低品位原料冶煉過程的影響分析

陳 強，屈 勇

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

傾動爐是貴冶雜銅冶煉主要生產爐型，其設計能力為10萬噸/年。采用一段法生產工藝，以廢雜銅作為原料，通過四個冶煉周期生產出合格的陽極銅進入電解系統。作為一段法處理雜銅工藝，對原料要求較其他工藝要苛刻。其主要表現在原料的物理規格、入爐混合品位、單個雜質元素含量等指標上。而集中大量的配入低品位原料對傾動爐的作業周期、能耗指標、勞動強度等存在較大影響。現就低品位原料在傾動爐生產過程的適應性進行分析。

2 傾動爐生產概況

2.1 傾動爐設計能力及目前生產配料情況

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

表1 傾動爐設計能力及爐料要求

隨國家政策落地，禁止七類廢雜銅進口，同時規范六類廢雜銅進口量。使得貴冶在原料供應上出現捉襟見肘的現象。由于原料緊張，給傾動爐生產組織帶來一定的挑戰。復雜原料居多，混合品位達不到要求，低品位原料物理規格碎料居多，配入過量給生產帶來的負面影響主要表現在周期不穩定、能耗指標偏高、渣量大、操作困難等。表2為近期某批爐次的實際配料情況。

表2 傾動爐配料單

2.2 復雜原料對傾動爐作業周期的影響

低品位雜銅對傾動爐周期的影響。在銅火法精煉及雜銅冶煉過程中，主要雜質脫除取決于氧化過程控制。雜質在氧化過程中的脫除主要靠Cu2O對其進行氧的傳遞，使雜質氧化后與熔劑形成化合物進入渣內。而傾動爐的造渣性能及熔池攪動情況制約了氧化進程，甚至約束了造渣能力。低品位、高雜質的原料配入，打破傾動爐現有作業模式，造成各周期的不穩定，表現在氧化時間偏長，造成單爐作業時間延長。從生產數據統計分析，氧化造渣時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間線性關系圖［2］。

圖1 傾動爐入爐品位與氧化造渣時間線性關系圖

入爐混合品位降低，勢必造成渣量的增加，使扒渣時間延長。通過數據分析，不同入爐品位所需扒渣時間如表3所示。

表3 不同入爐品位雜銅與氧化扒渣時間對照表

從上述數據可以看出，入爐品位從96%下降至93.5%單爐氧化造渣及扒渣時間需延長4.2小時上。實踐也證明，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，造成雜質氧化時間延長，影響單爐作業時間。

2.3 低品位碎料對生產生產周期的影響

針對低品位碎料配入量對傾動爐生產的影響，分別抽取配入量80t/爐、30t/爐、不配入三種配料方式各8個爐次主要技經指標進行比對，具體對比情況如表4。

表4 銅米不同處理量技經指標數據

根據以上的數據分析，結合生產過程控制。大批量的低品位碎料配入，主要影響為加料速度慢、延長了加料時間。

對傾動爐不同物料單斗重量進行統計分析（見表5），低品位碎料單斗凈重較其他物料偏低。造成加料總斗數增加，延長了整個加料時間。

表5 傾動爐主要物料單斗重量

據統計，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，單爐加料量達到140斗/爐。低品位碎料提高至150t/爐，單爐加料量達到175斗/爐。延長了加料時間，降低了加料速率，從而影響單爐作業時間。

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

3 復雜原料對傾動爐技經指標的影響

3.1 低品位雜銅原料對傾動爐技經指標的影響

大量復雜原料的配入延長了單爐作業時間，且影響傾動爐技經指標的完成。在生產實踐中，作業時間、單爐產量等指標對重油單耗影響極其嚴重。現對生產過程不同的入爐品位原料對單爐產量及重油單耗的影響統計分析，如表6所示。

表6 不同入爐品位對單爐產量及重油單耗的影響

從上述統計數據可以看出，隨著入爐綜合品位的降低，噸銅能耗呈線性關系上升，爐產也隨著渣量的增大而降低。高復雜物料的加入將使傾動爐重油單耗上升1～5.21kg/t.Cu大大增加了傾動爐的生產成本。

3.2 低品位碎料過量配入對生產成本的影響

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

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

（2）低品位碎料品質波動較大，國內市場高質量雜銅緊缺，導致貴冶采購高品質雜銅較少。低品位碎料雜銅生產原料的表面基本形成性質穩定的金屬化合物，提高其熱力學穩定性。故低品位碎料在傾動爐熔化過程中，表面形成的金屬化合物阻礙了熱傳導，進而導致熔化速率過慢。圖2為傾動爐熔化后期現場圖片。

圖2 低品位碎料熔化后期在傾動爐表面覆蓋圖片

（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致加料速度慢、爐門開啟頻繁現象，傾動爐熱散失較大，增大了燃油量。

3.3 復雜原料對傾動爐產品質量的影響

在傾動爐雜銅冶煉過程中，雜質的脫除主要靠氧化造渣、部分揮發進入煙氣而除去［4］。而復雜原料中單個雜質元素超出冶煉能力范圍，將造成產品質量不合格等［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，在生產操作中主要體現在風管處理困難、裹渣嚴重、渣流槽粘結難清理等。低品位碎料加入爐內形成覆蓋、包裹狀，熔化后期表面出現“冰山”現象，造成液面虛假，風管更換過程無法察看爐內風管情況，造成風管堵塞；而大量的低品位碎料加入，氧化渣層厚、氧化效果差、氧化風攪動效率低，造成造渣脫雜效果差，渣中機械帶銅嚴重。由于渣量大，造成渣口粘結非常嚴重，每次清理渣口要使用吹氧管燒，增強了清理難度，延長了清理時間。圖3為渣流槽粘結情況。

圖3 渣流槽粘結情況

（2）環保壓力，由于砷進入煙氣相，導致煙氣中砷含量增大。

（3）高復雜原料大量的配入，使陽極銅雜質偏高，嚴重時影響下道工序生產，甚至增加整個銅冶煉過程的成本［6］。

4 主要措施

為適應當前原料狀況，克服低品位原料帶來的影響，穩定生產周期。結合當前生產采取以下措施。

（1）跟蹤原料來源，合理搭配物料，對不同雜質進行統計分析，摸索出傾動爐最大的適應能力。通過對原料分析、統計，各雜質占比的計算，控制單個元素的配入量。形成穩定的生產模式，配料計算形式如表7。

表7 改進后的配料單配置

（2）優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#爐門區域屬傾動爐高溫區，物料加入該區域，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/爐降至現在的380t/爐。保障生產操作安全，液位保持在安全界限，風管處理較以往容易。

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

圖4 傾動爐插風管作業及扒渣期表面圖片

（5）為穩定生產周期，優化工藝參數，逐步提高油、氧量，落實自動搖爐相關操作要求。分別制定各時段的氧、油、風、爐壓的指導區間，操作進一步標準化，促進指標的提升，周期穩定。

5 效果

通過上述操作上的改進，目前低品位碎料處理量保持在150t/爐，周期較為穩定，產品質量合格，各項技經指標有所增長，爐產有所下降，各項指標對比見表8。

表8 不同低品位碎料處理量技經指標數據

6 結語

為了進一步提升傾動爐處理復雜原料適應力及市場競爭力，必須加大雜銅冶煉的研究與新技術的運用。結合傾動爐處理雜銅冶煉存在問題進行思考，應該加大提高氧化風的富氧率、燃燒器優化（爐頂增設燃燒槍、應用浸沒式燃燒器等）、爐底增設透氣磚等方面的研究及應用，從而提高傾動爐雜銅冶煉安全、環保、技經指標等，進一步提升傾動爐市場競爭能力。