黎亞琦，沈 超

北方某公司熔煉廠日均生產(chǎn)陽極銅550t。工藝流程采用雙側(cè)富氧側(cè)吹熔煉—底吹吹煉—回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉的全熱態(tài)連續(xù)煉銅生產(chǎn)工藝。側(cè)吹與底吹采用全熱態(tài)連續(xù)煉銅，熱量損失少，作業(yè)效率高，底吹吹煉在正常生產(chǎn)時不需要消耗燃料。因粗銅自發(fā)反應(yīng)熱量低，需要外部熱量來維持銅液溫度，消耗量較大，CNG單耗成為精煉工序噸銅冶煉能耗的重要指標。在建廠兩年后隨著公司冶煉技術(shù)水平鞏固和提高，陽極爐精煉工序先后進行了摻氮還原、生產(chǎn)效率提高、陽極板合格率提升等等方面實行技改措施后，在降低能源消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量等多個方面都取得了較大進步。CNG 單耗及陽極板合格率逐步達到國內(nèi)先進水平。

1 工藝介紹

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

熔煉系統(tǒng)吹煉工序配備了1 臺可年產(chǎn)粗銅18 萬噸的底吹爐，吹煉過程為：全熱態(tài)連續(xù)煉銅，側(cè)吹產(chǎn)出熱冰銅通過溜槽直接進入底吹爐，生產(chǎn)穩(wěn)定的情況下日產(chǎn)粗銅550t。陽極爐精煉工序配備了2 臺裝入量為280t 的陽極爐和1 臺圓盤澆鑄機，其生產(chǎn)過程分為：加料、保溫、氧化、還原、澆鑄5 個周期。陽極爐工序2臺陽極爐全部投入生產(chǎn)，根據(jù)生產(chǎn)計劃平均日產(chǎn)陽極銅2 爐次，個別情況可完成3 爐次，利用空爐保溫時間處理陽極爐自產(chǎn)冷銅及殘極等其他含銅物料。

目前傳統(tǒng)陽極爐基本采用冶金行車吊裝粗銅包給陽極爐加料，存在單包加料量少，銅溫散熱快，嚴重的低空污染等問題，造成車間現(xiàn)場環(huán)保壓力大，銅液升溫能源消耗大，同時冶金行車吊運粗銅包行進時，存在較大安全風險。北方某公司陽極針對傳統(tǒng)陽極爐低空污染問題，在爐體一端開設(shè)加料口，通過保溫溜槽加料，在進料口上方加設(shè)環(huán)集煙罩，完全解決低空煙氣污染，銅液溫度散熱快的問題，生產(chǎn)過程更加安全環(huán)保，同時降低行車安裝和銅包運營成本。在冶煉過程中通過運用帶硫還原、摻氮還原，使銅液充分攪拌，天然氣利用率從30%提高至50%左右，天然氣單耗降低明顯。

1.2 降低CNG 單耗的方法

熔煉系統(tǒng)的陽極銅產(chǎn)量主要取決于側(cè)吹爐精礦處理量和底吹爐冷料處理量。在上述兩道工序產(chǎn)能穩(wěn)定的情況下，陽極爐總產(chǎn)量基本固定，盡可能通過提升陽極板合格率，保證陽極爐產(chǎn)量。陽極爐天然氣消耗主要集中在保溫天然氣，根據(jù)陽極爐爐型結(jié)構(gòu)，對燃燒天然氣壓力、氧氣壓力進行多次調(diào)整，保溫天然氣單耗已逐步降低，進一步下降空間有限。在日均陽極銅產(chǎn)量維持穩(wěn)定的前提下，通過縮短各周期的作業(yè)時間、提高作業(yè)效率，不斷革新作業(yè)制度、提高現(xiàn)場精細化管理，穩(wěn)定單爐產(chǎn)量，實現(xiàn)陽極爐噸銅天然氣單耗的大幅下降。

2 制約生產(chǎn)效率的主要因素

2.1 氧化期時間過長

氧化期時間過長且波動大。底吹吹煉的主要目的是脫硫、造渣，其風量大、氧濃高、速度快，吹煉過程受冰銅品位的影響較大，吹煉中后期含硫量變化很快，吹煉終點采用對煙氣中SO2濃度檢測判斷開口時機，并結(jié)合現(xiàn)場人工取樣判斷，存在一定的偏差。因采用熱態(tài)連續(xù)煉銅工藝，為避免底吹爐爐內(nèi)過吹，底吹放銅后期需要進熱冰銅來控制爐內(nèi)過氧化程度，熱冰銅入爐時間也會對粗銅品質(zhì)產(chǎn)生較大影響，造成粗銅含硫變化大，甚至出現(xiàn)含硫達到0.5%以上，陽極爐氧化超過7 個小時的情況，導(dǎo)致陽極爐氧化期所需時間波動較大。

2.2 升溫幅度大、耗時長

底吹粗銅終點溫度控制在1210±10℃，通過粗銅溜槽分兩次向陽極爐進料，第一次進料150t，第二次進料130t，中間間隔時間4h ～5h。陽極爐精煉需要升溫至1160℃～1170℃進行還原作業(yè)才能確保還原結(jié)束銅液達到出銅目標溫度1210℃。雖然底吹爐放銅溫度較高，但空爐期間陽極爐需要處理15t 左右冷銅，第一次加料后銅液溫度基本在1150℃左右，長時間不進料時甚至出現(xiàn)1100℃的情況，對陽極爐氧化升溫產(chǎn)生較大影響，如果氧化期間溫度未達到1150℃，還原期間需要通過稀氧燃燒提供600Nm3/h 以上的氧氣流量來提升銅液溫度，因氧勢過強，造成還原時間大幅延長，還原天然氣用量隨之增加。

2.3 澆鑄速度低，合格率低

澆鑄系統(tǒng)配備一套圓盤澆鑄機，采用雙18 模圓盤澆鑄機。澆鑄作業(yè)流程可分為：陽極板澆鑄、陽極板冷卻、陽極板提取、脫模劑噴涂四個階段。制約圓盤澆鑄機速度的關(guān)鍵部分是陽極板澆鑄階段。

陽極板澆鑄過程由中間包倒銅和電子秤澆鑄兩個機械動作完成，利用每個機械動作開始和結(jié)束的時間點，可將每塊陽極板的澆鑄過程劃分為4 個階段：①中間包等待時間（電子秤返回到位→中間包開始倒銅）；②中間包倒銅時間（中間包開始倒銅→中間包返回到位）；③電子秤等待時間（中間包返回到位→電子秤開始滑動）；④電子秤澆鑄時間（電子秤啟動→電子秤返回到位）。而中間包倒銅和電子秤澆鑄的兩個機械動作并不連貫，均存在2s ～3s 左右的等待時間，拉長了單塊陽極板澆鑄時間，影響圓盤澆鑄機的澆鑄能力，完成一塊陽極板澆鑄需用時32.76s，造成圓盤澆鑄速度只能維持在75t/h ～80t/h，加上澆鑄前期準備工作和澆鑄后清理工作，出一爐銅需要6h ～7h，主要包括：

（1）單爐澆鑄時間偏長，存在延誤底吹放銅時間，影響熔吹動態(tài)平衡風險。

（2）因澆鑄期間需要使用燃燒天然氣對銅液提溫，以滿足澆鑄需求，澆鑄時間越長，天然氣用量越多。

（3）澆鑄時間偏長，員工整體勞動強度增大，設(shè)備負載時間延長，不利于人員安全穩(wěn)定及設(shè)備平穩(wěn)運行。

2.4 陽極板合格率偏低，合格產(chǎn)量降低

投產(chǎn)前兩年受崗位員工操作熟練度及設(shè)備影響，陽極板合格率一直處于偏低狀態(tài)，存在陽極板物理規(guī)格不穩(wěn)定，鼓包、飛邊毛刺、耳部和下板身厚度超限等問題，員工工藝操作能力欠缺，應(yīng)對突發(fā)情況處理速度慢，造成單圓盤澆鑄時間偏長，甚至出現(xiàn)終止?jié)茶T的情況，產(chǎn)出大量廢板。并且設(shè)備故障率偏高，尤其突出點為電子秤運行不穩(wěn)定，導(dǎo)致大量陽極板存在偏輕偏重問題，對合格陽極板產(chǎn)量及噸銅能耗產(chǎn)生較大影響。2021年1月至7月陽極板平均合格率僅98.27%，每月自廢板達到500 塊以上，距離國內(nèi)先進企業(yè)相距甚遠，成為陽極爐需要重點突破的項目。

3 提高生產(chǎn)效率的措施

3.1 推行標準化操作，縮短氧化還原進程

（1）不斷推行現(xiàn)場標準化操作，底吹爐做好吹煉終點控制，并根據(jù)底吹工藝生產(chǎn)條件，控制第二次來料粗銅樣為麻銅，含硫0.15%～0.25%之間，加料期間陽極爐前與底吹爐前人員配合取樣判斷，決定底吹進冰銅時機，通過粗銅樣穩(wěn)定控制，保證陽極爐氧化期間壓縮空氣流量在800Nm3/h 左右，陽極爐氧化作業(yè)時間可控制在3h 以內(nèi)。由于粗銅有少量硫含量，可充分利用氧化脫離放熱，節(jié)省燃燒天然氣用量，同時此品位下粗銅含氧也相對較低，在0.1%以內(nèi)，避免氧化結(jié)束后氧化樣含大量氧斑，影響還原作業(yè)。

（2）根據(jù)氧化、還原作業(yè)進程，靈活調(diào)整爐內(nèi)負壓。因氧化初期銅液含硫較高，煙氣量大，隨著反應(yīng)進程，煙氣量逐漸降低，爐內(nèi)負壓也跟隨調(diào)整，避免爐內(nèi)熱量被大量抽走，并根據(jù)單爐澆鑄量，定期檢查爐體Z 型煙道，來調(diào)整單爐粗銅加入量。

（3）調(diào)整還原天然氣壓力。使用摻氮還原工藝后，還原天然氣單耗取得了較大突破，但仍然存在還原期間天然氣流量波動的情況，影響風管送氣穩(wěn)定性，維護一次風管，將浪費20min 左右還原時間，遂將還原天然氣壓力由3.9 公斤調(diào)整至4.1 公斤，有效穩(wěn)定了還原期間風管通氣流量，提高還原效率。

（4）各班組根據(jù)爐口結(jié)焦情況，對爐口進行清理維護。爐口結(jié)焦嚴重，不僅會影響陽極爐有效排渣，造成爐內(nèi)積渣較多，影響單爐產(chǎn)量和氧化、還原作業(yè)周期，造成天然氣單耗增加；同時也會造成作業(yè)期間煙氣外溢嚴重，爐口蓋和氣缸變形、損壞。國產(chǎn)打渣機修復(fù)后，立即要求橫班對爐前人員進行操作培訓(xùn)，各班爐前崗位主動清理維護爐口，保證爐口整潔和有效排渣，提高了加料檢尺準確性，月均單爐產(chǎn)量可穩(wěn)定控制在280t左右，降低天然氣單耗，同時避免爐口蓋和氣缸損壞、變形，外溢煙氣污染環(huán)境等。

（5）制定詳細的爐前操作規(guī)范。尤其針對風管維護方面，要求爐前人員按規(guī)定維護風管，并將維護情況交接下一班組，避免了因風管送氣問題影響氧化、還原作業(yè)節(jié)奏，操作規(guī)范執(zhí)行后，爐前人員崗位責任心得到一定提升，作業(yè)期間風管流量波動與燒風管情況明顯減少，不僅節(jié)省了風管消耗與風口磚損耗，同時有效提高氧化、還原作業(yè)效率。

（6）經(jīng)過精細化管理和部分技改后，陽極爐單爐氧化、還原總時長由9h ～10h 降低至6h ～7h，作業(yè)效率得到明顯提升，在采用底吹吹煉的工藝情況下，已具備和轉(zhuǎn)爐吹煉工藝相媲美的能力。

3.2 提高升溫效率，精簡冷料處理

（1）優(yōu)化陽極爐冷料處理。一是調(diào)整出銅口制作角度，將出銅口制作高度放低5cm，并改良出銅口耐火材料，因高鋁耐火料存在沖刷易脫落現(xiàn)象，遂采取高鋁耐火料與611 搗打料3：1 混合，增加耐火料強度，避免澆鑄期間出銅口散花，活動溜槽堆積產(chǎn)生大量冷銅，通過以上改進，活動溜槽冷銅重量由2t 左右控制到1t 左右，并且活動溜槽后端無堆積較高的冷銅，澆鑄角度基本為58°，接近極限角度60°，盡量澆出爐內(nèi)剩余銅量，減少存銅；二是澆鑄結(jié)束時，爐后中控將中間包剩余銅量盡可能倒至澆鑄包內(nèi)，廢陽極人員使用渣鏟將澆鑄包內(nèi)剩余銅液扒至鋼模內(nèi)，出成廢板，將廢板供底吹使用，澆鑄包剩余銅液由700kg左右降低至150kg ～200kg，減少了陽極爐需要處理的中間包、澆鑄包剩余冷銅。陽極爐自產(chǎn)冷銅量降低，保溫期間可采取降低燃燒天然氣用量。

（2）充分利用底吹粗銅溫度。底吹放銅溫度控制要求為1220±10℃，到陽極爐后測溫均值在1170 ～1190 之間。在底吹第一次進料前1h 處理陽極冷料，利用預(yù)氧化放熱熔化冷料，控制預(yù)氧化結(jié)束溫度在1160±10℃。因陽極爐氧化脫硫過程為放熱反應(yīng)，降低溫度有助于反應(yīng)的正向進行，第二次進料結(jié)束后測溫均值在1180℃左右，可控制燃燒天然氣在120Nm3/h ～150Nm3/h。采用適當降溫的措施，不僅可以加快氧化反應(yīng)速率，也可以節(jié)省燃燒天然氣用量，控制氧化結(jié)束溫度1170℃～1180℃之間，保證還原期間能夠有效升溫。

（3）調(diào)整燃燒天然氣壓力。因陽極爐爐體較長，達到13.5m，2.8 公斤左右的燃燒天然氣壓力鋼性較差，火焰長度偏短，與閥組廠家溝通對接后，調(diào)整燃燒天然氣壓力到4.5 公斤，火焰剛性與長度明顯增強，爐體遠端受熱也更加均勻，增強爐體保溫效果，保溫期間燃燒天然氣流量由150Nm3/h ～180Nm3/h，調(diào)整至110Nm3/h ～130Nm3/h，降低燃燒天然氣用量。

3.3 提高澆鑄速度

為提高陽極板澆鑄速度且保證陽極板合格率，工藝及電儀技術(shù)人員通過優(yōu)化圓盤控制程序和電子秤澆鑄曲線，提高澆鑄過程中各機械動作的連貫性。并不斷優(yōu)化澆鑄包、鋼模、噴淋水等附屬設(shè)施，在確保穩(wěn)定的前提下盡量加快電子秤運行速度。經(jīng)過多項改造和優(yōu)化后，澆鑄期間各項機械動作更加連貫，通過對噴淋水的改造提升，保證了在高澆鑄速度下陽極板的冷卻效果，使圓盤澆鑄機的平均澆鑄能力由75t/h ～80t/h提高至90t/h ～100t/h。每爐次陽極銅（280t）的澆鑄時間由3.7h 縮短至3h，且產(chǎn)出陽極板物理規(guī)格滿足電解生產(chǎn)需求，合格率達到99.3%以上，為員工在高溫、高風險環(huán)境下的作業(yè)安全也提供一定保障。

3.4 提高陽極板合格率

為提高陽極板合格率，保證實際澆鑄產(chǎn)量，實現(xiàn)降低能源消耗和噸銅成本的目標，針對崗位員工技能操作水平、設(shè)備運轉(zhuǎn)率、應(yīng)急處理能力方面進行全面改進，主要實施的措施有：

（1）優(yōu)化調(diào)整爐后中控操作模式，將中間包自動調(diào)整灌量角度改為中間包固定倒銅角度，穩(wěn)定澆鑄包裝入銅量，澆鑄溢流量得到穩(wěn)定控制，減少陽極板偏輕偏重。

（2）制定完善的設(shè)備點檢要求，配合設(shè)備與電儀等專業(yè)人員協(xié)同檢查，養(yǎng)成員工澆鑄空檔期設(shè)備點檢習(xí)慣，對電子秤內(nèi)部傳感器落位、鏈條松緊度、滾輪偏離度進行仔細檢查，拍照上傳，并同時對電子秤按照1200kg 進行校秤工作，廢陽極崗位人員對提取機、水槽鏈條等設(shè)備進行檢查維護，澆鑄前1 小時進行模擬運行，相關(guān)措施實施后，20 余次在澆鑄前期檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題并處理，大幅降低澆鑄期間設(shè)備故障率，提高澆鑄穩(wěn)定性。

（3）嚴格落實活動溜槽、固定流槽、中間包、澆鑄制作要求，通過生產(chǎn)對比，選擇合適澆鑄包尺寸，固定澆鑄包深度為24cm，高度距離鋼模32±1CM，澆鑄期間控制澆鑄包灌量在750kg ～900kg 之間，爐后中控對澆鑄包尺寸進行嚴格核實，并拍照確認發(fā)給下一班組，通過認真把控，基本消除澆鑄期間澆鑄包超量程和沖包現(xiàn)象。

（4）爐前嚴格按照熔煉廠《三大操作規(guī)程》執(zhí)行相關(guān)操作，控制銅液含氧量在0.10%～0.12%之間，澆鑄溫度1210±10℃，澆鑄前檢查確認出銅口通道通暢，銅口大小5cm ～7cm 之間，滿足澆鑄流量，確認出銅口耐火料制作標準，無松動、無毛邊，提高爐后中控搖爐穩(wěn)定性。

（5）通過技術(shù)改進，減少不必要的人為操作，并持續(xù)推進崗位人員技能培訓(xùn)，編寫陽極爐應(yīng)急演練處置方案，提升崗位員工應(yīng)急演練熟練度。出現(xiàn)設(shè)備故障時，崗位人員操作準確、及時，大幅降低應(yīng)急處置時長，提升員工自信。

（6）嚴格執(zhí)行班前各崗位單獨交接制度，接班人員會前提前到崗了解本崗位生產(chǎn)情況，交付人員認真對接，不得隱瞞故障問題，提升班組間協(xié)調(diào)度。

（7）經(jīng)過多項技術(shù)優(yōu)化、崗位員工技能提升，明確操作工人、當班班長以及橫班值班長的責任和責任意識。通過工序管理人員堅持不懈的監(jiān)督管理，還是取得了相應(yīng)成效，2021年11月～2022年4月陽極板平均合格率達到99.3%以上，每月自廢板不足100 塊，較之前的98.27%，取得較大提升，自廢板數(shù)也大幅降低，陽極板合格率逐步達到國內(nèi)先進水平。

3.5 降低設(shè)備故障率

為保證澆鑄期間生產(chǎn)連續(xù)性，提高設(shè)備運行穩(wěn)定性，針對提取機、水槽鏈條、電子秤、圓盤限位等重點設(shè)備進行專項點檢維護，要求電儀、設(shè)備等技術(shù)人員對崗位工藝人員開展培訓(xùn)學(xué)習(xí)，掌握設(shè)備點檢、維護要求。每月組織聯(lián)合檢查，做好預(yù)防性維修，設(shè)備運行穩(wěn)定性得到較大提高，保證了陽極爐生產(chǎn)的連續(xù)性。主要包括：

（1）穩(wěn)定陽極爐工序的電儀及設(shè)備維修人員。因陽極爐在澆鑄期間屬于連續(xù)澆鑄狀態(tài)，若出現(xiàn)個別影響澆鑄的設(shè)備故障，需要在短時間內(nèi)恢復(fù)完成，對電儀及設(shè)備維修人員的熟練度和問題判斷準確性要求較高。所以要對陽極爐區(qū)域配備穩(wěn)定的電儀及設(shè)備維修人員，能夠準備判斷并修復(fù)設(shè)備故障，在盡可能短的時間內(nèi)恢復(fù)正常澆鑄狀態(tài)。

（2）對重點設(shè)備實行預(yù)防性動態(tài)維修。利用陽極爐作業(yè)周期間隙，通過工藝人員巡檢和聯(lián)合檢查對易損、易出故障的薄弱環(huán)節(jié)和部位重點監(jiān)測。包括提取機結(jié)構(gòu)強度、電子秤內(nèi)部結(jié)構(gòu)、圓盤各傳感器等，判斷故障周期。并提前做好維修所需的備品備件計劃和材料計劃，做好預(yù)防性維修工作。

（3）崗位員工逐步專業(yè)化。定期邀請專業(yè)人員多陽極爐崗位人員組織設(shè)備理論培訓(xùn)，掌握設(shè)備故障表現(xiàn)，做到根據(jù)現(xiàn)場問題表現(xiàn)，判斷故障設(shè)備及故障原因，向值班人員提供有針對性的維修方向，提高設(shè)備維修效率。通過理論學(xué)習(xí)加現(xiàn)場實踐，員工崗位工作經(jīng)驗不斷豐富，多次將設(shè)備故障問題暴露在巡檢維護期間，大大提高了澆鑄期間的連續(xù)穩(wěn)定，為合格率提升做出重要保障。

4 實踐效果

自2021年大修后，針對過往制約能耗降低和產(chǎn)品質(zhì)量提升的問題，先后執(zhí)行上述各項措施和技改，并不斷推行精細化管理。在能源管控和產(chǎn)品質(zhì)量方面取得了較大突破，達到了預(yù)期效果。陽極爐單爐平均作業(yè)時長有12h 縮短至8h ～10h，單爐產(chǎn)量由250t 提升至280t。陽極爐噸銅天然氣單耗由20Nm3/t 以上降低至16Nm3/t 以下。陽極板合格率由98.2%左右提升至99.3%以上。各項生產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)指標均達到歷史最好水平，陽極爐生產(chǎn)作業(yè)效率得到大幅提高。

5 結(jié)語

該公司在投產(chǎn)兩年后，陽極爐工序針對前期生產(chǎn)技術(shù)薄弱、員工能力欠缺、操作制度不完善等各類制約生產(chǎn)的各類問題，提出各類改進措施和技改方案。噸銅天然氣單耗和陽極板合格率等重點管控指標，逐步達到并靠近國內(nèi)先進水平。并在借助底吹爐連續(xù)吹煉的優(yōu)勢下，不斷提升工藝技術(shù)能力，技改創(chuàng)新，在能源管控各產(chǎn)品質(zhì)量方面繼續(xù)取得突破。