精矿上料系统优化设计的探讨

（北方铜业股份有限公司垣曲冶炼厂，山西垣曲 043700）

垣曲冶炼厂为了响应国家淘汰落后产能、工艺、设备的产业政策，2011年进行处理500kt/a多金属矿综合捕集回收技术改造，改造工程依托原有垣曲冶炼厂、北方铜业本部及附近矿山的现有设施和资源，在垣曲冶炼厂原址上拆除重建，通过对冶炼工艺的改造，达到节能减排、提升产能，形成完善优势的产业结构。改造工程冶炼工艺流程采用“富氧底吹熔池熔炼-转炉吹炼-阳极炉精炼-电解精炼-熔炼渣和吹炼渣选矿”流程，主要设备有：底吹熔炼炉一台，规格为φ4.8×20m；转炉3台，规格为φ3.6×8.8m；阳极炉2台，规格200t/台（φ3.6×11.5m）。

受原冶炼厂区场地及地形条件所限，精矿储存场地选在火车站西货场位置，距冶炼厂区约2km，高差80m，中间隔一座山，且要横跨过铁路线，运输难度大。在本次设计中，垣曲冶炼厂从节约投资、降低运行成本、减少环境污染等方面进行了充分论证，对精矿上料运输系统进行了优化设计，投产后运行稳定，取得明显的效果。

1 上料系统简介

垣曲冶炼厂的精矿库建在火车站西货线的南侧，主要是对三矿及外购的铜精矿、金精矿及其它含铜物料进行计量、储存和拌料。在精矿仓内经抓斗拌料后，运送至厂房内的中间料仓，经漏斗下料，由1～4#定量给料机计量后，倒运至管式皮带输送机上。1～4#定量给料机既可单独工作，也可全部开启，给料量由计算机设定。

管式皮带输送机运送至配料厂房精矿仓，根据底吹熔炼炉对精矿成分的要求，经过核算后将来自原料仓的混合铜精矿、渣精矿、细烟灰、煤、石英石和返料由抓斗式桥式起重机分别抓入配料仓中，六种物料经过5～10#定量给料机计量配料后，由6#皮带输送机运至底吹炉厂房炉顶料仓；精矿配料系统有3台配料用定量给料机，根据精矿种类，可多台同时运行。

2 优化设计

精矿上料运输的物料为精矿，物料粒度0.074mm大于90%，密度1.8～2.0t/m3，含水8%～10%，精矿传统的远距离输送一般采用普通皮带运输，根据高差和距离需要设立若干中间转运站，本项目如采用传统皮带运输，中途需要4个转运站，土建投资大，运行成本高。

根据精矿物料特性，设计一般采用座式敞开式圆盘给料机连接漏斗，给皮带运输机给料，本工程对给料机和精矿远距离运输进行了设计优化。

图1 上料系统形象连接图

图2 管式皮带机的示意

表2 精矿定量给料机的主要设备性能

2.1 管式皮带输送机

精矿远距离输送优化设计选用了管式皮带输送机。管式皮带输送机是近二十年新兴的物料输送技术，是由呈六边形布置的辊子强制胶带裹成边缘互相搭接成的圆管皮带用于输送物料的一种新型带式输送机。它的关键设备是采用耐久、刚性适度、质量可靠的专用管状输送皮带和高性能的托辊组。管状带式输送机具有以下优点：远距离输送不需要设立中间转运站；可以应对复杂的自然地形，可以按照自然地形进行上升、下降和转弯运输，最大输送倾角可以达到30°；运输过程为全封闭管状运输，物料不会散落和飞扬等优点，有效防止物料的损失和环境的污染。

垣曲冶炼厂的管式皮带机起点在精矿库，终点在配料厂房，长约1908米，输送量为250t/h，最大输送量为300t/h，由四川自贡生产，其仪控系统采用DCS控制系统，将精矿由精矿库输送至厂区的配料仓。管式皮带的主要特性见表1。

2.2 精矿输送给料直接采用定量给料机

原设计精矿采用抓斗-漏斗-圆盘给料机-定量给料机-上料主皮带送至炉顶料仓，设计优化去掉了圆盘给料机，精矿漏斗直接连接定量给料机给料。设计优化了漏斗下部的变径管和溜管，确保精矿稳定给料，且精矿压在定量给料机皮带上，不会影响定量给料机的正常运行。

定量给料机的示意如下图3：

图3 定量给料机安装示意图

表1 管式皮带机主要特性

精矿仓采用4台定量给料机，配料厂房采用3台定量给料机运输精矿，缩短运输流程，降低了精矿仓和配料厂房的高度，可减少建设投资成本。定量给料机的主要特性见表2。

3 优化前后比较

3.1 投资成本

（1）管状带式输送机

按照原设计的采用普通皮带运输机从精矿仓到配料仓，中途需要4个转运站，全程需要封闭皮带廊，其转运站、皮带系统、皮带廊、通风、照明、土建、安装等共计费用为2538万（不包括监控系统）。

采用管式皮带运输精矿，机长度为1908m，皮带使用钢丝绳芯胶带，包括设备混凝土基础，工程总费用1370万元。

通过分析对比，优化设计使用管式皮带运输机，设备整机由专业厂家总包设计安装，设备附带钢结构检查走道，土建只需设备混凝土基础，不需要皮带廊和转运站，节约建设投资约1000万元，且建设周期短，施工难度小。

（2）圆盘给料机

从上料系统流程可以看出，垣曲冶炼厂优化设计在配置上减少了7台φ2000圆盘给料机，每台设备费用按8万元计算，节约投资56万元 。φ2000圆盘给料机设备高度为800mm，加设备基础200mm，总高1m，相应精矿仓厂房和配料厂房比优化后整体要高1m，建设投资增加300万元。

因此，设计优化后建设期投资可节约1356万元。

3.2 运行成本

原设计的采用普通皮带运输机需要4个转运站，每条皮带75kW电机，至少需要4个定员；管式皮带机采用160 kW电机3台，变频调速，只需要2个巡检工人。按8h工作制度计算，（160 kW/台×3台×80%-75 kW/台×4台）×8h×330d×0.46元/ kWh =10.2万元，定员增加2人×5万元/a=10万元，运行费用基本持平。

每台圆盘给料机22kW，7台全年运行用电费用为32.72万元，分别为精矿仓4台，8h工作制度，22 kW/台×4台×8h×330d×0.46元/ kWh =10.68万元；配料厂房3台，24h工作制度，按22h/d计算，22 kW/台×3台×22h×330d×0.46元/ kWh =22.04万元。

另外，管式皮带机封闭运输减少物料运输掉落的损耗和转运落料点扬尘损失；减少圆盘给料机，减少一次精矿转运，均可以提高金属回收率，同时减少工人劳动强度。

设计优化后，每年可节约运行费用（含制造费）约40万元。

4 结语

综述，垣曲冶炼厂技改工程通过对上料系统进行优化设计，大幅降低了建设投资和运行成本，同时有利于提高金属回收率，降低工人劳动强度，减少环境污染等方面均有明显的效益，为同类冶炼企业的优化设计提供了一定的借鉴意义。