朱勇強(qiáng)

（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

熔煉車間共有PS 轉(zhuǎn)爐9 臺(tái)，其中一系統(tǒng)6 臺(tái)，規(guī)格尺寸為￠4×11.7m，設(shè)計(jì)冰銅處理量200t/爐次；二系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐3 臺(tái)，規(guī)格尺寸為￠4.5×13.0m［1］，設(shè)計(jì)冰銅處理量260t/爐次；在熔煉工序中，轉(zhuǎn)爐起著“承上啟下”的左右，在工廠生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中，轉(zhuǎn)爐還承擔(dān)著貴溪冶煉廠（以下簡(jiǎn)稱貴冶）主要中間物料處理，粗雜銅處理的重任。轉(zhuǎn)爐在處理中間物料和粗雜銅時(shí)主要通過(guò)富氧自熱反應(yīng)［2］，基本不需要額外能源，生產(chǎn)成本最優(yōu)。優(yōu)化轉(zhuǎn)爐操控模式，充分發(fā)揮轉(zhuǎn)爐內(nèi)部潛能，對(duì)于優(yōu)化工序生產(chǎn)，降本增效均有著積極意義。

長(zhǎng)期以來(lái)，轉(zhuǎn)爐基本操控模型一直沿用日本東予冶煉廠操作模式組織生產(chǎn)，隨著近年來(lái)和東予交流，轉(zhuǎn)爐不論在經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和中間物料平衡等方面均存在著較大的差距［3］，隨著工廠對(duì)標(biāo)工作的持續(xù)推進(jìn)，車間技術(shù)人員通過(guò)理論分析和生產(chǎn)實(shí)踐，一致認(rèn)為當(dāng)前的操控模型已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)行生產(chǎn)形勢(shì)的需要，需要進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)銅行業(yè)新形勢(shì)。

隨著熔煉處理原料日趨復(fù)雜，車間生產(chǎn)組織需要轉(zhuǎn)爐提高對(duì)物料的適應(yīng)性，同時(shí)雜銅處理利潤(rùn)壓縮，在確保精礦處理量的大前提下，需要轉(zhuǎn)爐提高冰銅處理能力，在“降本增效”的大形勢(shì)前，需要轉(zhuǎn)爐充分發(fā)揮能耗低的特點(diǎn)，更多的承擔(dān)中間物料處理任務(wù)，降低生產(chǎn)成本；同時(shí)由于環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻以及硫酸能力的不足，一直沿用的高風(fēng)量吹煉模式已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)行環(huán)保要求，送風(fēng)量被迫降低。送風(fēng)量的降低將直接影響轉(zhuǎn)爐吹煉節(jié)奏，降低了冰銅處理量。在工廠“環(huán)保優(yōu)先”的理念指導(dǎo)下，我們的整體思路是在確保環(huán)保前提下先選擇最佳送風(fēng)量，通過(guò)對(duì)冰銅裝入量，富氧量，熔劑配比，吹煉時(shí)間，冷料率，冷料粒度等指標(biāo)參數(shù)的不斷調(diào)整，綜合分析，建立當(dāng)前生產(chǎn)形勢(shì)下的最優(yōu)操控模型指導(dǎo)轉(zhuǎn)爐日常生產(chǎn)。

2 貴冶中間物料的分類及影響

2.1 中間物料的種類

貴冶熔煉車間處理的中間物料主要分熔煉系統(tǒng)內(nèi)及熔煉系統(tǒng)外兩大類。

細(xì)分為熔煉系統(tǒng)內(nèi)物料有：轉(zhuǎn)爐自產(chǎn)床下物、固體冰銅（俗稱錮鈹，以下簡(jiǎn)稱錮鈹）、渣包殼、粗銅包殼、氧化渣、蒸汽干燥回旋篩篩上物、陽(yáng)極爐廢銅、包底銅（閃速爐、轉(zhuǎn)爐 渣緩冷沉淀在包子底部的高含銅物料）［4-6］。

熔煉系統(tǒng)外物料有：濕法渣（濕法系統(tǒng)所產(chǎn)出的含有價(jià)金屬物料）、傾動(dòng)爐渣、備料篩上物、鉍渣、黑銅。

2.2 各類中間物料處理所占比例

貴冶熔煉車間處理各種中間物料占比分析，具體見(jiàn)圖1、2 所示。

圖1 熔煉系統(tǒng)內(nèi)各種中間物料處理比例

圖2 熔煉系統(tǒng)外各種中間物料處理比例

2.3 中間物料產(chǎn)出總量

近年來(lái)，貴冶的中間物料產(chǎn)出總量如圖所示，由2010 年20.8 萬(wàn)t，到2017 年18.5 萬(wàn)t，除中間幾年略有波動(dòng)外，自2014 年后逐年呈下降趨勢(shì)，具體如圖3 所示。

圖3 2010 年～2017 年貴冶中間物料產(chǎn)出總量

2.4 產(chǎn)生的影響

（1） 中間物料無(wú)法平衡，致使中間物料總量增加，意味著在制品庫(kù)存上升，導(dǎo)致資金積壓，不利于公司、工廠的良性運(yùn)作。

（2）中間物料無(wú)法平衡，增加現(xiàn)場(chǎng)管理難度，現(xiàn)場(chǎng)“3S”無(wú)法保障。

（3） 中間物料無(wú)法平衡，電爐將大批量處理錮鈹，能耗大幅上升［7］。

（4）中間物料無(wú)法平衡，轉(zhuǎn)爐也將優(yōu)先處理中間物料，擠占轉(zhuǎn)爐處理高含銅物料空間。

通過(guò)以上問(wèn)題分析，中間物料平衡是生產(chǎn)中的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，其中錮鈹?shù)漠a(chǎn)、處平衡為關(guān)健點(diǎn)。如何充分利用轉(zhuǎn)爐吹煉化學(xué)反應(yīng)熱做好中間物料產(chǎn)、處平衡，是關(guān)系到中間物料庫(kù)存總量能否維持在2000t 以內(nèi)；關(guān)系到能否取消電爐加錮鈹，降低能耗；關(guān)系到能否提高轉(zhuǎn)爐處理高含銅物料空間的核心問(wèn)題。

3 優(yōu)化中間物料處理流程

3.1 中間物料原處理流程

在介紹貴冶中間物料處理流程之前，先了解一下2014 年前貴冶錮鈹處理的方式，2010 年85%的錮鈹仍然由電爐處理，轉(zhuǎn)爐僅處理少量一部分。往后每年轉(zhuǎn)爐處理鈹鈹總量在逐年增加，即便如此，到2013 年仍有74%的錮鈹由電爐處理，電爐的平均小時(shí)電功率4000 ～5000kW/h，電耗非常高。具體數(shù)據(jù)詳見(jiàn)圖4、5 所示。

圖4 2010 年～2013 年電爐與轉(zhuǎn)爐錮鈹裝入量對(duì)比（t）

圖5 2010 年～2013 年電爐小時(shí)電功率對(duì)比(kW/h)

貴冶在中間物料處理流程上作出了重大改變，優(yōu)化中間物料處理流程，尤其是取消了電爐裝入錮鈹，為大幅降低電耗提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 優(yōu)化中間物料處理流程

3.2.1 中間物料處理流程一

取消電爐裝入錮鈹，5/8 的錮鈹改由轉(zhuǎn)爐通過(guò)熔劑系統(tǒng)S 期裝入；2/8 的錮鈹?shù)惯\(yùn)至廠房?jī)?nèi)由吊車通過(guò)船型料斗裝入到轉(zhuǎn)爐S 期。原蒸汽干燥機(jī)及備料篩上物集中倒運(yùn)到廠房?jī)?nèi)集中處理，優(yōu)化為配入到石英內(nèi)通過(guò)熔劑系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐S 期裝入。原氧化渣通過(guò)鑄渣機(jī)澆鑄返回轉(zhuǎn)爐處理，優(yōu)化為通過(guò)氧化渣盆澆鑄成錠配入至轉(zhuǎn)爐B 期冷料裝入，具體見(jiàn)圖6 所示。

圖6 篩上物、氧化渣及部分錮鈹處理流程

3.2.2 中間物料處理流程二

1/8 的錮鈹及轉(zhuǎn)爐渣包殼，通過(guò)吊車墊入冰銅包內(nèi)，替代轉(zhuǎn)爐渣墊冰銅包包底，具體見(jiàn)圖7所示。

圖7 轉(zhuǎn)爐包殼及部分錮鈹處理流程

3.2.3 中間物料處理流程三

濕法渣配入到地方礦內(nèi)，通過(guò)閃速爐處理，具體見(jiàn)圖8 所示。

圖8 濕法渣處理流程

3.2.4 中間物料處理流程四

充分發(fā)揮貴冶熔煉雙系統(tǒng)作業(yè)的優(yōu)勢(shì)，中間物料可以在熔煉一二系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)處理，具體見(jiàn)圖9 所示。

圖9 熔煉一二系統(tǒng)協(xié)調(diào)處理中間物料模式

4 減少中間物料產(chǎn)出的控制措施

4.1 棄用熱態(tài)轉(zhuǎn)爐渣墊冰銅包包底

貴冶原先采用熱態(tài)轉(zhuǎn)爐渣墊冰銅包包底，待熱態(tài)轉(zhuǎn)爐渣凝固后，以起到保護(hù)冰銅包底不被冰銅直接沖刷的目的，但此種墊包方式，將增加中間物料總量約20t/d，如圖10 所示。

圖10 熱態(tài)轉(zhuǎn)爐渣墊包底模式

為減少因熱態(tài)轉(zhuǎn)爐渣導(dǎo)致的中間物料增加問(wèn)題，改用錮鈹或者渣包殼墊包底的模式，這種模式能使渣包殼在系統(tǒng)內(nèi)有效循環(huán)利用，并可以使部分墊包底的錮鈹熔化在冰銅內(nèi)，僅此一項(xiàng)減少總量中間物料35t/d，如圖11 所示。

4.2 冰銅包、渣包包嘴修復(fù)方式變更

原先包子包嘴燒損后采用直接堆焊的方式修復(fù)，效果較差，重復(fù)修復(fù)次數(shù)多?，F(xiàn)直接將整個(gè)包嘴預(yù)先澆鑄好，然后將包嘴整體更換，效果相當(dāng)于更換一個(gè)新包子，包子不僅有效容積提升了，而且冰銅包與渣包可以互換使用，鑄完轉(zhuǎn)爐渣的渣包可以直接放冰銅，減少墊包底錮鈹10t/d，如圖12 所示。

圖11 循環(huán)利用固鈹及轉(zhuǎn)爐渣墊包底模式

圖12 包嘴整體更換

4.3 精準(zhǔn)控制粗銅終點(diǎn)，減少氧化渣量

優(yōu)化SO2濃度分析儀，并整合相關(guān)參數(shù)，研發(fā)了粗銅終點(diǎn)判斷儀，將粗銅終點(diǎn)精準(zhǔn)控制在大鼓泡銅，準(zhǔn)確率達(dá)91.1%，大幅減少了氧化渣量的產(chǎn)出，每天減少氧化渣量30t/d。

4.4 優(yōu)化轉(zhuǎn)爐操作參數(shù)

4.4.1 選擇合理的送風(fēng)量

貴冶兩個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐的送風(fēng)量設(shè)計(jì)值分別 為36000，48000Nm3/h， 在 實(shí) 際 風(fēng) 量 控 制上，我們采取略低控制，其中一系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐控制在30000 ～33000Nm3/h， 二 系 統(tǒng) 轉(zhuǎn) 爐 控 制 在40000 ～44000Nm3/h。合理的送風(fēng)量能有效的控制轉(zhuǎn)爐吹煉噴濺，減少床下物產(chǎn)出，如圖13 所示。

圖13 轉(zhuǎn)爐吹煉送風(fēng)量

4.4.2 選擇最佳轉(zhuǎn)爐裝入量

貴冶在一系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐1-6#轉(zhuǎn)爐，分別做了不同爐裝入量吹煉的實(shí)驗(yàn)，以選取最合適的爐裝入，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出爐裝入量190t/爐是最佳爐裝入量，日作業(yè)爐次不僅得到提升，單爐日冰銅處理能力也得到提升，減少了冰銅冷卻時(shí)間，冰銅包殼也相應(yīng)減少，如圖14 所示。

圖14 轉(zhuǎn)爐單爐裝入量與吹煉時(shí)間、日冰銅處理量、日作業(yè)爐次的關(guān)系對(duì)比

4.4.3 選擇轉(zhuǎn)爐最佳富氧率

貴冶在2013-2017 年四年期間內(nèi)，分別在一、二系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐做了不同富氧率工況下的S 期吹煉試驗(yàn)，及冷料處理量之間的關(guān)系對(duì)比，如圖15 所示。

通過(guò)分析得出轉(zhuǎn)爐S 期吹煉的富氧率控制在25%為最佳值，此時(shí)S 期冷料率接近21%，中間物料處理量上升。若富氧率超過(guò)25%，在25.5%～26%之間，雖然S 期冷料率隨之提高，但爐內(nèi)氧化氣氛過(guò)于強(qiáng)烈，吹煉時(shí)噴濺大，不適用于現(xiàn)有吹煉模式。

圖15 轉(zhuǎn)爐S 期吹煉時(shí)富氧率、冷料率、吹煉噴濺關(guān)系對(duì)比

5 平衡中間物料成效

5.1 電爐能耗大幅下降

2014 年電爐取消裝入錮鈹后，電爐小時(shí)電功率大幅下降，如圖16 所示?？梢钥闯鲭姞t小時(shí)電功 率 由2010 年4968kW/h，降 至2014 年 的2854 kW/h， 2017 年更低至2365 kW/h，電爐電耗降低至2010 年一半的水平，取得突破性進(jìn)展。

圖16 2010-2017 年電爐小時(shí)電功率

5.2 轉(zhuǎn)爐高含銅物料處理量上升

轉(zhuǎn)爐粗銅終點(diǎn)控制精準(zhǔn)，避免過(guò)氧化，氧化渣量減少，釋放了氧化渣擠占轉(zhuǎn)爐造銅期處理高含銅物料的空間。雙系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐處理高含銅物料由2011年的146220t 提高到2017 年201450t，如圖17 所示。

圖17 2011 年～2017 年轉(zhuǎn)爐處理雜銅量及氧化渣產(chǎn)出量

5.3 優(yōu)化后中間物料產(chǎn)、處平衡

貴冶通過(guò)對(duì)中間物料處理流程的優(yōu)化，選取轉(zhuǎn)爐最有利于中間物料處理的吹煉參數(shù)，并輔以中間物料產(chǎn)出控制措施，不僅使得中間物料產(chǎn)、處平衡，而且中間物料庫(kù)存量降至2000t 以內(nèi)，取得良好成效，如圖18 所示。

圖18 2015-2017 年中間物料產(chǎn)、處量及庫(kù)存量