关于回转式阳极炉精炼工艺高效稳产的生产实践

2023-01-14邓印华

山西冶金 2022年3期

邓印华，汪凯

（金冠铜业分公司，安徽铜陵 244000）

金冠铜业分公司现有两台设计容积为660 t 的阳极炉。从2013 年投产到2017 年初开展第一次冷修，再到计划2022 年初开展第二次冷修，炉期寿命再创新高，长时间维持高效稳产。通过这些年的探索和实践，逐渐摸索出一些经验和措施，确保炉体安全的前提下，实现回转式阳极炉精炼工艺保持长时间高效稳产的目的[1]。

1 相关生产瓶颈问题分析

1.1 阳极炉氧化还原时间过长

因采用双闪工艺模式，生产前期阳极精炼一直采用的是深氧化再还原的方法进行操作，这种操作使得每炉氧化还原的操作时间特别长。闪速吹炼炉经常由于阳极炉的操作时间过长而被迫降料，制约了整个生产线的正常进行。随着生产任务的增加，阳极炉的氧化还原时间已经成为制约生产任务完成的重要因素，因此需要进行技术攻关，缩短氧化还原时间。

1.2 阳极炉造渣方式及炉渣处理技术有待改进

阳极炉原设计的排渣方案是通过人工扒渣至渣斗再流入钢渣包中，存在阳极炉炉膛大，风口的搅拌使得渣都被驱赶到炉端墙周围，很难向炉口集中，给人工扒渣增加难度；如果通过阳极炉倾转的方式来倒渣，阳极炉下的渣包由于空间限制，容积较小，渣包装满后超重，行车难以吊运；渣型流动性较差，渣斗在经过一次放渣后，黏结的渣会冷却堵塞渣斗，造成下次放渣时难以流出；人工扒渣劳动强度大；以轨道送电的平板小车驱动方式，要求轨道间绝缘，但是由于现场的金属飞溅较严重，很难实现轨道间绝缘，在现场难以用该方式驱动小车，如果改用电缆送电，电缆在现场经常被烧毁。因此，需要对阳极炉造渣放渣的方式和炉渣处理进行技术改进[2]。

1.3 阳极炉烟气SO2 在线分析时效性差

双闪精炼车间阳极炉的现场工艺控制，因为化验样的特性，无法在第一时间内得出结果，也就无法实现数字可视化操作，只能通过人工取样，凭生产经验观察判断阳极炉氧化还原操作的终点，这就不可避免因人为原因导致的阳极铜化学成分超标，对生产和安全带来影响。

1.4 阳极炉风口砖消耗过快

金冠铜业精炼车间阳极炉氧化还原风口砖是由两块T 型砖拼接而成，在使用过程中经常出现下半个T 型砖断裂现象, 阳极炉风口砖使用寿命平均仅为45 d。风口砖损耗快，会出现风口跑铜现象，从而影响生产安全；频繁更换风口砖一方面对炉体砖衬有一定损伤进而影响炉体安全，另一方面增加了生产成本。同时换风口砖需要时间长，工人劳动强度大，操作环境恶劣，存在安全和职业健康风险[3]。

1.5 炉体安全管控水平有待提高

炉体外部红外在线实时测温已经实现，但目前阳极炉缺少炉内图像成形监控，通过炉内实时监控可以提前准确感知耐火砖的损耗，防止耐火砖的进一步脱落，杜绝炉体破裂和铜水泄露的发生，同时通过炉内测温仪实时检测炉体温度，调整烧嘴及还原介质的流量，即可避免炉膛温度过高对耐火砖的消耗，又能降低能耗和减少环境污染。

2 相关经验和措施

2.1 阳极炉带硫还原操作应用

通过对还原过程的跟踪，发现阳极炉在还原过程当中，硫和氧含量同时有下降的趋势，且硫含量下降趋势大于氧，所以得出阳极精炼进入还原期，不需将硫除尽。通过实验数据，当铜含硫（硫的质量分数，下同）在0.04%左右时，即可进入还原作业，此时铜含氧（氧的质量分数，下同）约为0.5%左右，若大于0.04%时，铜含氧可能会小于0.5%，但是会出现当铜含氧达到0.2%时，铜样品中会有硫丝冒出，说明铜含硫超标，经过化验得出此时铜含硫约为0.015%左右。

目前阳极炉已经成熟应用带硫还原操作，已完全替代了深度氧化还原操作，明显降低了氧化还原操作时间，氧化还原时间由初期的5.5 h 降至3.5～4 h，提高了生产效率，满足41 万t 产能需求。

2.2 阳极炉造渣方式及炉渣处理方式优化改进

改变原有渣系，增加渣的流动性。闪速吹炼—阳极炉工艺的阳极炉渣型为铁酸钙系渣型，渣硬且结块，按照质量比例m（渣量）∶m（石英石）=7∶1～8∶1加入石英石进行造渣，通过高温熔化后改变为硅酸铁系渣型，渣流动性好，采用炉体倾倒放渣，直接倒入渣包中，取消人工扒渣和出渣斗，减轻人员劳动力。在原有电动平板小车的基础上增加一两方形平板车斗（负载可达30 t），并根据车斗形状制作一个方形渣包，可装30 t 铜渣，由牵引小车拉动车斗。避免了牵引小车与铜渣的直接接触，既可以直接将炉体倾倒铜渣到渣包中，也不会因渣包容量不够，不能将铜渣完全倒出，还避免了牵引小车驱动系统因高温而损坏。同时将原有的渣包车轨道向厂外延伸，并在车轨末端增加一套渣包转运装置，该渣包转运装置可负载30 t，并且该渣包转运装置下制作一个炉渣破碎与清理平台，方便炉渣破碎机破碎与工人清理。

改进后的造渣及炉渣处理方式，既去除了人工扒渣的工作量，降低了工人的工作负荷，提升工作效率，又消除了设备和人员安全隐患，为阳极炉连续稳定生产提供了保障。

2.3 阳极炉烟气SO2 在线分析仪的应用

通过使用引进烟气在线二氧化硫分析仪，实时监控烟气内有效成分的含量，便于对烟气系统成分变化进行控制，及时发现异常进行调整，为生产提供直观准确的数据记录。

目前二氧化硫分析仪在双闪精炼车间阳极炉上已经得到成熟应用，完成了初期设计目标，实现阳极炉氧化过程的远程控制，烟气中w（SO2）含量由4%～5%降至0.7%～0.8%，基本可以完成氧化操作过程的控制，提高了阳极炉操作可视化水平，减少取样期间阳极炉正压烟气泄露逸散，降低低空污染，也减轻了操作员工的劳动强度，降低了安全风险。

2.4 阳极炉风口砖结构优化

通过原风口砖的损耗后的情况分析，风口砖风眼内侧的三角区域是两块风口砖相结合砖缝与风管孔所形成的，并且是位于炉内侧与铜水直接接触，热负荷较大，铜水冲刷，导致此三角区最先损耗脱落。形成凹陷使铜水加剧此区域的冲刷力度，加速风口砖的损耗。

改进措施是原风口为2 块外观同等大小风口砖组成，改进后的新风口砖由一大一小组成，大的安装在下层，小的安装在上层。使风眼内侧的三角区域增大，可有效延缓此区域耐腐蚀冲刷速度，帮助提高风口砖整体使用寿命。

改进后的新风口砖通过生产实践，使用期限可达到90 d 以上，减少风口砖更换频次，降低风口跑铜和更换风险，有利于阳极炉筒身区域耐火砖的整体稳定性，提高炉体安全程度。

2.5 阳极炉炉体内红外测温及成像自动化的实现

通过引进阳极炉炉内红外测温及热成像仪，红外测温可以明确、快速地供操作人员掌握炉体温度分布和变化，及时调整阳极炉稀氧烧嘴、透气砖、氧化还原介质的流量等针对性措施，降低安全风险。红外热成像则可以确保实时检测炉内砖衬变化，通过外观检测可提前预判各个区域，尤其是关键部位的耐火砖消耗情况，为炉体安全检测提供重要依据。