側吹爐停復產作業(yè)優(yōu)化設計

呂陽，熊家強

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330038）

富氧側吹熔煉+多噴槍頂吹吹煉連續(xù)煉銅工藝（以下簡稱“側+頂”工藝）具有對原料適應性強，工藝流程及整體配置簡潔、投資少，屬連續(xù)煉銅工藝，避免了含硫煙氣無組織排放，極具環(huán)保優(yōu)勢，綜合能耗低、工藝指標先進等優(yōu)點[1-3]。該工藝在火法冶煉領域具有極強的競爭力，已成為目前主流的銅火法冶煉工藝之一。近年來，該工藝在銅冶煉行業(yè)得到了日益廣泛的應用[4]，如廣西南國、赤峰云銅。在“側+頂”工藝中，富氧側吹熔煉實際上是對瓦紐科夫工藝的升級[5]。經過這些年不斷地操作和探索，正常工況下側吹爐的作業(yè)模式已日趨成熟。然而，為了使“側+頂”工藝具有推廣性，尋求非正常生產狀況下側吹爐的有效作業(yè)措施顯得尤為重要。

本文以采用“側+頂”工藝的非洲某銅冶煉廠為例，介紹該廠為應對側吹爐停復產作業(yè)所進行的優(yōu)化設計。

1 現有側吹系統(tǒng)面臨的生產問題

非洲某銅冶煉廠投產于2020年，采用“側+頂”工藝。自投產以來，該廠總體生產運營指標良好，符合既定的生產計劃，但系統(tǒng)中仍暴露出一些問題，值得重視。

該廠地處非洲，電力供應狀況不穩(wěn)定，且當地員工操作水平較低，再加上系統(tǒng)內設備時常出現故障，導致投產初期作業(yè)率較低。雖然隨著員工操作熟練度提高以及系統(tǒng)內設備磨合情況越來越好，作業(yè)率低的情況會有所改觀，但經常停電（預計1年15～20次，每次停電時長4～20 h）所造成的停產威脅將會持續(xù)存在。若停產時間較長，則需要及時排空側吹爐中的熔體。但是按照目前的廠房配置，側吹爐排空時無法用渣包運輸，熔體直接通過排空口進入爐體附近的安全坑。熔體冷卻、破碎后塊度大，而安全坑的高度近4 m且四周均設有圍堰，安全坑附近機械操作空間有限，這使得清理安全坑的難度極大，費時費力。

2 常規(guī)的停復產作業(yè)模式

2.1 短時停產

側吹爐短時停產（突發(fā)停電或其他停產時間在10 h以內的事故）時，通常采用堵風眼后熱停爐的方法。短時停產一般不需要降低爐內液面，主要操作如下：1）停止皮帶，中斷進料；2）現場迅速進行堵風眼操作，每個風眼需要20 s左右可以堵上；3）中控室逐步打開放空閥，進行排空；4）在排放口使用焦粉或碳棒保溫，同時在渣室熔池面上鋪灑焦粉保溫或局部提溫。經上述操作后，側吹爐進入熱停爐作業(yè)。

雖然短時停產的操作相對簡單，但在復產時風眼頭部會產生黏接，需要花很長時間去清理，且熔體溫度越低，黏接越厚，清理時間也越長。清理風眼黏接增大了現場的勞動強度，是側吹爐目前的主要缺陷之一。

2.2 較長時間停產

側吹爐較長時間停產（停產時間超過10 h）時，為防止爐內熔體凍結，通常采用排空熔池的方法。熔體通過排空口排放，由于熔體壓力大導致難以人工堵口，排放到最后排放口會越來越大，直至全部排空。復產時，須先進行烘爐作業(yè)，烘爐時間在15～20 d，烘爐結束后開爐重建熔池。先投入木柴并鼓風助燃，燃燒一段時間后加入焦炭，同時逐步增加助燃風中氧氣的比例，燃燒到一定程度后，再加入焦炭和爐渣，使爐膛內形成料柱；往料柱區(qū)域通入一次風并逐步提高氧氣濃度，利用焦炭燃燒熔化爐渣，達到重建熔池的目的；當熔池達到一定高度且風眼區(qū)噴濺后，可以開始投入混合銅精礦。據粗略統(tǒng)計（僅包括主要物料），開爐過程需投入木柴約50 m3，焦炭約30 t。

由此可以看出，因長時間停產而排空熔池，重新開始生產所需的時間長，費時費力，成本極高。

3 針對現有側吹系統(tǒng)的優(yōu)化設計

鑒于現有側吹系統(tǒng)存在的停產隱患以及常規(guī)停復產作業(yè)模式的缺陷，中國瑞林工程技術股份有限公司結合該廠廠房配置和爐型特點，對現有系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計，為非正常生產狀況下的停復產作業(yè)找到了一種有效的熔體加熱和保溫措施，進而提高了工藝系統(tǒng)的作業(yè)率。

3.1 優(yōu)化方案配置

參考艾薩工藝，確定本次優(yōu)化方案的核心是增設噴槍用于熔體的加熱和保溫。該廠燃料為柴油，因此噴槍型式選為風/油噴槍（送風管內嵌套油管，并設置旋流器），具體布置如下：1）側吹爐頂3個進料口中有2個為敞開式，其上方至廠房頂范圍內僅有1臺與吹煉工段共用的單梁吊，空間開闊，非常適合增設噴槍。所增設噴槍端部材質為310S，其余部分為Q235B。根據爐頂空間及噴槍需要進入爐體的尺寸，確定噴槍長度為10.1 m。另外，以屋面梁和鍋爐上升煙道平臺梁為支點在進料口正上方設置葫蘆軌道，軌道上配置2臺起重量為2 t的電動葫蘆用于吊運噴槍，同時在噴槍作業(yè)區(qū)域增設噴槍準備架和噴槍操作平臺，以便于停復產時的操作。2）在渣室頂部檢尺孔上方增設噴槍，利用上部現有的電動葫蘆吊運噴槍。噴槍材質與爐頂噴槍相同，根據渣室上部空間及噴槍需要進入爐體的尺寸確定噴槍長度為3.3 m。3）噴槍工作時所需柴油、助燃風、壓縮空氣等就近由廠房內主管引支管至噴槍附近。支管上設置流量、壓力等控制閥組。停復產作業(yè)需使用噴槍時，將軟管兩端的快速接頭分別與支管和噴槍相應的接口連接即可。優(yōu)化方案配置見圖1。

圖1 優(yōu)化方案配置

3.2 停復產操作模式

非正常生產情況下需緊急停產時，先將熔池內熔體液面排放降至一次風眼以下，再進行堵風眼操作。待噴槍準備就緒后，放下噴槍直至進入熔池液面下方50～100 mm處，開始進行燃燒保溫，確保熔池表面處于熔融狀態(tài)。復產前1 h，提高噴槍供油量，在升溫過程中加入少量混合銅精礦，形成低品位冰銅向下滲透并融化爐內可能存在的凍結層，待爐渣面上升至淹沒風眼后鼓入少量一次風，同時緩慢提高富氧濃度。恢復正式投料前30 min提出噴槍，現場清理加料口處黏接，檢查系統(tǒng)正常后可恢復生產。

4 結語

綜上所述，針對該非洲銅冶煉廠廠房配置和爐型特點，為應對側吹爐停復產作業(yè)進行的優(yōu)化設計具有如下優(yōu)點：1）利用爐體加料口和檢尺孔增設噴槍，無需改變爐體結構；2）配套土建、管道、電儀改造工作量較小，改造周期短；3）停產時作業(yè)相對簡單，可對熔體進行有效地加熱和保溫；4）復產時勞動強度較常規(guī)模式小，可以實現真正地熱開爐。目前，該優(yōu)化設計方案已成功實施應用，對保證現場安全、穩(wěn)定生產起到了良好作用。