關于回轉式陽極爐精煉工藝高效穩產的生產實踐

鄧印華， 汪 凱

（金冠銅業分公司， 安徽 銅陵 244000）

金冠銅業分公司現有兩臺設計容積為660 t 的陽極爐。從2013 年投產到2017 年初開展第一次冷修，再到計劃2022 年初開展第二次冷修，爐期壽命再創新高，長時間維持高效穩產。通過這些年的探索和實踐，逐漸摸索出一些經驗和措施，確保爐體安全的前提下，實現回轉式陽極爐精煉工藝保持長時間高效穩產的目的[1]。

1 相關生產瓶頸問題分析

1.1 陽極爐氧化還原時間過長

因采用雙閃工藝模式，生產前期陽極精煉一直采用的是深氧化再還原的方法進行操作，這種操作使得每爐氧化還原的操作時間特別長。閃速吹煉爐經常由于陽極爐的操作時間過長而被迫降料，制約了整個生產線的正常進行。隨著生產任務的增加，陽極爐的氧化還原時間已經成為制約生產任務完成的重要因素，因此需要進行技術攻關，縮短氧化還原時間。

1.2 陽極爐造渣方式及爐渣處理技術有待改進

陽極爐原設計的排渣方案是通過人工扒渣至渣斗再流入鋼渣包中，存在陽極爐爐膛大，風口的攪拌使得渣都被驅趕到爐端墻周圍，很難向爐口集中，給人工扒渣增加難度；如果通過陽極爐傾轉的方式來倒渣，陽極爐下的渣包由于空間限制，容積較小，渣包裝滿后超重，行車難以吊運；渣型流動性較差，渣斗在經過一次放渣后，黏結的渣會冷卻堵塞渣斗，造成下次放渣時難以流出；人工扒渣勞動強度大；以軌道送電的平板小車驅動方式，要求軌道間絕緣，但是由于現場的金屬飛濺較嚴重，很難實現軌道間絕緣，在現場難以用該方式驅動小車，如果改用電纜送電，電纜在現場經常被燒毀。因此，需要對陽極爐造渣放渣的方式和爐渣處理進行技術改進[2]。

1.3 陽極爐煙氣SO2 在線分析時效性差

雙閃精煉車間陽極爐的現場工藝控制，因為化驗樣的特性，無法在第一時間內得出結果，也就無法實現數字可視化操作，只能通過人工取樣，憑生產經驗觀察判斷陽極爐氧化還原操作的終點，這就不可避免因人為原因導致的陽極銅化學成分超標，對生產和安全帶來影響。

1.4 陽極爐風口磚消耗過快

金冠銅業精煉車間陽極爐氧化還原風口磚是由兩塊T 型磚拼接而成，在使用過程中經常出現下半個T 型磚斷裂現象, 陽極爐風口磚使用壽命平均僅為45 d。風口磚損耗快，會出現風口跑銅現象，從而影響生產安全；頻繁更換風口磚一方面對爐體磚襯有一定損傷進而影響爐體安全，另一方面增加了生產成本。同時換風口磚需要時間長，工人勞動強度大，操作環境惡劣，存在安全和職業健康風險[3]。

1.5 爐體安全管控水平有待提高

爐體外部紅外在線實時測溫已經實現，但目前陽極爐缺少爐內圖像成形監控，通過爐內實時監控可以提前準確感知耐火磚的損耗，防止耐火磚的進一步脫落，杜絕爐體破裂和銅水泄露的發生，同時通過爐內測溫儀實時檢測爐體溫度，調整燒嘴及還原介質的流量，即可避免爐膛溫度過高對耐火磚的消耗，又能降低能耗和減少環境污染。

2 相關經驗和措施

2.1 陽極爐帶硫還原操作應用

通過對還原過程的跟蹤，發現陽極爐在還原過程當中，硫和氧含量同時有下降的趨勢，且硫含量下降趨勢大于氧，所以得出陽極精煉進入還原期，不需將硫除盡。通過實驗數據，當銅含硫（硫的質量分數，下同）在0.04%左右時，即可進入還原作業，此時銅含氧（氧的質量分數，下同）約為0.5%左右，若大于0.04%時，銅含氧可能會小于0.5%，但是會出現當銅含氧達到0.2%時，銅樣品中會有硫絲冒出，說明銅含硫超標，經過化驗得出此時銅含硫約為0.015%左右。

目前陽極爐已經成熟應用帶硫還原操作，已完全替代了深度氧化還原操作，明顯降低了氧化還原操作時間，氧化還原時間由初期的5.5 h 降至3.5～4 h，提高了生產效率，滿足41 萬t 產能需求。

2.2 陽極爐造渣方式及爐渣處理方式優化改進

改變原有渣系，增加渣的流動性。閃速吹煉—陽極爐工藝的陽極爐渣型為鐵酸鈣系渣型，渣硬且結塊，按照質量比例m（渣量）∶m（石英石）=7∶1～8∶1加入石英石進行造渣，通過高溫熔化后改變為硅酸鐵系渣型，渣流動性好，采用爐體傾倒放渣，直接倒入渣包中，取消人工扒渣和出渣斗，減輕人員勞動力。在原有電動平板小車的基礎上增加一兩方形平板車斗（負載可達30 t），并根據車斗形狀制作一個方形渣包，可裝30 t 銅渣，由牽引小車拉動車斗。避免了牽引小車與銅渣的直接接觸，既可以直接將爐體傾倒銅渣到渣包中，也不會因渣包容量不夠，不能將銅渣完全倒出，還避免了牽引小車驅動系統因高溫而損壞。同時將原有的渣包車軌道向廠外延伸，并在車軌末端增加一套渣包轉運裝置，該渣包轉運裝置可負載30 t，并且該渣包轉運裝置下制作一個爐渣破碎與清理平臺，方便爐渣破碎機破碎與工人清理。

改進后的造渣及爐渣處理方式，既去除了人工扒渣的工作量，降低了工人的工作負荷，提升工作效率，又消除了設備和人員安全隱患，為陽極爐連續穩定生產提供了保障。

2.3 陽極爐煙氣SO2 在線分析儀的應用

通過使用引進煙氣在線二氧化硫分析儀，實時監控煙氣內有效成分的含量，便于對煙氣系統成分變化進行控制，及時發現異常進行調整，為生產提供直觀準確的數據記錄。

目前二氧化硫分析儀在雙閃精煉車間陽極爐上已經得到成熟應用，完成了初期設計目標，實現陽極爐氧化過程的遠程控制，煙氣中w（SO2）含量由4%～5%降至0.7%～0.8%，基本可以完成氧化操作過程的控制，提高了陽極爐操作可視化水平，減少取樣期間陽極爐正壓煙氣泄露逸散，降低低空污染，也減輕了操作員工的勞動強度，降低了安全風險。

2.4 陽極爐風口磚結構優化

通過原風口磚的損耗后的情況分析，風口磚風眼內側的三角區域是兩塊風口磚相結合磚縫與風管孔所形成的，并且是位于爐內側與銅水直接接觸，熱負荷較大，銅水沖刷，導致此三角區最先損耗脫落。形成凹陷使銅水加劇此區域的沖刷力度，加速風口磚的損耗。

改進措施是原風口為2 塊外觀同等大小風口磚組成，改進后的新風口磚由一大一小組成，大的安裝在下層，小的安裝在上層。使風眼內側的三角區域增大，可有效延緩此區域耐腐蝕沖刷速度，幫助提高風口磚整體使用壽命。

改進后的新風口磚通過生產實踐，使用期限可達到90 d 以上，減少風口磚更換頻次，降低風口跑銅和更換風險，有利于陽極爐筒身區域耐火磚的整體穩定性，提高爐體安全程度。

2.5 陽極爐爐體內紅外測溫及成像自動化的實現

通過引進陽極爐爐內紅外測溫及熱成像儀，紅外測溫可以明確、快速地供操作人員掌握爐體溫度分布和變化，及時調整陽極爐稀氧燒嘴、透氣磚、氧化還原介質的流量等針對性措施，降低安全風險。紅外熱成像則可以確保實時檢測爐內磚襯變化，通過外觀檢測可提前預判各個區域，尤其是關鍵部位的耐火磚消耗情況，為爐體安全檢測提供重要依據。

3 結語

通過金冠銅業分公司投產以來的一系列生產實踐，對大型回轉式陽極爐精煉工藝各生產環節提出了寶貴的經驗和建議，并通過設備和技術等方面的優化改進，確保了該工藝的高效穩產，也可為國內類似生產工藝提供經驗。