铜陵新建顶吹炉项目试生产实践

程利振

（铜陵有色金冠铜业分公司，安徽铜陵 244100）

由铜陵有色金属集团股份有限公司投资的铜陵有色奥炉改造工程200 kt/a 矿产铜项目于2016 年3月18 日开工建设[1]，2018 年5 月18 日正式投产。 项目熔炼主工艺为铜精矿仓式配料—圆盘制粒—顶吹炉熔炼—电炉贫化—渣水淬[2]。 截至日前，顶吹炉投料量已经稳定在135 t/h，基本达到了设计生产能力。

1 工艺流程

国产铜精矿通过堆式配料—仓式配料与进口铜精矿、返尘、混煤、石英砂一起通过皮带送入制粒机进行制粒。制粒后的混合料通过皮带送入顶吹炉，与喷枪鼓入的富氧空气进行反应生成冰铜、 炉渣和烟气。其中，烟气通过余热锅炉—电收尘送往硫酸工序制酸， 冰铜和炉渣的混合熔体通过铜溜槽流入电炉进行二次澄清分离[3]。澄清分离后的冰铜通过包子—行车送往P-S 转炉吹炼， 炉渣通过渣口铜溜槽—冲渣水淬后外销给造船厂。 熔炼工艺流程图见图1。

图1 顶吹炉工艺流程

2 工艺特点

2.1 配料工序

考虑顶吹炉处理原料以国产矿为主，矿源多、成分杂， 本项目按照铜精矿中硫铜比高低进行区域划分和堆存，设高硫矿区、高杂矿区、正常矿区以及进口矿区，在此基础上进行堆式配料和仓式配料，从而确保入炉物料成分的均一性。

2.2 制粒工序

利用皮带机将配比后的混合料送入3 台（2 用1备）Φ 6 000 mm 的圆盘制粒机进行制粒，单台制粒机能力60 t/h。 根据原料含水量决定在制粒过程中补加的水量以降低烟尘发生率，3 台制粒机单排布置，经制粒后的混合料被皮带机送至顶吹炉炉顶下料口。

2.3 熔炼工序

熔炼工序建有1 台Φ 5 m×16．5 m 的顶吹炉，制粒后的混合料由移动加料皮带通过加料口连续加入顶吹炉内。喷枪将天然气和氧气、工艺风吹入渣层，工艺风为富氧空气，富氧浓度约63%。 顶吹炉共设置3个排放口，一个为直接排放冰铜的堰口，一个为排放渣和冰铜混合熔体的堰口，另一个为事故排放口。炉顶设置1 个排烟口，烟道尺寸为5．16 m×3．45 m，同时喷枪口、加料口和检尺口均设置于炉顶。顶吹炉炉内砌筑SA 尖晶石耐火材料，所有炉体耐火材料外壁由钢板组成，并在钢板外设置夹套对炉体进行冷却保护。

顶吹炉配套1 台88 m2的电炉，长型结构，其中端部采用圆弧型设计，渣线面积88 m2，炉膛宽6．2 m，总长15．5 m，高3．4 m（其中，冰铜层800 mm、渣层1 000 mm、烟气空间高度1 600 mm）。炉体内部采用镁铬耐火材料砌筑而成，炉内渣线区设置铜水套，通过铜水套对该区域耐火材料进行冷却保护。 电炉侧墙共设置有4 个冰铜排放口，端墙设置有2 个渣溢流排放口，另一侧端墙设置有1 个顶吹炉的事故排空溜槽入口。 电炉炉顶设置有1 个加料口、3 个电极口以及9 个预留口。加料口主要接受顶吹炉混合熔体进入；9 个预留口主要布置于各排放口上方，平时加盖密闭，在需要使用时才打开。预留口设置将有利于造熔池和加入还原剂需要。

2.4 水淬工序

水淬工序主要利用冲渣水将电炉溢流渣冷却、打碎，然后经捞渣机捞至渣仓进行外售。 配置2 台180 t/h 捞渣机（1 用1 备）；冲渣水全部采用硫酸车间回用水；冲渣冷水泵2 台，单台能力1 050 m3/h；冲渣热水泵2 台，单台能力1 050 m3/h；冲渣冷却塔2 台，单台冷却塔能力500 m3/h；抓渣行车1 台及附属冲渣管道及冲渣水嘴。

3 生产辅助系统

3.1 供风系统

顶吹炉喷枪风量为19 712 m3/h（标准状态下，下同），进喷枪阀组前风压为155 kPa，顶吹炉套筒风量为6 500 m3/h，进套筒风阀组前风压约为155 kPa，工艺风和套筒风均由1 台风机供应。

3.2 供氧系统

本项目氧气供应采用外购方式， 入喷枪阀组氧气流量平均24 164 m3/h，压力0．25 MPa，氧气质量浓度99．6%，连续运行，管道供氧。

3.3 余热回收系统

顶吹炉产生的蒸汽（6．0 MPa）进入饱和蒸汽抽凝式汽轮发电机组， 抽取0．6 MPa 饱和蒸汽供生产使用，其余蒸汽凝汽发电，回收凝结水，1．25 MPa 的蒸汽直接使用。

3.4 电收尘系统

设置1 套双室四电场电收尘器用于收集顶吹炉余热锅炉出口烟气中的烟尘，断面积160 m2，处理气量95 050 m3/h（367 ℃），极板间距400 mm，附高压直流整流机组72 kV 8 台，埋刮板输送机8 台，星型卸料阀8 台；奥炉高温排风机1 台，处理气量137 415 m3/h，电机功率560 kW，变频调速。

4 熔炼系统试生产情况

奥炉改造工程于2018 年5 月18 日投料试生产，投料量从最初的60 t/h 逐步提升至现今的135 t/h，基本达到设计处理能力。

4.1 原料及产物成分

顶吹炉处理原料成分及产物成分见下表1。

表1 顶吹炉处理原料及产物成分 %

通过表1 可知，入炉混合料硫铜比较高，主要原因为公司自产矿铜含量低、 硫含量过高， 硫铜比在1．4 左右，产出冰铜成分铜、硫、铁质量分数均值分别为57．39%、22．58%、15．61%，接近设计指标，产出炉渣成分铜含量平均值0．73%低于设计指标。 此外，由于入炉原料硫铜比偏高，烟气中二氧化硫浓度偏高，电收尘进口烟气含水均值在208．8 g/m3，烟气露点温度较高。

4.2 生产控制

本项目操作主要操作控制参数如下表2 所示。

表2 熔炼工艺操作控制参数

5 试生产期间的主要问题及应对措施

5.1 料仓粘接堵料问题

原设计国产矿配料仓为方形料仓， 料仓粘接严重，不能顺利下料。堵料的情况需要很多工人用大锤击打料仓出料口周边钢板， 导致料仓下料口变形严重。 采取的措施是将所有国产矿方形料仓改为圆形料仓， 并加大圆盘给料机盘面直径至1 750 mm，并在料仓内部衬高分子衬板。 目前，本项目已经完成1台料仓的改造，使用效果较好，后面将陆续对其它方形料仓进行优化整改。

5.2 冲渣溜槽放炮问题

试生产初期，操作人员对水渣比认识不够，因此出现了水渣比控制参数不当、 冲渣水压力低导致的多次冲渣溜槽渣粘结放炮问题。 采取的对应措施是优化冲渣水嘴大小、角度、形状；此外，加强热水池水位、抓砂频次等管理，基本解决了冲渣溜槽渣粘接放炮问题。

5.3 放铜溜槽粘接问题

铜口溜槽由3 个部分组成，铜口周边为耐火砖和捣打料砌筑的结合部，后接一段碳化硅溜槽，碳化硅溜槽后接一段铜溜槽，以防止熔体落点冲击铜溜槽降低铜溜槽使用寿命。 但实际生产中碳化硅溜槽段粘结严重，清理极其困难。采取的针对性措施是将碳化硅溜槽更换为石墨溜槽，加强铜口排放管理，控制合适的铜温，取得了满意效果。

5.4 排烟收尘问题

熔炼炉在试生产初期，投料量低，锅炉出口温度低，导致电收尘进口烟气温度低，烟气温度低于露点，多处出现淌酸水及灰泥现象；锅炉水平段出口灰斗、电收尘灰斗、高温排风机叶轮及管道积灰较多，清理频次较高，劳动量大。采取的主要措施为拆除锅炉水平段第四组管束，减少现场管道和设备漏风，提升顶吹炉处理量， 适当提高顶吹炉混煤添加比例。 改进后，情况得到改善。

5.5 渣水淬问题

渣水淬用水全部来自硫酸车间回用水， 水质较差，水中钠、钙浓度较高。试生产过程中发现管道、阀门、冲渣冷热水泵结垢严重，经分析化验，结垢物主要成分为硫酸钠和碳酸钙，清理困难。这导致冲渣水流量下降、压力升高，捞渣机料斗堵塞严重。 采取的主要措施是添加合适的药剂，定期清理、更换阀门、管道和叶轮，确保了正常生产。

5.6 炉况控制问题

顶吹炉冶炼过程中会出现锅炉掉焦、 喷枪掉枪重、喷枪弯曲、掉片砖、喷枪头部烧损等现象。这些现象都会导致炉温降低、喷枪背压升高、堰口卡砖、熔池反应不均匀，从而使氧气利用率低。熔池氧气利用率低会导致烟气中残氧浓度增加， 烟气中三氧化硫浓度、氮氧化物浓度升高等问题。采取的主要措施为严格控制喷枪背压的波动范围， 及时调整燃料使用量和喷枪枪位，必要的情况下更换喷枪，严格控制堰口流淌熔体的温度波动， 降低炉内温度波动造成的掉焦、掉枪重、掉片砖等现象的发生频次。 该措施实施效果良好，截至日前，喷枪最长使用寿命20 d，平均在15 d 以上，炉砖使用时间已经超过12 个月。

6 熔炼炉三大参数控制方法

顶吹炉炉况控制主要基于铜陵有色自主研发的MetCal 数模进行喷枪流体计算和控制。在MetCal 数模平台中输入原料配比及成分， 设定合适的冰铜品位、铁硅比、冶炼温度，即可自动计算喷枪所需的风量、氧量、天然气量、混煤量和熔剂量，包括产出的冰铜量、炉渣量和烟气量；根据产出的冰铜品位、铁硅比和炉渣温度进行MetCal 数模的反馈及微调修正，从而实现熔炼炉三大参数的精准控制， 自主研发的MetCal 数模平台较为可靠，使用效果好。

7 结语

铜陵有色试生产半个月内打通了熔炼车间生产流程，产出了符合设计指标的冰铜品位、和炉渣渣含铜，后续通过逐步提升顶吹炉处理量，对系统暴露出来的问题进行了改进和优化， 并进一步提升了顶吹炉处理量， 熔炼炉及配套贫化电炉基本实现了达产达标。实践证明，铜陵有色奥炉改造工程项目以质量优、投资省、创新多、达产快、安全好、环保好的优异成绩，成为成功案例。