閃速爐干礦倉著火燒結原因分析及防治

甘聰

（紫金銅業有限公司，福建上杭 364204）

1 工藝簡介

紫金銅業閃速熔煉配料采用倉式配料工藝，渣精礦、銅精礦、石英熔劑等物料由配料倉落下，并通過皮帶秤計量后由皮帶輸送機經振動篩、電磁除鐵器去除塊狀物料及鐵質雜物后，輸送至蒸汽干燥機進行物料干燥。干燥后的混合物料由氣力提升機輸送至擴散分離器，由旋風收塵器及布袋除塵器收集后落入干礦倉中進行儲存。根據失重給料系統加料周期，干礦倉內的物料間斷加入失重倉內，并按照設定的投料量由失重螺旋均衡輸出，落入混料斗，經風動溜槽輸送至閃速爐精礦噴嘴進行反應[1]，工藝流程圖見圖1。干礦倉作為配料干燥后混合物料的儲存設施，將配料干燥環節與熔煉環節分開，以便配料干燥系統出現故障時，熔煉系統仍能維持一定時間的正常生產，從而為消除故障提供緩沖時間，為連續生產提供保障。

圖1 配料干燥及失重給料系統工藝流程

閃速爐熔煉系統要求入爐物料粒度-200目占比大于80%、含水率低于0.3%，因此蒸汽干燥需要將物料干燥至100℃及以上以滿足水分控制要求。干燥后的物料經輸送存儲在干礦倉內，仍需維持高溫狀態。然而，物料以硫化銅精礦為主，硫化銅精礦著火點相對較低，若管理不到位，可能導致干礦倉儲存的物料著火燒結，嚴重影響干礦倉安全及正常生產。本文擬對紫金銅業發生過的干礦倉著火燒結現象進行分析，總結其著火燒結原因，并提出相應的防治措施。

2 干礦倉著火燒結及處置過程

某干礦倉的東西南北四面側壁中部各安裝有1個溫度檢測點對礦倉整體溫度進行監測。正常生產期間，干礦倉各溫度檢測點均低于90℃；當干礦倉內物料出現著火現象時，對應區域的溫度測點將超過95℃。2021年1月—4月，該干礦倉出現了8次著火致使溫度測點異常現象，溫度測點數據詳見表1。

表1 2021年1月—4月份閃速爐干礦倉異常情況溫度數據℃

當溫度異常升高，經確認確為著火后，通常采用“剪刀叉作業法”進行排料滅火作業，即利用配料干燥系統與投料量進行配合調整：先在提高閃速爐投料量的同時，降低干燥量，以達到將干礦倉料位迅速降低的目的；當干礦倉料位降低至接近干礦倉底部時，再提高干燥量，同時降低閃速爐投料量，以達到提高干礦倉料位的目的。如此反復，能將著火物料迅速排出，并使新干燥的物料在礦倉上部覆蓋達到“窒息滅火”的效果。在采取“剪刀叉作業法”時，可適當降低干燥物料的出料溫度以提高物料含水量，從而降低物料進入礦倉內再著火的概率。

2月4日—2月6日，閃速爐停爐3 d進行檢修。期間，干礦倉內出現著火且物料無流動，導致在礦倉內持續著火燒結。閃速爐復產投料后，著火燒結物料隨著干礦倉料位下降，落入2號失重加料閥上方料錐內將料錐下料口堵塞，使該加料閥無法正常加料，如圖2所示。工作人員立即將礦倉料位降低至30%～40%，并停運此套失重給料系統，對堵塞的下料錐進行了3 d的排料清理，清理出的物料包含有著火物料及結塊。由于礦倉未排空，進行清理作業安全風險高且燒結物料無法排空，清理至下料順暢后恢復了該套失重倉使用。

圖2 料錐內燒結物料

因干礦倉頻繁著火，4月7日工作人員將干礦倉排空，對2號失重加料閥料錐內燒結物料及礦倉內部著火物料進行檢查清理，發現干礦倉內橫梁上堆積的物料內部存在火星，如圖3所示。通過排空干礦倉，對其進行了徹底清理。恢復生產后，干礦倉各溫度檢測點恢復至90℃及以下。

圖3 干礦倉內橫梁上著火物料

3 干礦倉著火燒結原因分析

干礦倉著火燒結可能是多因素共同導致，筆者從物料、參數控制、設備及現場管理方面進行分析，查找可能導致礦倉著火的原因。

3.1 干燥控制不當

蒸汽干燥機采用間接換熱方式進行物料干燥，相對于傳統氣流干燥安全性相對較高[2-3]，其主要是根據物料量的需求，調整蒸汽壓力、流量、干燥窯轉速、負壓等參數，從而對物料出料溫度和出料水分進行控制。一般而言，干燥物料出料溫度在100～110℃即可滿足物料水分控制要求。然而，配料倉由于下料中斷、振動篩篩網堵塞等原因，可能會造成入窯物料量發生波動，此時干燥參數較難控制。干燥機停機后重新開機時，也可能會出現干燥控制不當的情況。當干燥參數控制不當時，出料溫度偏高，則可能導致干燥物料著火并被輸送到干礦倉形成點火源。

3.2 存在低著火點物料

經過閃速爐配料干燥進入干礦倉的物料主要包括銅精礦、渣精礦、石英砂、硫化銅、黑銅泥、脫硫活性焦粉。為確定進入干礦倉的物料在干燥系統運行的最高溫度下著火的可能性，使用恒溫烘箱對物料進行了常溫至200℃的烘干升溫試驗，不同物料成分及試驗結果見表2。

表2 不同物料的烘干升溫試驗結果

通過試驗可以確定：進入干礦倉物料中硫化銅著火點最低，且溫度超過195℃將自燃，是最易導致礦倉著火的物料。隨著閃速爐投料量的提升，致使干燥負荷增大，對應的蒸汽流量及壓力將隨之提高。當入窯蒸汽壓力維持在1.4 MPa以上時，對應的入窯蒸汽溫度將大于195℃，若入窯物料含水量增加，同等干燥負荷下相應的干燥蒸汽壓力及溫度將更高。干燥機換熱盤管溫度將達到200℃以上[4]。若此時在物料中配入硫化銅將極易在出料端出現物料著火現象，并被輸送至干礦倉中引起干礦倉物料著火燒結。

3.3 高溫煙塵進入干礦倉

由于前期煙塵失重系統改造時未設置單獨布袋及風機，導致煙塵失重加料時粉塵外溢。后將煙塵失重呼吸管接至干礦倉中，解決了加料過程中粉塵外溢的問題，后續運行過程中均未再出現此問題。在2020年底的閃速爐年修期間，該廠將鍋爐輻射部煙塵改為在線破碎后與對流部煙塵混合，采取正壓直接輸送至煙塵倉，鍋爐高溫煙塵不再經過轉運及冷卻過程，這使得高溫煙塵隨著加料過程被帶入至干礦倉中，從而可能引起礦倉內的物料著火。另外，煙塵失重倉在加料周期排出的空氣直接排放至干礦倉。此時，如果干礦倉出現少許火星，整個干礦倉就像是一個密閉鼓風爐。這也是干礦倉里面的著火現象極難消失的主要原因[5]。

3.4 干礦倉漏風及負壓控制不當

通過對干礦倉檢查，發現干礦倉與擴散分離器下料管的連接處因長期沖刷、磨損出現了破損，干礦倉頂蓋與四面側壁法蘭的連接螺栓出現大量松動及密封件脫落情況。而干礦倉內負壓維持在-2 kPa以上，外界空氣被大量抽入倉內，致使通入干礦倉的氮氣起不到保護作用。干礦倉內維持著較高的氧含量，一旦有著火物料進入干礦倉將迅速擴散并持續燃燒。

3.5 干礦倉橫梁影響著火物料排出

干礦倉內東西方向設置有8根橫梁，上下各4根，沿南北方向均勻布置。這些橫梁位于干礦倉料位65%位置，當干礦倉內采取“剪刀叉作業法”進行處置著火物料時，部分著火物料在降低料位時因堆積在橫梁上無法排出礦倉；料位提升后，新的物料又會被堆積在橫梁位置的著火物料引燃，致使干礦倉頻繁出現著火現象。

當料位長時間維持在65%～70%時，表面物料會直接與漏入礦倉中的空氣接觸，使燃燒迅速擴散；而當料位高于橫梁位置較多時，因上部物料的覆蓋，殘留的著火物料處于相對缺氧狀態，故燃燒擴散較慢，側壁溫度檢測點不會出現明顯異常。干礦倉料位與側壁溫度趨勢見圖4。

圖4 干礦倉料位與側壁溫度趨勢

3.6 其它原因

1）現場檢修動火作業管理不當，導致干燥機氣力提升系統中物料著火被帶入干礦倉中；或者火星掉落至干礦倉漏風點處被吸入礦倉內引燃物料。

2）擴散分離器下料回轉閥容易出現堵轉故障。當物料中存在鐵器雜物時，回轉閥則容易出現堵轉。若進行強行啟動，金屬摩擦會形成局部高溫，從而引燃低著火點物料排入到干礦倉內。

4 干礦倉著火的防治措施

4.1 優化干燥參數控制

通過增設物料波動報警，提醒操作人員及時調整干燥參數，防止出現溫度大幅波動。在停機后重新開機時需逐步增加干燥量及蒸汽量，以避免大幅度增加干燥負荷導致的出料溫度快速上升超溫。將干燥出料溫度報警值及聯鎖停機值分別由125℃、130℃調整至120℃、125℃，確保干燥物料出料溫度控制在125℃以下。

4.2 調整低著火點物料配入時機

硫化銅配入盡可能選擇在干燥負荷較低及干燥機蒸汽溫度在195℃以下時進行，并將干燥出料溫度控制在110℃以下，從而降低物料著火風險，在計劃長時間停爐前不配入硫化銅，防止產生物料著火后在干礦倉內持續著火燒結。

4.3 控制著火源進入干礦倉

斷開煙塵失重呼吸管與礦倉的連接，將其接入至煙塵存儲倉中，以防止煙塵失重倉加料過程中高溫煙塵及空氣進入干礦倉中。對氣力輸送系統及干礦倉連接設備進行動火檢修時，做好隔斷措施，防止檢修產生的火星進入礦倉。

4.4 保持礦倉內相對窒息性氣氛

對干礦倉頂蓋與側部法蘭進行緊固密封，修補與礦倉連接的破損管道，做好日常干礦倉密封檢查工作，防止吸入外界空氣。根據精礦失重系統運行情況，保證不冒正壓情況下將干礦倉負壓下調，控制在-400～-500 Pa，并將通入干礦倉的氮氣接入口道由原干礦倉頂東北角一處改為在干礦倉頂南側、西北、東北三處同時通入干礦倉內，確保礦倉內整體形成相對窒息性氣氛，著火物料進入礦倉內后能快速熄滅。改造干礦倉頂氮氣接入口布置如圖5所示。

圖5 干礦倉頂部氮氣接入口布置

4.5 干礦倉橫梁改造防止著火物料堆積

將干礦倉橫梁上放改為錐形，防止物料在橫梁堆積。當出現物料著火時，著火物料可以及時隨著料位的下降全部排出礦倉，防止著火物料在倉內有殘留而引起復燃。

4.6 加強除鐵管理及規范故障處置

日常加強對原料的管理，防止將金屬雜物混入到原料中。對電磁除鐵器加強清理，減少金屬雜物進入干燥及氣力輸送系統導致回轉閥產生堵轉故障。同時，在出現回轉閥堵轉故障時，不得強行開動進行排堵作業，防止產生局部高溫表面引燃低著火點物料。

4.7 干礦倉溫度預警及出現異常及時處置

增加干礦倉溫度90℃及95℃的兩級超限報警，當出現溫度超過報警值時立即采取“剪刀叉作業法”進行處置，防止處置不及時導致礦倉內著火物料蔓延，從而造成產生大面積燒結情況。此時若有配入低著火點物料則立即停止配入。同時，降低干燥物料的出料溫度，增加通入干礦倉內的氮氣流量，降低干礦倉內氧氣含量，在料位低于65%時可對干礦倉橫梁端部進行捶打振動以防止橫梁上殘留有著火燒結物料。

5 結語

自2021年4月7日該廠對干礦倉徹底檢查清理后，通過上述各項控制措施的實施，至今未再出現干礦倉著火燒結現象。干礦倉各溫度檢測點均持續維持在正常范圍，使干礦倉處于安全運行狀態，為閃速爐穩定生產提供了保障。