探讨阳极炉精细化管理生产实践

黎亚琦，沈 超

北方某公司熔炼厂日均生产阳极铜550t。工艺流程采用双侧富氧侧吹熔炼—底吹吹炼—回转式阳极炉精炼的全热态连续炼铜生产工艺。侧吹与底吹采用全热态连续炼铜，热量损失少，作业效率高，底吹吹炼在正常生产时不需要消耗燃料。因粗铜自发反应热量低，需要外部热量来维持铜液温度，消耗量较大，CNG单耗成为精炼工序吨铜冶炼能耗的重要指标。在建厂两年后随着公司冶炼技术水平巩固和提高，阳极炉精炼工序先后进行了掺氮还原、生产效率提高、阳极板合格率提升等等方面实行技改措施后，在降低能源消耗、提高产品质量等多个方面都取得了较大进步。CNG 单耗及阳极板合格率逐步达到国内先进水平。

1 工艺介绍

1.1 生产现状

熔炼系统吹炼工序配备了1 台可年产粗铜18 万吨的底吹炉，吹炼过程为：全热态连续炼铜，侧吹产出热冰铜通过溜槽直接进入底吹炉，生产稳定的情况下日产粗铜550t。阳极炉精炼工序配备了2 台装入量为280t 的阳极炉和1 台圆盘浇铸机，其生产过程分为：加料、保温、氧化、还原、浇铸5 个周期。阳极炉工序2台阳极炉全部投入生产，根据生产计划平均日产阳极铜2 炉次，个别情况可完成3 炉次，利用空炉保温时间处理阳极炉自产冷铜及残极等其他含铜物料。

目前传统阳极炉基本采用冶金行车吊装粗铜包给阳极炉加料，存在单包加料量少，铜温散热快，严重的低空污染等问题，造成车间现场环保压力大，铜液升温能源消耗大，同时冶金行车吊运粗铜包行进时，存在较大安全风险。北方某公司阳极针对传统阳极炉低空污染问题，在炉体一端开设加料口，通过保温溜槽加料，在进料口上方加设环集烟罩，完全解决低空烟气污染，铜液温度散热快的问题，生产过程更加安全环保，同时降低行车安装和铜包运营成本。在冶炼过程中通过运用带硫还原、掺氮还原，使铜液充分搅拌，天然气利用率从30%提高至50%左右，天然气单耗降低明显。

1.2 降低CNG 单耗的方法

熔炼系统的阳极铜产量主要取决于侧吹炉精矿处理量和底吹炉冷料处理量。在上述两道工序产能稳定的情况下，阳极炉总产量基本固定，尽可能通过提升阳极板合格率，保证阳极炉产量。阳极炉天然气消耗主要集中在保温天然气，根据阳极炉炉型结构，对燃烧天然气压力、氧气压力进行多次调整，保温天然气单耗已逐步降低，进一步下降空间有限。在日均阳极铜产量维持稳定的前提下，通过缩短各周期的作业时间、提高作业效率，不断革新作业制度、提高现场精细化管理，稳定单炉产量，实现阳极炉吨铜天然气单耗的大幅下降。

2 制约生产效率的主要因素

2.1 氧化期时间过长

氧化期时间过长且波动大。底吹吹炼的主要目的是脱硫、造渣，其风量大、氧浓高、速度快，吹炼过程受冰铜品位的影响较大，吹炼中后期含硫量变化很快，吹炼终点采用对烟气中SO2浓度检测判断开口时机，并结合现场人工取样判断，存在一定的偏差。因采用热态连续炼铜工艺，为避免底吹炉炉内过吹，底吹放铜后期需要进热冰铜来控制炉内过氧化程度，热冰铜入炉时间也会对粗铜品质产生较大影响，造成粗铜含硫变化大，甚至出现含硫达到0.5%以上，阳极炉氧化超过7 个小时的情况，导致阳极炉氧化期所需时间波动较大。

2.2 升温幅度大、耗时长

底吹粗铜终点温度控制在1210±10℃，通过粗铜溜槽分两次向阳极炉进料，第一次进料150t，第二次进料130t，中间间隔时间4h ～5h。阳极炉精炼需要升温至1160℃～1170℃进行还原作业才能确保还原结束铜液达到出铜目标温度1210℃。虽然底吹炉放铜温度较高，但空炉期间阳极炉需要处理15t 左右冷铜，第一次加料后铜液温度基本在1150℃左右，长时间不进料时甚至出现1100℃的情况，对阳极炉氧化升温产生较大影响，如果氧化期间温度未达到1150℃，还原期间需要通过稀氧燃烧提供600Nm3/h 以上的氧气流量来提升铜液温度，因氧势过强，造成还原时间大幅延长，还原天然气用量随之增加。

2.3 浇铸速度低，合格率低

浇铸系统配备一套圆盘浇铸机，采用双18 模圆盘浇铸机。浇铸作业流程可分为：阳极板浇铸、阳极板冷却、阳极板提取、脱模剂喷涂四个阶段。制约圆盘浇铸机速度的关键部分是阳极板浇铸阶段。

阳极板浇铸过程由中间包倒铜和电子秤浇铸两个机械动作完成，利用每个机械动作开始和结束的时间点，可将每块阳极板的浇铸过程划分为4 个阶段：①中间包等待时间（电子秤返回到位→中间包开始倒铜）；②中间包倒铜时间（中间包开始倒铜→中间包返回到位）；③电子秤等待时间（中间包返回到位→电子秤开始滑动）；④电子秤浇铸时间（电子秤启动→电子秤返回到位）。而中间包倒铜和电子秤浇铸的两个机械动作并不连贯，均存在2s ～3s 左右的等待时间，拉长了单块阳极板浇铸时间，影响圆盘浇铸机的浇铸能力，完成一块阳极板浇铸需用时32.76s，造成圆盘浇铸速度只能维持在75t/h ～80t/h，加上浇铸前期准备工作和浇铸后清理工作，出一炉铜需要6h ～7h，主要包括：

（1）单炉浇铸时间偏长，存在延误底吹放铜时间，影响熔吹动态平衡风险。

（2）因浇铸期间需要使用燃烧天然气对铜液提温，以满足浇铸需求，浇铸时间越长，天然气用量越多。

（3）浇铸时间偏长，员工整体劳动强度增大，设备负载时间延长，不利于人员安全稳定及设备平稳运行。

2.4 阳极板合格率偏低，合格产量降低

投产前两年受岗位员工操作熟练度及设备影响，阳极板合格率一直处于偏低状态，存在阳极板物理规格不稳定，鼓包、飞边毛刺、耳部和下板身厚度超限等问题，员工工艺操作能力欠缺，应对突发情况处理速度慢，造成单圆盘浇铸时间偏长，甚至出现终止浇铸的情况，产出大量废板。并且设备故障率偏高，尤其突出点为电子秤运行不稳定，导致大量阳极板存在偏轻偏重问题，对合格阳极板产量及吨铜能耗产生较大影响。2021年1月至7月阳极板平均合格率仅98.27%，每月自废板达到500 块以上，距离国内先进企业相距甚远，成为阳极炉需要重点突破的项目。

3 提高生产效率的措施

3.1 推行标准化操作，缩短氧化还原进程

（1）不断推行现场标准化操作，底吹炉做好吹炼终点控制，并根据底吹工艺生产条件，控制第二次来料粗铜样为麻铜，含硫0.15%～0.25%之间，加料期间阳极炉前与底吹炉前人员配合取样判断，决定底吹进冰铜时机，通过粗铜样稳定控制，保证阳极炉氧化期间压缩空气流量在800Nm3/h 左右，阳极炉氧化作业时间可控制在3h 以内。由于粗铜有少量硫含量，可充分利用氧化脱离放热，节省燃烧天然气用量，同时此品位下粗铜含氧也相对较低，在0.1%以内，避免氧化结束后氧化样含大量氧斑，影响还原作业。

（2）根据氧化、还原作业进程，灵活调整炉内负压。因氧化初期铜液含硫较高，烟气量大，随着反应进程，烟气量逐渐降低，炉内负压也跟随调整，避免炉内热量被大量抽走，并根据单炉浇铸量，定期检查炉体Z 型烟道，来调整单炉粗铜加入量。

（3）调整还原天然气压力。使用掺氮还原工艺后，还原天然气单耗取得了较大突破，但仍然存在还原期间天然气流量波动的情况，影响风管送气稳定性，维护一次风管，将浪费20min 左右还原时间，遂将还原天然气压力由3.9 公斤调整至4.1 公斤，有效稳定了还原期间风管通气流量，提高还原效率。

（4）各班组根据炉口结焦情况，对炉口进行清理维护。炉口结焦严重，不仅会影响阳极炉有效排渣，造成炉内积渣较多，影响单炉产量和氧化、还原作业周期，造成天然气单耗增加；同时也会造成作业期间烟气外溢严重，炉口盖和气缸变形、损坏。国产打渣机修复后，立即要求横班对炉前人员进行操作培训，各班炉前岗位主动清理维护炉口，保证炉口整洁和有效排渣，提高了加料检尺准确性，月均单炉产量可稳定控制在280t左右，降低天然气单耗，同时避免炉口盖和气缸损坏、变形，外溢烟气污染环境等。

（5）制定详细的炉前操作规范。尤其针对风管维护方面，要求炉前人员按规定维护风管，并将维护情况交接下一班组，避免了因风管送气问题影响氧化、还原作业节奏，操作规范执行后，炉前人员岗位责任心得到一定提升，作业期间风管流量波动与烧风管情况明显减少，不仅节省了风管消耗与风口砖损耗，同时有效提高氧化、还原作业效率。

（6）经过精细化管理和部分技改后，阳极炉单炉氧化、还原总时长由9h ～10h 降低至6h ～7h，作业效率得到明显提升，在采用底吹吹炼的工艺情况下，已具备和转炉吹炼工艺相媲美的能力。

3.2 提高升温效率，精简冷料处理

（1）优化阳极炉冷料处理。一是调整出铜口制作角度，将出铜口制作高度放低5cm，并改良出铜口耐火材料，因高铝耐火料存在冲刷易脱落现象，遂采取高铝耐火料与611 捣打料3：1 混合，增加耐火料强度，避免浇铸期间出铜口散花，活动溜槽堆积产生大量冷铜，通过以上改进，活动溜槽冷铜重量由2t 左右控制到1t 左右，并且活动溜槽后端无堆积较高的冷铜，浇铸角度基本为58°，接近极限角度60°，尽量浇出炉内剩余铜量，减少存铜；二是浇铸结束时，炉后中控将中间包剩余铜量尽可能倒至浇铸包内，废阳极人员使用渣铲将浇铸包内剩余铜液扒至钢模内，出成废板，将废板供底吹使用，浇铸包剩余铜液由700kg左右降低至150kg ～200kg，减少了阳极炉需要处理的中间包、浇铸包剩余冷铜。阳极炉自产冷铜量降低，保温期间可采取降低燃烧天然气用量。

（2）充分利用底吹粗铜温度。底吹放铜温度控制要求为1220±10℃，到阳极炉后测温均值在1170 ～1190 之间。在底吹第一次进料前1h 处理阳极冷料，利用预氧化放热熔化冷料，控制预氧化结束温度在1160±10℃。因阳极炉氧化脱硫过程为放热反应，降低温度有助于反应的正向进行，第二次进料结束后测温均值在1180℃左右，可控制燃烧天然气在120Nm3/h ～150Nm3/h。采用适当降温的措施，不仅可以加快氧化反应速率，也可以节省燃烧天然气用量，控制氧化结束温度1170℃～1180℃之间，保证还原期间能够有效升温。

（3）调整燃烧天然气压力。因阳极炉炉体较长，达到13.5m，2.8 公斤左右的燃烧天然气压力钢性较差，火焰长度偏短，与阀组厂家沟通对接后，调整燃烧天然气压力到4.5 公斤，火焰刚性与长度明显增强，炉体远端受热也更加均匀，增强炉体保温效果，保温期间燃烧天然气流量由150Nm3/h ～180Nm3/h，调整至110Nm3/h ～130Nm3/h，降低燃烧天然气用量。

3.3 提高浇铸速度

为提高阳极板浇铸速度且保证阳极板合格率，工艺及电仪技术人员通过优化圆盘控制程序和电子秤浇铸曲线，提高浇铸过程中各机械动作的连贯性。并不断优化浇铸包、钢模、喷淋水等附属设施，在确保稳定的前提下尽量加快电子秤运行速度。经过多项改造和优化后，浇铸期间各项机械动作更加连贯，通过对喷淋水的改造提升，保证了在高浇铸速度下阳极板的冷却效果，使圆盘浇铸机的平均浇铸能力由75t/h ～80t/h提高至90t/h ～100t/h。每炉次阳极铜（280t）的浇铸时间由3.7h 缩短至3h，且产出阳极板物理规格满足电解生产需求，合格率达到99.3%以上，为员工在高温、高风险环境下的作业安全也提供一定保障。

3.4 提高阳极板合格率

为提高阳极板合格率，保证实际浇铸产量，实现降低能源消耗和吨铜成本的目标，针对岗位员工技能操作水平、设备运转率、应急处理能力方面进行全面改进，主要实施的措施有：

（1）优化调整炉后中控操作模式，将中间包自动调整灌量角度改为中间包固定倒铜角度，稳定浇铸包装入铜量，浇铸溢流量得到稳定控制，减少阳极板偏轻偏重。

（2）制定完善的设备点检要求，配合设备与电仪等专业人员协同检查，养成员工浇铸空档期设备点检习惯，对电子秤内部传感器落位、链条松紧度、滚轮偏离度进行仔细检查，拍照上传，并同时对电子秤按照1200kg 进行校秤工作，废阳极岗位人员对提取机、水槽链条等设备进行检查维护，浇铸前1 小时进行模拟运行，相关措施实施后，20 余次在浇铸前期检查发现设备问题并处理，大幅降低浇铸期间设备故障率，提高浇铸稳定性。

（3）严格落实活动溜槽、固定流槽、中间包、浇铸制作要求，通过生产对比，选择合适浇铸包尺寸，固定浇铸包深度为24cm，高度距离钢模32±1CM，浇铸期间控制浇铸包灌量在750kg ～900kg 之间，炉后中控对浇铸包尺寸进行严格核实，并拍照确认发给下一班组，通过认真把控，基本消除浇铸期间浇铸包超量程和冲包现象。

（4）炉前严格按照熔炼厂《三大操作规程》执行相关操作，控制铜液含氧量在0.10%～0.12%之间，浇铸温度1210±10℃，浇铸前检查确认出铜口通道通畅，铜口大小5cm ～7cm 之间，满足浇铸流量，确认出铜口耐火料制作标准，无松动、无毛边，提高炉后中控摇炉稳定性。

（5）通过技术改进，减少不必要的人为操作，并持续推进岗位人员技能培训，编写阳极炉应急演练处置方案，提升岗位员工应急演练熟练度。出现设备故障时，岗位人员操作准确、及时，大幅降低应急处置时长，提升员工自信。

（6）严格执行班前各岗位单独交接制度，接班人员会前提前到岗了解本岗位生产情况，交付人员认真对接，不得隐瞒故障问题，提升班组间协调度。

（7）经过多项技术优化、岗位员工技能提升，明确操作工人、当班班长以及横班值班长的责任和责任意识。通过工序管理人员坚持不懈的监督管理，还是取得了相应成效，2021年11月～2022年4月阳极板平均合格率达到99.3%以上，每月自废板不足100 块，较之前的98.27%，取得较大提升，自废板数也大幅降低，阳极板合格率逐步达到国内先进水平。

3.5 降低设备故障率

为保证浇铸期间生产连续性，提高设备运行稳定性，针对提取机、水槽链条、电子秤、圆盘限位等重点设备进行专项点检维护，要求电仪、设备等技术人员对岗位工艺人员开展培训学习，掌握设备点检、维护要求。每月组织联合检查，做好预防性维修，设备运行稳定性得到较大提高，保证了阳极炉生产的连续性。主要包括：

（1）稳定阳极炉工序的电仪及设备维修人员。因阳极炉在浇铸期间属于连续浇铸状态，若出现个别影响浇铸的设备故障，需要在短时间内恢复完成，对电仪及设备维修人员的熟练度和问题判断准确性要求较高。所以要对阳极炉区域配备稳定的电仪及设备维修人员，能够准备判断并修复设备故障，在尽可能短的时间内恢复正常浇铸状态。

（2）对重点设备实行预防性动态维修。利用阳极炉作业周期间隙，通过工艺人员巡检和联合检查对易损、易出故障的薄弱环节和部位重点监测。包括提取机结构强度、电子秤内部结构、圆盘各传感器等，判断故障周期。并提前做好维修所需的备品备件计划和材料计划，做好预防性维修工作。

（3）岗位员工逐步专业化。定期邀请专业人员多阳极炉岗位人员组织设备理论培训，掌握设备故障表现，做到根据现场问题表现，判断故障设备及故障原因，向值班人员提供有针对性的维修方向，提高设备维修效率。通过理论学习加现场实践，员工岗位工作经验不断丰富，多次将设备故障问题暴露在巡检维护期间，大大提高了浇铸期间的连续稳定，为合格率提升做出重要保障。

4 实践效果

自2021年大修后，针对过往制约能耗降低和产品质量提升的问题，先后执行上述各项措施和技改，并不断推行精细化管理。在能源管控和产品质量方面取得了较大突破，达到了预期效果。阳极炉单炉平均作业时长有12h 缩短至8h ～10h，单炉产量由250t 提升至280t。阳极炉吨铜天然气单耗由20Nm3/t 以上降低至16Nm3/t 以下。阳极板合格率由98.2%左右提升至99.3%以上。各项生产数据和生产指标均达到历史最好水平，阳极炉生产作业效率得到大幅提高。

5 结语

该公司在投产两年后，阳极炉工序针对前期生产技术薄弱、员工能力欠缺、操作制度不完善等各类制约生产的各类问题，提出各类改进措施和技改方案。吨铜天然气单耗和阳极板合格率等重点管控指标，逐步达到并靠近国内先进水平。并在借助底吹炉连续吹炼的优势下，不断提升工艺技术能力，技改创新，在能源管控各产品质量方面继续取得突破。