低品位原料冶煉過程的影響分析

陳 強(qiáng)，屈 勇

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

傾動(dòng)爐是貴冶雜銅冶煉主要生產(chǎn)爐型，其設(shè)計(jì)能力為10萬噸/年。采用一段法生產(chǎn)工藝，以廢雜銅作為原料，通過四個(gè)冶煉周期生產(chǎn)出合格的陽極銅進(jìn)入電解系統(tǒng)。作為一段法處理雜銅工藝，對(duì)原料要求較其他工藝要苛刻。其主要表現(xiàn)在原料的物理規(guī)格、入爐混合品位、單個(gè)雜質(zhì)元素含量等指標(biāo)上。而集中大量的配入低品位原料對(duì)傾動(dòng)爐的作業(yè)周期、能耗指標(biāo)、勞動(dòng)強(qiáng)度等存在較大影響。現(xiàn)就低品位原料在傾動(dòng)爐生產(chǎn)過程的適應(yīng)性進(jìn)行分析。

2 傾動(dòng)爐生產(chǎn)概況

2.1 傾動(dòng)爐設(shè)計(jì)能力及目前生產(chǎn)配料情況

貴冶傾動(dòng)爐由德國MAERZ爐窯公司開發(fā)設(shè)計(jì)，稱為傾動(dòng)式反射爐，其自動(dòng)化程度高、環(huán)保性能好，是再生銅冶煉較為先進(jìn)的工藝爐型。其液態(tài)銅爐子容量為350t（Cu水深度950mm）,熔池面積60m2，爐料的混合品位≥95.5%，具體設(shè)計(jì)能力及爐料的要求（見表1）所示［1］。

表1 傾動(dòng)爐設(shè)計(jì)能力及爐料要求

隨國家政策落地，禁止七類廢雜銅進(jìn)口，同時(shí)規(guī)范六類廢雜銅進(jìn)口量。使得貴冶在原料供應(yīng)上出現(xiàn)捉襟見肘的現(xiàn)象。由于原料緊張，給傾動(dòng)爐生產(chǎn)組織帶來一定的挑戰(zhàn)。復(fù)雜原料居多，混合品位達(dá)不到要求，低品位原料物理規(guī)格碎料居多，配入過量給生產(chǎn)帶來的負(fù)面影響主要表現(xiàn)在周期不穩(wěn)定、能耗指標(biāo)偏高、渣量大、操作困難等。表2為近期某批爐次的實(shí)際配料情況。

表2 傾動(dòng)爐配料單

2.2 復(fù)雜原料對(duì)傾動(dòng)爐作業(yè)周期的影響

低品位雜銅對(duì)傾動(dòng)爐周期的影響。在銅火法精煉及雜銅冶煉過程中，主要雜質(zhì)脫除取決于氧化過程控制。雜質(zhì)在氧化過程中的脫除主要靠Cu2O對(duì)其進(jìn)行氧的傳遞，使雜質(zhì)氧化后與熔劑形成化合物進(jìn)入渣內(nèi)。而傾動(dòng)爐的造渣性能及熔池?cái)噭?dòng)情況制約了氧化進(jìn)程，甚至約束了造渣能力。低品位、高雜質(zhì)的原料配入，打破傾動(dòng)爐現(xiàn)有作業(yè)模式，造成各周期的不穩(wěn)定，表現(xiàn)在氧化時(shí)間偏長，造成單爐作業(yè)時(shí)間延長。從生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，氧化造渣時(shí)間隨著入爐品位的降低而延長。（圖1）為入爐品位與氧化造渣時(shí)間線性關(guān)系圖［2］。

圖1 傾動(dòng)爐入爐品位與氧化造渣時(shí)間線性關(guān)系圖

入爐混合品位降低，勢(shì)必造成渣量的增加，使扒渣時(shí)間延長。通過數(shù)據(jù)分析，不同入爐品位所需扒渣時(shí)間如表3所示。

表3 不同入爐品位雜銅與氧化扒渣時(shí)間對(duì)照表

從上述數(shù)據(jù)可以看出，入爐品位從96%下降至93.5%單爐氧化造渣及扒渣時(shí)間需延長4.2小時(shí)上。實(shí)踐也證明，入爐品位降低，熔劑量配入較大，過多的熔劑阻礙氧量的傳遞，影響爐膛攪動(dòng)，造成雜質(zhì)氧化時(shí)間延長，影響單爐作業(yè)時(shí)間。

2.3 低品位碎料對(duì)生產(chǎn)生產(chǎn)周期的影響

針對(duì)低品位碎料配入量對(duì)傾動(dòng)爐生產(chǎn)的影響，分別抽取配入量80t/爐、30t/爐、不配入三種配料方式各8個(gè)爐次主要技經(jīng)指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，具體對(duì)比情況如表4。

表4 銅米不同處理量技經(jīng)指標(biāo)數(shù)據(jù)

根據(jù)以上的數(shù)據(jù)分析，結(jié)合生產(chǎn)過程控制。大批量的低品位碎料配入，主要影響為加料速度慢、延長了加料時(shí)間。

對(duì)傾動(dòng)爐不同物料單斗重量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（見表5），低品位碎料單斗凈重較其他物料偏低。造成加料總斗數(shù)增加，延長了整個(gè)加料時(shí)間。

表5 傾動(dòng)爐主要物料單斗重量

據(jù)統(tǒng)計(jì)，正常冶煉加入一爐物料約120斗，低品位碎料量配入提高至80t，單爐加料量達(dá)到140斗/爐。低品位碎料提高至150t/爐，單爐加料量達(dá)到175斗/爐。延長了加料時(shí)間，降低了加料速率，從而影響單爐作業(yè)時(shí)間。

而低品位碎料原料加入過量，從熔化速率上分析，也影響到作業(yè)時(shí)間。由于低品位碎料粉料居多，在進(jìn)入爐膛后熱交換面較小，從表面逐步的往下傳熱，對(duì)爐膛大部分的輻射熱難吸收，造成表面過熱，底部無法熔化現(xiàn)象。而其他物料，熱交換面大，并在物料間形成對(duì)流，大大增強(qiáng)了熔化的速率。實(shí)踐證明，低品位碎料與其他塊狀物料相比，熔化速率偏低［3］。

3 復(fù)雜原料對(duì)傾動(dòng)爐技經(jīng)指標(biāo)的影響

3.1 低品位雜銅原料對(duì)傾動(dòng)爐技經(jīng)指標(biāo)的影響

大量復(fù)雜原料的配入延長了單爐作業(yè)時(shí)間，且影響傾動(dòng)爐技經(jīng)指標(biāo)的完成。在生產(chǎn)實(shí)踐中，作業(yè)時(shí)間、單爐產(chǎn)量等指標(biāo)對(duì)重油單耗影響極其嚴(yán)重。現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程不同的入爐品位原料對(duì)單爐產(chǎn)量及重油單耗的影響統(tǒng)計(jì)分析，如表6所示。

表6 不同入爐品位對(duì)單爐產(chǎn)量及重油單耗的影響

從上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，隨著入爐綜合品位的降低，噸銅能耗呈線性關(guān)系上升，爐產(chǎn)也隨著渣量的增大而降低。高復(fù)雜物料的加入將使傾動(dòng)爐重油單耗上升1～5.21kg/t.Cu大大增加了傾動(dòng)爐的生產(chǎn)成本。

3.2 低品位碎料過量配入對(duì)生產(chǎn)成本的影響

從表2中可以看出，低品位碎料的加入量在80t時(shí)，重油單耗較比增長10%。加料時(shí)間和氧化時(shí)間偏長，其原因主要有以下幾點(diǎn)。

（1）低品位碎料進(jìn)入爐內(nèi)，只能從表面逐步熔化，物料間形成不了對(duì)流，主要靠爐膛輻射熱進(jìn)行熔化。

（2）低品位碎料品質(zhì)波動(dòng)較大，國內(nèi)市場(chǎng)高質(zhì)量雜銅緊缺，導(dǎo)致貴冶采購高品質(zhì)雜銅較少。低品位碎料雜銅生產(chǎn)原料的表面基本形成性質(zhì)穩(wěn)定的金屬化合物，提高其熱力學(xué)穩(wěn)定性。故低品位碎料在傾動(dòng)爐熔化過程中，表面形成的金屬化合物阻礙了熱傳導(dǎo)，進(jìn)而導(dǎo)致熔化速率過慢。圖2為傾動(dòng)爐熔化后期現(xiàn)場(chǎng)圖片。

圖2 低品位碎料熔化后期在傾動(dòng)爐表面覆蓋圖片

（3）由于低品位碎料比重較輕，提高單爐低品位碎料配入量導(dǎo)致加料速度慢、爐門開啟頻繁現(xiàn)象，傾動(dòng)爐熱散失較大，增大了燃油量。

3.3 復(fù)雜原料對(duì)傾動(dòng)爐產(chǎn)品質(zhì)量的影響

在傾動(dòng)爐雜銅冶煉過程中，雜質(zhì)的脫除主要靠氧化造渣、部分揮發(fā)進(jìn)入煙氣而除去［4］。而復(fù)雜原料中單個(gè)雜質(zhì)元素超出冶煉能力范圍，將造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格等［5］。

3.4 其他方面的影響

（1）低品位碎料配入過量不但給加料帶能一定困難，在生產(chǎn)操作中主要體現(xiàn)在風(fēng)管處理困難、裹渣嚴(yán)重、渣流槽粘結(jié)難清理等。低品位碎料加入爐內(nèi)形成覆蓋、包裹狀，熔化后期表面出現(xiàn)“冰山”現(xiàn)象，造成液面虛假，風(fēng)管更換過程無法察看爐內(nèi)風(fēng)管情況，造成風(fēng)管堵塞；而大量的低品位碎料加入，氧化渣層厚、氧化效果差、氧化風(fēng)攪動(dòng)效率低，造成造渣脫雜效果差，渣中機(jī)械帶銅嚴(yán)重。由于渣量大，造成渣口粘結(jié)非常嚴(yán)重，每次清理渣口要使用吹氧管燒，增強(qiáng)了清理難度，延長了清理時(shí)間。圖3為渣流槽粘結(jié)情況。

圖3 渣流槽粘結(jié)情況

（2）環(huán)保壓力，由于砷進(jìn)入煙氣相，導(dǎo)致煙氣中砷含量增大。

（3）高復(fù)雜原料大量的配入，使陽極銅雜質(zhì)偏高，嚴(yán)重時(shí)影響下道工序生產(chǎn)，甚至增加整個(gè)銅冶煉過程的成本［6］。

4 主要措施

為適應(yīng)當(dāng)前原料狀況，克服低品位原料帶來的影響，穩(wěn)定生產(chǎn)周期。結(jié)合當(dāng)前生產(chǎn)采取以下措施。

（1）跟蹤原料來源，合理搭配物料，對(duì)不同雜質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，摸索出傾動(dòng)爐最大的適應(yīng)能力。通過對(duì)原料分析、統(tǒng)計(jì)，各雜質(zhì)占比的計(jì)算，控制單個(gè)元素的配入量。形成穩(wěn)定的生產(chǎn)模式，配料計(jì)算形式如表7。

表7 改進(jìn)后的配料單配置

（2）優(yōu)化低品位碎料配入方式，盡量從1#爐門加入，減少2#爐門加入比例；1#爐門區(qū)域?qū)賰A動(dòng)爐高溫區(qū)，物料加入該區(qū)域，便于熔化。減少了扒渣期表面的漂浮物，提高低品位碎料的熔化速率。

（3）降低單爐裝入量，單爐裝入量從原來的390t/爐降至現(xiàn)在的380t/爐。保障生產(chǎn)操作安全，液位保持在安全界限，風(fēng)管處理較以往容易。

（4）從渣口插入氧化風(fēng)管，加大氧化操作進(jìn)程，縮短氧化操作時(shí)間。渣口屬低溫區(qū)，風(fēng)口在前中期無法將該區(qū)域熔體帶動(dòng)，達(dá)不到氧化效果。從該區(qū)域插入風(fēng)管，雖操作上帶來困難，但能起到促進(jìn)氧化進(jìn)程的作用。圖4為低品位碎料配入150t時(shí)，扒渣渣面及插風(fēng)管圖片。

圖4 傾動(dòng)爐插風(fēng)管作業(yè)及扒渣期表面圖片

（5）為穩(wěn)定生產(chǎn)周期，優(yōu)化工藝參數(shù)，逐步提高油、氧量，落實(shí)自動(dòng)搖爐相關(guān)操作要求。分別制定各時(shí)段的氧、油、風(fēng)、爐壓的指導(dǎo)區(qū)間，操作進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)指標(biāo)的提升，周期穩(wěn)定。

5 效果

通過上述操作上的改進(jìn)，目前低品位碎料處理量保持在150t/爐，周期較為穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量合格，各項(xiàng)技經(jīng)指標(biāo)有所增長，爐產(chǎn)有所下降，各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比見表8。

表8 不同低品位碎料處理量技經(jīng)指標(biāo)數(shù)據(jù)

6 結(jié)語

為了進(jìn)一步提升傾動(dòng)爐處理復(fù)雜原料適應(yīng)力及市場(chǎng)競爭力，必須加大雜銅冶煉的研究與新技術(shù)的運(yùn)用。結(jié)合傾動(dòng)爐處理雜銅冶煉存在問題進(jìn)行思考，應(yīng)該加大提高氧化風(fēng)的富氧率、燃燒器優(yōu)化（爐頂增設(shè)燃燒槍、應(yīng)用浸沒式燃燒器等）、爐底增設(shè)透氣磚等方面的研究及應(yīng)用，從而提高傾動(dòng)爐雜銅冶煉安全、環(huán)保、技經(jīng)指標(biāo)等，進(jìn)一步提升傾動(dòng)爐市場(chǎng)競爭能力。