关于降低阳极铜天然气单耗的生产实践

车瑞杰

（北方铜业垣曲冶炼厂， 山西 垣曲 043700）

2014 年北方铜业垣曲冶炼厂改建成功后，火法部分采用底吹炉熔炼—转炉吹炼—阳极炉精炼的工艺流程，主要配置有：Φ3.6 m×8.8 m PS 转炉3 台，Φ3.8 m×11.5 m 的回转式200 t 阳极炉2 台及相应的附属配套设施。其中200 t 阳极炉采用了天然气还原技术、稀氧燃烧技术、透气砖技术。但由于天然气还原技术属于较新技术，北方铜业垣曲冶炼厂针对实际应用中的问题进行了攻关。

1 使用天然气还原的现状

相比较于固体还原剂作业过程中冒黑烟、现场环境差等问题，天然气作为清洁能源，被铜冶炼厂作为主要还原剂用于阳极炉的还原生产。但是由于天然气刚开始被使用，没有成熟的使用经验，在使用过程中存在着诸多问题，其中，天然气利用率低，吨铜天然气耗量偏高就是主要问题，由表1 可以看出，垣曲冶炼长在2016 年一年平均天然气单耗为35.04 m3/t，造成了生产成本的提高。

表1 2016 年吨铜天然气单耗 m3/t

2 影响天然气利用率的主要因素及应对措施

2.1 氧化还原枪的角度不正确及应对措施

氧化还原枪作为天然气进入熔体的通道，其角度决定了天然气在熔体内的停留时间、扩散方向。由于氧化还原枪设计的角度为径向的0°，因此当炉子进料180 t 转至还原位时，氧化还原枪与液面形成35°的夹角，当天然气（压力450 kPa）进入炉体，便以同样的角度进入熔体后，很快便冲出液面，之后在炉膛内燃烧。在此过程中，天然气与熔体接触时间过短，造成还原反应不能有效高速的进行，从而使得天然气的利用率大大降低。

综合炉子在其他位置如等料位、扒渣位等的工作需求，将氧化还原枪的角度改为径向的20°。重新改动后，当炉子在还原位时，氧化还原枪与液面的夹角为0°，使得天然气在进入熔体时，可以和液体充分接触，之后再出液面，延长了天然气与熔体的接触时间，为还原反应提高良好的条件。

2.2 氧化还原枪液面深度不够及应对措施

在2017 年的生产过程中，垣曲冶炼厂两台阳极炉在进料量在170～180 t 时，其他还原参数基本一致时，还原时间相差较大。

表3 阳极炉还原时间 min

由表1 可以看出，两台炉子的还原时间差值平均在67.14 min。经调查，是由于2 号阳极炉处在这一炉期的后期，炉底结渣严重（在大修时测量渣厚60～80 cm），使得在同样进料量时，液面变高，氧化还原枪液面深度较深，而1 号阳极炉为刚大修的炉子，炉底几乎没有结渣，氧化还原枪液面深度较浅。

经过对进料量为190 t 时的液面高度及不同深度下压力的计算，在保证还原作业补堵抢的情况下，得出200 t 阳极炉氧化还原枪的合理位置，即液面深度为70～80 cm，在更换氧化还原砖时，重新对砖的位置进行调整，将砖的位置降低了16.5 cm，取得理想的效果。

2.3 天然气和氮气的配比不合理及应对措施

垣曲冶炼厂所使用的天然气为天然气公司直接供给，压力为450 kPa，氮气由我厂制氧车间供给，压力为650 kPa，在阳极炉还原时，天然气流量调节至400 m3/h，氮气调节至30 m3/h，因此混合气体的压力没有明显变化，没有很好的动力学条件，使得混合气体在进入熔体后，不能和熔体充分接触反应，同时也造成大量的未利用天然气在炉膛内燃烧，使得熔体、炉膛温度经常在1 300 ℃以上，切容易发生堵抢现象。

逐步将天然气的流量调小，氮气流量调大，增大混合气体的压力，满足混合气体进入熔体的动力学条件，使得气体进入熔体后可以充分和液体接触，完成还原反应。同时也要保证混合气体的压力不能过大，如果压力过大，会使得混合气体里的天然气快速溢出液面，不能充分参与到还原反应。经过摸索，将天然气流量调节至260 m3/h，氮气流量调节至120 m3/h，起到了很好的效果。

2.4 炉内渣子过多及应对措施

垣曲冶炼厂阳极炉主要处理转炉生产的粗铜，但是由于转炉吹炼的是高品位的冰铜，导致转炉渣无法被挡住，致使部分渣子进入阳极炉。天然气在阳极炉进行还原时，还原反应主要发生在两个位置，一是在熔体内直接与熔体发生反应，二是从熔体溢出的天然气与液体表面接触发生还原反应。如果熔体表面被渣层覆盖，导致天然气不能和液体直接接触，阻碍了还原反应的正常进行。

经调查，阳极炉渣子不能放干净有三点原因，首先是转炉用于挡渣的物料粒度太大，起不到挡渣的作用导致转炉渣进入阳极炉，其次，阳极炉炉口粘结严重，没有满足放渣宽浅平的要求导致渣子不能很好排放，最后，在放渣时，透气砖氮气流量过低，起不到很好的扒渣作用。

月份 1 2 3 4 5 6 平均值7阳极板产量/t 15 699 13 801 15 379 14 965 14 470 13 078 14 427 8 9 10 11 12 11 063 8 6363 2127 427 16 059 12 351还原时间/min 85 81 79 75 80 88 80.58 76 77 79 77 84 86天然气耗量/（m3·t-1）19.4119.0718.5117.8918.4817.67 18.74 18.56 20.0018.8118.7919.9117.83

针对这三点原因，要求转炉挡渣的物料必须进行破损后才能使用，阳极炉在进完第一批料后必须清理炉口，同在在扒渣作业时，将透气砖氮气流量由50 L/min 调整到100 L/min。起到了明显的效果。

3 各项措施实施效果

从表4 可以看出，在各项措施实施后，2018 年，垣曲冶炼厂各项工艺参数良好，吨铜天然气单耗明显降低，保持在18.22 m3/t。

4 结论

1）氧化还原枪的设计角度可以综合炉体其他位置的角度与液面形成一定的夹角。

2）氧化还原枪的液面深度在200 t 阳极炉可以保持在70～80 cm 之间，不同吨位的阳极炉液面深度不一。

3）使用天然气作为还原剂时，可配适量的氮气来提高天然气的利用率。

4）阳极炉在进入还原作业时，必须将炉内渣子放干净。