闪速熔炼炉作业率影响因素与优化措施

刘富全，徐正国

（中铜东南铜业有限公司熔炼厂，福建 宁德 352100）

目前闪速熔炼技术与传统熔炼法相比，具有高投料量、高富氧浓度、高热强度、高锍品位特点［1］，生产过程高度自动化，采用计算机控制，提高控制质量［2］，提高劳动生产率。近些年来，闪速熔炼技术本身在不断地完善、提高和发展，某冶炼厂单台闪速炉的矿铜生产能力达40万t／a，现就该厂投产一年的生产作业率影响因素和处理措施进行分析。

1 熔炼炉生产情况

该厂制定年生产阴极铜32万t的总体目标，当年生产组织熔炼炉负荷最高至268 t／h，进入满负荷生产状态，随后按计划进行停炉点检，合计按满负荷生产85.83 h，处理混合铜精矿6 400.4 t／d，高于初步设计的6 382.2 t／d，当年实现熔炼系统的达标达产［3］。结合工厂实际生产情况，2019年1～12月熔炼炉的作业率情况见表1。

表1数据显示，2019年1～12月月份熔炼炉作业率为92%，自2019年6月份技改后，熔炼炉生产情况逐步改善，熔炼炉7月份作业率最高达98.66%，7～12月份平均作业率95.62%，2019下半年技改后作业率明显提高。

表1 2019年1～12月熔炼炉作业率

2 熔炼炉作业率影响分析

2019年1～12月份熔炼炉计划性停炉56次，非计划停炉25次，停炉总时长为637.49 h。其中2月份熔炼实际作业率只有63.69%，主要受外部因素的硫酸销售滞销，引起硫酸占库影响。对影响熔炼炉作业率的因素进行统计，结果如图1所示，其中：硫酸销售影响占比35%，其它硫酸、动力、渣选系统占比4.5%，公司安排月度检修占比14%；熔炼内部因素计划停炉点检占比19%；非计划性余热锅炉清理大块、积灰占比7%，生产操作熔炼炉前冰铜或渣排放困难、工艺问题占比6%；机电设备中取料机、振动筛、气力输送造成的停炉问题占比9%。

图1 2019年1～12月影响熔炼炉的作业率因素

通过图1所示数据分析及对比发现，熔炼外部因素硫酸销售、硫酸、动力、渣选系统、月度检修为公司整体运营问题，由公司统筹考虑处理；针对熔炼内部因素的工艺和重点设备进行分析，提出优化改造措施，提高作业率。

3 影响熔炼炉作业率原因分析

3.1 原料与配料的影响原因

3.1.1 原料结构复杂

原料结构单一，S／Cu两级分化严重，流程返料复杂。每次配料只能使用2～3种原料，导致原料S／Cu两级分化严重，调整的空间小。另外，整个铜冶炼系统的返料种类较多，均需要返回精矿库进行混配，导致原料稳定性变差，不能满足高作业率生产需要。

3.1.2 原料库条件影响

精矿库有效库容较低，采用取料机取料存在死区。隔断墙角等死区铲车无法有效打堆，导致存在大量的死区物料和呆滞库存，影响原料的稳定性。取料机故障率高，且配料仓的数量较少，单台取料机故障，就会导致上料系统带料量不能满足高作业率生产。

3.2 取料机的影响原因

该铜冶炼厂是第一家采用门架式取料机的，但其适用性还有待考量。精矿与冰铜取料机是熔炼厂故障率高发的设备，主要故障类型是刮板链条脱轨、轨道积压变形、链轮与刮板链条销轴异常磨损等，均会影响取料机的正常稳定运行，从而导致降料或者停炉。

3.3 原料振动筛的影响原因

原料系统3＃／4＃振动筛筛网由于精矿中大量大块物料对筛网的冲击，导致筛网破损严重，筛网备件未能及时到货，导致无法更换，块状物料进入后段精矿输送系统，出现频繁的卡堵情况，严重影响炉顶仓料位，对熔炼炉生产作业率的提升造成了较大的影响。为了确保振动筛能够尽快恢复筛分功能，相关专业工程师对振动筛筛网进行了改造。

3.4 气力输送的影响原因

气力输送故障率高，导致炉顶仓料位低影响生产。熔炼精矿和烟尘通过气流输送泵的加料、密封、加压、流化过程后，依靠压缩空气传递的动能通过管道进行浓相输送。由于被输送物料本身的性质及状态无法和气流输送泵的设计要求匹配，容易在输送管道中堵塞，影响正常的生产运行。尤其当物料通过弯管时，与管道产生剧烈撞击和摩擦，导致动能大量损失，输送速度下降，易堵塞管道。

3.5 生产操作的影响原因

熔炼炉生产操作不佳。闪速熔炼炉在造渣过程中存在一系列复杂的反应［4］，其主要反应方程式如下：

由反应方程式可以看出，在熔炼炉反应塔内高温强氧化气氛中，硫化亚铁迅速被氧化成氧化亚铁，与二氧化硅反应造渣，受反应条件限制，当造渣反应不良时，会生成过多的四氧化三铁，生成的四氧化三铁一部分随着炉渣从渣口排出，导致炉渣中四氧化三铁和渣含铜升高。一部分在熔池中沉降至炉底形成冻结层，导致熔池有效容积变小，整体炉结较厚，铜渣面上涨较快，冰铜排放困难。

3.6 余热锅炉的影响原因

3.6.1 闪速熔炼炉烟尘发生率高。

闪速熔炼炉烟尘发生率一般为5% ～7%，较高时达到10%以上，这些烟尘有40%左右在锅炉中沉降，沉降的烟尘温度高，反应性强，容易与漏入的空气发生二次燃烧，很容易粘结到锅炉的炉管、灰斗上，不及时有效地清除和输送出炉外，很快就能在锅炉内堆积形成渣块，严重时堵塞整个余热锅炉烟气通道，造成停产。

3.6.2 装置不完善。

闪速熔炼余热锅炉辐射部及对流部灰斗格栅布置过密，不利于烟尘沉降，大量的高温烟尘堆叠后易形成渣块搭桥，阻碍烟尘落入刮板机，刮板机无法有效输出烟尘，导致大量烟尘在锅炉里堆积，堵塞烟道，造成事故。闪速熔炼余热锅炉炉辐射部及对流部灰斗弹簧锤振打装置数量少，循环等待时间较长，振打效果有限，导致受热面上形成结渣后落入灰斗格栅上形成搭桥，造成停产。

4 提高作业率的措施

4.1 原料与配料的改进措施

4.1.1 稳定原料供给

减小原料中冷料的配入量，增大原料S／Cu，加快冷料处理，通过铲车对死区物料进行打堆作业，盘活精矿库有效库容。尽量减小更换的配料单频次，更换新配料单时，要遵循新料配比的加入量比例由少到多，分布提高，使换料过程平稳有序，避免引起炉况的大幅波动。

4.1.2 控制合理的原料库存，稳定原料供给

新物料的产地档案需继续完善，对于易引起炉况大幅波动的矿源，要及时禁止引进。使熔炼炉生产有一个相应稳定的外部供给的良好条件。

4.2 取料机的改进措施

4.2.1 提高质量

原设计取料机主副刮板下部链条轨道悬挂筋板强度不够，数量也偏少，通过增加悬挂筋板的厚度和数量后，取料机因轨道变形损坏的故障大幅减少，主副刮板下部链条轨道强度明显提高。

4.2.2 改进结构

原设计取料机刮板链条销轴以及销套磨损异常，结构设计不合理，销轴销孔磨损变大导致链条节距加长，刮板链条运行冲击较大，运行极其不平稳，通过测绘改进销套材质和结构后，刮板链条销轴销套销孔磨损严重情况得到较大的改善，刮板链条使用寿命也得到相应的延长。

4.3 振动筛的改进措施

原料系统3＃／4＃振动筛筛网原装筛网是聚氨酯材质筛网，不耐大块物料的冲击，筛网强度不佳，经分析后采用钢制筛网，筛孔成品字形分布，提前根据规格尺寸以及筛孔的布局等预制好钢制筛网，炉内点检期间进行更换。振动筛筛网改为钢制筛网后筛分下料能够较好地满足熔炼炉生产负荷的要求，日常维护只需要进行简单的筛网固定螺栓的检查紧固，检修时间大幅缩短，钢制筛网的耐用性明显提高

4.4 气力输送的改进措施，

下半年更换新的阀门备件后相对处于稳定状态，输送管径由DN125改为DN150，减少输送系统堵塞故障的发生。在气流输送管道增加管道压力监测及助吹系统，当监测系统某两个压力测点监测到段管道内压降高于正常输送时该段管道的压降时，系统判定为该段管道堵塞，系统自动开启，向管道内补入压缩空气，为被输送物料补偿损失的动能，使被输送物料能以正常速度通过该段管道，防止被输送物料易在输送管道内粘结，改善了管道堵塞问题。

4.5 生产操作改进措施

4.5.1 配入还原剂

配料时加入无烟煤块与反应塔加焦粉，把还原剂从反应塔顶随原料一起带入炉内。由于在塔下形成一定的一氧化碳气氛，有效地遏制了磁性氧化铁的形成，从而改善了闪速炉炉况，有利于生产操作。自2019年下半年配入还原剂生产后，炉渣含铜呈降低趋势，2019年熔炼炉炉渣含铜情况如图2所示，由上半年均值2.31%，到下半年均值1.78%，降低差值0.53%，降幅22.94%。

图2 2019年1～12月熔炼炉渣含铜量

4.5.2 控制入炉成分

合理控制入炉四氧化三铁的含量。把原料中四氧化三铁的含量控制在可接受范围之内，在实际生产配料中，一般混合精矿中四氧化三铁含量控制在2%以内。跟踪炉渣中四氧化三铁的含量，当炉渣中四氧化三铁含量超过一定量时，要及时进行调整，确保四氧化三铁含量控制在10%以内。自2019年下半年采取配入还原剂和控制入炉成分生产后，熔炼炉炉结周平均高度350 mm，降低周平均最低220 mm；炉渣含四氧化三铁由月平均最高13.25%，降低到月平均最低9.96%，降幅24.83%。

4.6 余热锅炉的改进措施

4.6.1 降低闪速炉烟尘发生率

经过分析认为精准控制原料成分、喷嘴效能、准确失重计量、炉负内压及盐化风氧是降低闪速炉烟尘发生率可行措施。从2019年下半年开始着手控制入炉原料成分，对Pb、Zn、As、Sb、Bi等杂质元素的关注，避免因杂质元素超量对炉况造成影响；同时减少配料变更次数，降低成分波动物料比；通过定期校正定，提高失重计量准确性；稳定闪速工艺要求各项参数，通过对硫酸盐化氧的控制，减少未反应的颗粒进入锅炉，避免二次反应，同时有效降低烟尘发生率。自2019年下半年以来，熔炼整体烟尘率较稳定，且呈降低趋势，2019年1～12月熔炼炉烟尘率情况如图3所示，2019年熔炼炉烟尘率由上半年均值8.86%，到下半年均值6.68%，降低差值2.18%，降幅22.6%。

4.6.2 优化装置

图3 2019年1～12月熔炼炉烟尘率

去除闪速熔炼余热锅炉对流部全部格栅，优化辐射部过密格栅；增加闪速熔炼余热锅炉、闪速吹炼余热锅炉辐射部及对流部灰斗弹簧锤振打装置数量；对闪速熔炼余热锅炉辐射部弹簧锤振打装置重新分组，缩短循环等待时间，增强振打效果；通过技术改造在易积灰、结渣位置增加清理孔，发现烟尘堆积及渣块堵塞格栅立即清理疏通，保证沉降烟尘能顺利落入刮板机中被及时输出炉外。停炉点检周期由以前的4 d延长到现在的7 d，停炉清理积灰的时间由原来的6～7h缩短到现在的3～5h，为双闪炉提高作业率及快速复产赢得了宝贵的时间。

5 结 语

熔炼炉稳定的生产需要合理的配料，重点设备的保障，避免负荷大比例的波动；同时提高悬浮喷嘴的效能，降低闪速炉烟尘的发生率，是提高闪速炉作业率的可行措施。如何能够较好地提高熔炼炉的作业率，增加企业的经济效益，在今后的生产过程中还需不断摸索、不断总结、不断优化。