銅冶煉奧斯麥特熔煉爐提升開(kāi)風(fēng)率的影響因素及措施

劉賢龍，趙祥林，任鵬博

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司冶煉廠,湖北 黃石 435005)

大冶有色冶煉廠奧斯麥特爐(以下簡(jiǎn)稱“奧爐”)采用的是富氧頂吹熔煉技術(shù)[1],主要負(fù)責(zé)將銅精礦經(jīng)熔池熔煉后,向轉(zhuǎn)爐提供合格銅锍,并向硫酸系統(tǒng)輸送二氧化硫煙氣制酸,2019年全年礦銅產(chǎn)量目標(biāo)為32.5 萬(wàn)t。經(jīng)過(guò)前幾個(gè)爐期的生產(chǎn)實(shí)踐,目前奧爐的整體工藝控制已十分成熟,處理量也基本穩(wěn)定在200～220 t/h,如若進(jìn)一步提高產(chǎn)能,提高小時(shí)處理量已陷入瓶頸,提高奧爐開(kāi)風(fēng)時(shí)率成為唯一的方法[2]。

為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量目標(biāo),除提高小時(shí)加料量以外,保障奧爐系統(tǒng)的穩(wěn)定、減少停爐時(shí)間、保障奧爐系統(tǒng)的開(kāi)風(fēng)率也是必不可少的措施,本文主要分析和實(shí)踐通過(guò)減少鍋爐掉焦、減少清槍重時(shí)間及換槍頻次等來(lái)提高奧爐系統(tǒng)開(kāi)風(fēng)時(shí)率。

1 奧爐開(kāi)風(fēng)率影響因素分析

2018年大冶奧爐系統(tǒng)全年理論生產(chǎn)時(shí)間為8 184 h,實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間為7 668.72 h,內(nèi)部故障停爐259 h 01 min,具體停爐情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 2018年奧爐系統(tǒng)停爐情況統(tǒng)計(jì)情況

圖1表明,鍋爐故障、噴槍故障及換槍、化焦及堆料、供風(fēng)供煤系統(tǒng)故障以及清槍重是影響奧爐內(nèi)部停爐的關(guān)鍵因素,占比達(dá)到82.67%,另外加料系統(tǒng)故障也是一個(gè)占比較高的影響因素。

2 提高奧斯麥特熔煉爐開(kāi)風(fēng)率的措施

2.1 降低鍋爐故障率

大冶奧斯麥特熔煉爐配套余熱鍋爐規(guī)格為110 t,煙氣出口溫度約360 ℃。該設(shè)備為煙氣除塵脫硫降溫,為濕法電銅生產(chǎn)、制氧供應(yīng)飽和蒸汽,并且把多余的蒸汽用來(lái)發(fā)電。余熱鍋爐采用直通式強(qiáng)制循環(huán)鍋爐,由奧爐爐蓋、上升煙道、下降煙道和水平布置的對(duì)流區(qū)四部分組成,受熱面由膜式水冷壁組成,膜式壁由高壓鍋爐鋼管和扁鋼焊接而成。

鍋爐爆管主要是指膜式壁的高壓鍋爐鋼管爆管,若出現(xiàn)鍋爐爆管,必須停爐處理,否則鍋爐管在高壓蒸汽下漏點(diǎn)越吹越大,不利于后續(xù)生產(chǎn),降低鍋爐爆管的主要措施如下所述。

2.1.1 嚴(yán)格控制鍋爐水質(zhì)

鍋爐用水為150 t 化水站生產(chǎn)的除鹽水,技術(shù)人員需要定期對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),合理安排對(duì)陽(yáng)床和陰床進(jìn)行倒換和再生,確保陽(yáng)床出水鈉離子≤10-7g/m3,陰床出水硅酸根≤10-7g/m3,除鹽水質(zhì)量硬度≤5 mol/g、硅酸根≤10-7g/m3、導(dǎo)電度≤10 μs/cm,同時(shí)嚴(yán)格規(guī)范加氨流程,定期加氨調(diào)節(jié)pH 值,確保鍋爐水質(zhì)磷酸根濃度在5～15 mg/L 之間,pH 值在9～11 之間,嚴(yán)格控制鍋爐水質(zhì)[3]。

2.1.2 加強(qiáng)鍋爐的日常保養(yǎng)

鍋爐的保養(yǎng)主要從汽包壓力的穩(wěn)定控制和降低鍋爐晃動(dòng)兩個(gè)方面開(kāi)展。

1)穩(wěn)定汽包壓力。汽包壓力的變化容易導(dǎo)致鍋爐管道熱應(yīng)力的變化,熱應(yīng)力變化容易導(dǎo)致鍋爐爆管。正常生產(chǎn)時(shí),通過(guò)對(duì)供氣閥門的調(diào)節(jié),將鍋爐汽包壓力控制在4.0～4.7 MPa,杜絕汽包壓力大幅度波動(dòng)。開(kāi)爐鍋爐升壓過(guò)程中,嚴(yán)格按照鍋爐升壓表進(jìn)行操作(表1),控制鍋爐升壓速度在0.02～0.03 MPa/min。

表1 鍋爐升壓表

2)降低鍋爐晃動(dòng)。生產(chǎn)過(guò)程中由于噴槍的晃動(dòng),導(dǎo)致整個(gè)奧爐連同余熱鍋爐都有較大的晃動(dòng),容易導(dǎo)致鍋爐高壓管道的損傷,為了降低鍋爐的晃動(dòng),車間新增彈簧吊架,有效減緩鍋爐晃動(dòng)。

2.2 延長(zhǎng)噴槍使用壽命

隨著火法冶煉生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì),高富氧濃度已經(jīng)成為提高產(chǎn)能和節(jié)約能源的重要手段[4],大冶奧爐富氧濃度已經(jīng)提高至75%,達(dá)到世界領(lǐng)先水平。噴吹高富氧氣體,空氣流量減少,導(dǎo)致噴槍冷卻能力降低,影響噴槍壽命,結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行改進(jìn)。

噴槍為套筒結(jié)構(gòu),分4 層,從內(nèi)至外依次分別是粉煤管、噴槍風(fēng)管、氧氣管道和套通風(fēng)管道,其中套通風(fēng)是二次風(fēng),噴槍裸露在外的管道主要為噴槍風(fēng)管。

改進(jìn)措施主要包括:縮短氧氣管道,將噴槍風(fēng)和氧氣提前混合,同時(shí)縮小風(fēng)氧混合后的管道。改進(jìn)后的噴槍可以有效增強(qiáng)噴槍最外層噴槍風(fēng)管的冷卻能力,提高使用壽命。圖2為噴槍改造前、后的示意圖。

2.3 減少奧爐煙道掉焦

奧斯麥特爐熔池熔煉過(guò)程中熔池中的反應(yīng)劇烈,噴濺顯著,熔煉產(chǎn)生的煙氣中夾帶許多細(xì)小液滴、精礦顆粒,還有原料中的Zn、Pb、As 等揮發(fā)性元素,進(jìn)入上升煙道后遇到余熱鍋爐的膜式壁,迅速降溫,便粘在上面,隨著時(shí)間增加,冷凝壁越粘越厚,形成大面積結(jié)塊。結(jié)塊一面接觸的為光鍋爐水冷壁,溫度只有256 ℃,一面是爐內(nèi)高溫?zé)煔?結(jié)塊處于半熔融狀態(tài),日積月累之下結(jié)焦越來(lái)越厚,受自重及鍋爐本體振打錘的振打,焦塊產(chǎn)生裂縫,突然大面積掉落到爐內(nèi)熔池中,由于其溫度遠(yuǎn)低于熔池溫度,掉落在熔池中后會(huì)吸收大量的熱量,短時(shí)間內(nèi)破壞熔池中的熱平衡狀態(tài),使熔體溫度迅速降低。嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成堆料,造成長(zhǎng)時(shí)間的停爐。

減少煙道掉焦要從減少奧爐煙氣量、采用多種措施抑制大塊結(jié)焦和改進(jìn)化焦操作工藝三個(gè)方面開(kāi)展工作。

2.3.1 減少奧爐煙氣量

通過(guò)提高奧爐富氧濃度,減少入爐總風(fēng)量,可以有效地降低煙氣總量,減少煙氣的機(jī)械夾雜,減少煙道結(jié)焦。圖2為富氧濃度(簡(jiǎn)稱“氧濃”)60% 和75%生產(chǎn)時(shí)的煙道結(jié)焦情況,大冶有色已經(jīng)將氧濃提至75%。

圖2 噴槍改造前后示意圖

2.3.2 采用多種措施抑制大塊結(jié)焦

1)物理方法。奧爐熔體噴濺是煙道結(jié)焦的主要來(lái)源之一,影響最大的是上升煙道起始段的工作門,通過(guò)每日對(duì)煙道工作門附近的焦結(jié)塊進(jìn)行清理,可以有效避免大焦結(jié)塊掉落。

2)化學(xué)方法。化學(xué)方法主要是指使用結(jié)焦抑制劑對(duì)結(jié)焦進(jìn)行處理。

通過(guò)人工清理焦與藥劑相結(jié)合的方式,煙道結(jié)焦可以大幅度得到改善。

2.3.3 改進(jìn)化焦操作工藝

生產(chǎn)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)掉落結(jié)焦結(jié)塊堆料后,應(yīng)立即停止投料,將奧爐由熔煉模式轉(zhuǎn)到保溫模式,此時(shí)不提槍,采取以下操作。

1)增大粉煤量及風(fēng)量。讓噴槍保持在熔池內(nèi),增大粉煤用量和提高粉煤系數(shù),提高入爐的風(fēng)量,增大爐內(nèi)的機(jī)械攪動(dòng)力,同時(shí)鼓入多余的氧氣與精礦物料進(jìn)行氧化反應(yīng),放出大量熱量,達(dá)到快速熔化物料的目的。

2)噴槍上下移動(dòng)。保溫過(guò)程中噴槍上下移動(dòng),利用噴槍的晃動(dòng)攪動(dòng)整個(gè)熔池,讓噴槍口處物料快速反應(yīng),為噴槍進(jìn)一步擺動(dòng)提供空間。

這種操作方法能夠保證噴槍浸沒(méi)在熔池里面,達(dá)到快速化焦的目的。

2.4 降低供風(fēng)供煤系統(tǒng)故障

2.4.1 降低風(fēng)機(jī)故障

1)儀表風(fēng)改用氮?dú)狻L(fēng)機(jī)的儀表風(fēng)由空氣改成氮?dú)?由于氮?dú)鉄o(wú)水,改用氮?dú)夂箫L(fēng)機(jī)儀表故障基本消除。

2)改進(jìn)汽包排水閥門。在汽包排水管上連接一個(gè)三通,在三通的另外兩個(gè)接口上分別安裝手動(dòng)閥門和時(shí)控開(kāi)關(guān),來(lái)達(dá)到定期排水的效果。

2.4.2 加強(qiáng)粉煤系統(tǒng)的保養(yǎng)

由于粉煤噴吹系統(tǒng)是依靠壓縮氣體和氣控元件來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)作,設(shè)計(jì)的機(jī)械及儀表配件較多,需進(jìn)行定期的維護(hù)保養(yǎng)。

1)每天對(duì)粉煤噴吹外部進(jìn)行清掃,連接螺栓檢查緊固,減少控制元件因?yàn)榉e灰導(dǎo)致的各種故障。

2)每周對(duì)各圓頂閥、旋轉(zhuǎn)給料器軸承加注潤(rùn)滑脂。

3)每月對(duì)粉煤噴吹氣源的過(guò)濾器進(jìn)行拆卸清洗。

4)用膠帶將圓頂閥限位開(kāi)關(guān)盒上的孔洞密封,避免盒內(nèi)進(jìn)灰,減緩限位開(kāi)關(guān)閥芯卡死情況,延長(zhǎng)使用壽命。

5)定期利用停爐對(duì)限位開(kāi)關(guān)、電磁閥、快速排氣閥等進(jìn)行更換,通常2～3月更換一次,舊閥清洗備用,減少故障率[5]。

2.5 降低清槍重時(shí)間

采取工藝清理噴槍結(jié)焦法,可大幅度降低清槍重頻次,具體操作如下所述。

1)槍重超過(guò)18 t 之后,下降槍位50 mm。

2)下槍后開(kāi)啟保溫?zé)熘硷L(fēng),減少套筒風(fēng)量到3 000 Nm3/h,噴槍風(fēng)量減少了1 000 Nm3/h。

3)10 min 后,關(guān)閉保溫?zé)熘硷L(fēng),套筒風(fēng)量增加到6 000 Nm3/h。

4)槍位下降50 mm 后維持30 min,然后槍位恢復(fù)正常,套筒風(fēng)量維持在6 000 Nm3/h。

5)槍重掉落后,立即增加1～2 t 河沙用量(10 min 左右),造出少量高硅渣,粘在槍上,10 min 后河沙減到正常用量。

6)槍重掉落后,套筒風(fēng)恢復(fù)到5 000 Nm3/h。

7)班中槍位在1 800～1 850 mm 之間調(diào)節(jié),通過(guò)槍位變化導(dǎo)致溫度變化使槍重更容易掉落。

通過(guò)工藝控制清槍重法,每月清槍重頻次可以下降至1～2 次,效果顯著。

3 效果總結(jié)

2019年全年理論開(kāi)風(fēng)時(shí)間8 760 h,共計(jì)停爐394 h 04 min,內(nèi)部停爐268 h 13 min,奧爐系統(tǒng)開(kāi)風(fēng)時(shí)率達(dá)到95.5%。圖4為奧爐系統(tǒng)2019年內(nèi)部停爐統(tǒng)計(jì)餅分圖,2019年奧爐內(nèi)部停爐268 h 13 min,其中:鍋爐故障40 h 20 min,噴槍故障及換槍89 h 49 min,化焦及堆料23 h 42 min,供風(fēng)供煤系統(tǒng)故障18 h 49 min,清槍重23 h 07 min,加料系統(tǒng)故障49 h 04 min。

圖4 2019年內(nèi)部停爐統(tǒng)計(jì)圖

4 結(jié)語(yǔ)

大冶有色為了提升產(chǎn)能,對(duì)影響開(kāi)風(fēng)時(shí)率的影響因素進(jìn)行了分析,并采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施,改進(jìn)后,奧爐2019年全年系統(tǒng)開(kāi)風(fēng)時(shí)率達(dá)到95.5%,較2018年93.7%提高1.8%,全年礦銅產(chǎn)量達(dá)到32.6萬(wàn)t,效果顯著。文中所采用的改進(jìn)措施對(duì)同類企業(yè)提高奧斯麥特爐銅精礦處理能力具有借鑒意義。