēng)動(dòng)溜槽好，且刮板運(yùn)行性能穩(wěn)定，風(fēng)動(dòng)溜槽堵料問(wèn)題也得到解決。冰銅噴嘴反應(yīng)善得到改善，正壓跳車(chē)在改造后的各月份中出現(xiàn)次數(shù)明顯減少，因此在2015年7月6日爐內(nèi)點(diǎn)檢時(shí)在冰銅裝入刮板中添加勻料擋板來(lái)改善刮板內(nèi)物料的平整性。

2.2 給料螺旋轉(zhuǎn)子改造

雖添加勻料擋板后，爐內(nèi)壓波動(dòng)情況又進(jìn)一步好轉(zhuǎn)，正壓跳車(chē)造成停爐的次數(shù)也有所降低，但由于冰銅螺旋填充率過(guò)低，螺旋轉(zhuǎn)速波動(dòng)大，刮板的優(yōu)化也不能完全解決脈沖給料的影響；另外螺旋的給料能力也受到嚴(yán)重制約，不能長(zhǎng)期超頻使用。因此通過(guò)與奧圖泰等廠家合作，通過(guò)對(duì)螺旋轉(zhuǎn)子進(jìn)行改進(jìn)來(lái)提高填充率。在2015年9月16日月修中將冰銅螺旋轉(zhuǎn)子進(jìn)行更換，下表為冰銅螺旋轉(zhuǎn)子更換后螺旋轉(zhuǎn)速對(duì)比。

表1 冰銅螺旋轉(zhuǎn)子更換后螺旋轉(zhuǎn)速對(duì)比

2.3 冰銅噴嘴分布風(fēng)孔旋流設(shè)計(jì)

閃速吹煉反應(yīng)的在造銅反應(yīng)主要在反應(yīng)塔中進(jìn)行，其反應(yīng)效率受到反應(yīng)時(shí)間及氧料接觸率的影響，在現(xiàn)有噴嘴中，反應(yīng)時(shí)間受到反應(yīng)塔高度的條件限制，無(wú)法進(jìn)行調(diào)整，因此只有在增加氧料接觸率的方向進(jìn)行改造。通過(guò)借鑒陽(yáng)谷旋流噴嘴的基礎(chǔ)上，我們提出將冰銅噴嘴分布風(fēng)進(jìn)行旋流設(shè)計(jì)，將原有垂直孔改為斜孔，從而通過(guò)分布風(fēng)風(fēng)向的改變帶動(dòng)冰銅物料增加切向流動(dòng)，進(jìn)而增加冰銅粉與工藝風(fēng)的接觸率，其示意圖如下。

如圖所示，綠色線代表分布風(fēng)及冰銅粉走向，將分步風(fēng)孔由垂直孔改為斜孔后，除垂直方向動(dòng)能外，其增加了切線方向的動(dòng)能，可增加冰銅物料的切線方向的流動(dòng)，從而增加冰銅份與工藝風(fēng)的接觸率，提高閃速吹煉反應(yīng)在反應(yīng)塔中的氧利用率。

圖1 冰銅噴嘴分布風(fēng)

通過(guò)理論分析，此改造思路可行，因此在11月16日將新改造分布風(fēng)環(huán)安裝在冰銅分布器上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)使用試驗(yàn)。

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)前后爐況、參數(shù)及棒渣含銅等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，改造后冰銅噴嘴有效提高了反應(yīng)效率，在相同原料條件下降低了氧系數(shù)。

表2 改造前后氧系數(shù)變化

通過(guò)上表數(shù)據(jù)分析可明確看出改造前后的變化，在相近的冰銅粉含銅、棒渣含銅及相同的煙灰裝入量條件下，冰銅噴嘴改造后氧系數(shù)明顯較低，在反應(yīng)塔中的反應(yīng)效率有所提升，對(duì)穩(wěn)定爐況有積極作用。

3 改造效果

通過(guò)對(duì)吹煉爐裝入系統(tǒng)的改造，吹煉冰銅噴嘴的反應(yīng)狀況明顯改善，可通過(guò)數(shù)據(jù)情況表現(xiàn)出來(lái)，由于數(shù)據(jù)量較大，在數(shù)據(jù)處理中引入方差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以確定吹煉爐高效反應(yīng)的穩(wěn)定性，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 正壓跳車(chē)次數(shù)

通過(guò)對(duì)閃速吹煉裝入系統(tǒng)一系列改進(jìn)，吹煉爐爐內(nèi)壓波動(dòng)程度，從各月份吹煉爐正壓跳車(chē)和爐況影響次數(shù)統(tǒng)計(jì)可以看出，3月27日刮板改造后正壓跳車(chē)次數(shù)有所降低，但每月仍多次出現(xiàn)，7月6日刮板內(nèi)添加勻料擋板后，月正壓跳車(chē)次數(shù)有所降低，9月16日更換冰銅螺旋后，正壓跳車(chē)現(xiàn)象基本消除；

3.2 四氧化三鐵的穩(wěn)定性

對(duì)改造前后至今各月份內(nèi)棒渣含F(xiàn)e3O4數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，裝入系統(tǒng)的三步改造后吹煉爐渣含F(xiàn)e3O4方差值比改造前15年1-3月份總體逐漸降低，說(shuō)明改造后各月份棒渣中Fe3O4成分較改造前幾個(gè)月相比穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)，吹煉爐內(nèi)造渣反應(yīng)較為穩(wěn)定；

表3 正壓跳車(chē)次數(shù)

表4 棒渣含銅

3.3 棒渣含銅的穩(wěn)定性

同時(shí)，對(duì)11月份改造前后棒渣含銅平均值及方差值進(jìn)行計(jì)算分析，可明顯發(fā)現(xiàn)改造后棒渣含銅更穩(wěn)定，其方差值（4.6）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于改造前方差值（9.1），由此可體現(xiàn)吹，吹煉爐冰銅分布器改造后，粗銅品質(zhì)更加穩(wěn)定。

表5 改造前后棒渣含銅對(duì)比

同時(shí)對(duì)陽(yáng)極化爐氧化還原時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，冰銅噴嘴改造后其氧化還原時(shí)間明顯小于冰銅噴嘴改造之前。

表6 陽(yáng)極化作業(yè)時(shí)長(zhǎng)變化

4 結(jié)論

通過(guò)以上改造，金冠閃速吹煉工藝日趨穩(wěn)定，閃速吹煉爐高負(fù)荷（＞75t/h）生產(chǎn)作業(yè)率能夠穩(wěn)定在80%以上。雖然，裝入系統(tǒng)的改造整體上是成功的，但是對(duì)于困擾我們比較大的閃速吹煉爐爐內(nèi)壓波動(dòng)問(wèn)題，仍沒(méi)有從根本上解決，因此，穩(wěn)定爐內(nèi)壓將是我們下一步解決的重點(diǎn)問(wèn)題。