豎式雙側吹熔池熔煉技術

于國海｜文

本文總結金峰爐五年來運行情況，介紹該爐技術優(yōu)勢，運行參數，渣型選擇進展，將金峰爐與底吹爐及奧斯邁特工藝進行了對比。其具有爐料適應性強、工藝過程及設備簡單、作業(yè)率高、直收率高、熔煉效率高、爐子壽命長、投資省、能耗低、環(huán)保好等優(yōu)點。

豎式雙側吹熔池熔煉新工藝（金峰爐）于2008年5月1日在內蒙古自治區(qū)赤峰市金峰公司建成投產，目前已安全運行五年多，產銅50多萬噸，多項技術指標達到了國內領先及國際先進水平。生產實踐充分顯示了該技術優(yōu)越性和良好的發(fā)展前景。

金峰爐的技術優(yōu)勢

在當代銅熔煉工藝中有閃速爐熔煉和熔池熔煉，產能規(guī)模在20萬噸/年 以下的銅廠多采用熔池熔煉。熔池熔煉有頂吹、底吹和側吹三種送風方式和多種爐型。頂吹的有艾薩爐和奧斯邁特爐和三菱熔煉爐。底吹的有SKS爐。側吹的熔池熔煉由于起點和發(fā)展過程不同有多種爐型，起源于P-S轉爐的有諾蘭達爐和肯尼恩特爐；起源于反射爐有白銀爐；起源于煙化爐和鼓風爐有瓦紐可夫爐和金峰豎式雙側吹熔煉爐；諾蘭達爐在我國已淘汰出局；瓦紐可夫爐由于熱穩(wěn)定性差，10萬噸的銅廠需要兩套熔煉系統(tǒng)，因而未被我國銅冶煉行業(yè)接受。現(xiàn)在國內業(yè)界認可的是頂吹艾薩爐/奧斯邁特爐、底吹的SKS爐和金峰豎式雙側吹爐。金峰豎式雙側吹爐有以下優(yōu)勢：

爐料適應性強?？商幚磴~的硫化礦，也可以在硫化礦中添加一定比例的氧化礦，產品為銅锍。在處理多金屬礦如銅金礦、含碳金精礦、包裹性金精礦、高砷金精礦等造锍捕金時，銅回收率可達98.5%，銀回收率在96%以上，但產品仍然是銅锍。當然要按照銅熔煉的要求去配料和操作。

工藝過程及設備簡單。含水8%～10%的精礦無需干燥或者制粒，直接加入熔煉爐。同閃速爐相比，設備投資少。

作業(yè)率高。上升煙道不易黏結，余熱鍋爐不爆管，不漏冷風，氧槍一年不維修、不更換，作業(yè)率大于99%。自2008年投運以來，銅冶金熔池熔煉爐較為常見的泡沫渣、余熱鍋爐爆管、單體硫問題等故障從未出現(xiàn)過，這歸功于金峰爐先進的設計理念和科學的操作制度兩方面的有力保障。

爐子壽命長，大修周期為十年，每一年檢查修補一次，消耗耐火材料30～80噸。爐子高溫部位依靠掛渣保護，無需消耗高檔耐火材料。

能耗低。熔煉富氧濃度高達70%～85%。風口自凈，煙氣量小。配煤率可控制在1.5%～2.2%。余熱鍋爐運行穩(wěn)定，余熱利用率高，每噸粗銅可產4.0兆帕飽和蒸汽2.2～2.4 噸。

工人操作條件好。加料口高負壓，無結渣現(xiàn)象。無打風口作業(yè)，放渣、放冰銅連續(xù)，處理放出口和溜槽的次數少，勞動強度低。采用固定式爐型，無運動部件，工作安全可靠。爐周圍無高溫輻射和溢散煙氣，作業(yè)環(huán)境和環(huán)保效果好。

直收率高。煙塵率僅1%～1.8%，熔煉爐出渣含銅低，銅熔煉直收率高達95.5%～97.5%，是各種熔煉方法中最高的。

熔煉效率高。床面積25.5平方米、氧濃度70%時，每小時處理精礦量達到86～90噸精礦（濕量）。通過提高氧氣濃度到80%～85%，增加開風眼數量，還可進一步提高熔煉強度。

金峰爐渣型選擇進展

2008年5月1日投產的金峰豎式雙側吹熔煉采用渣型為鐵/二氧化硅1.1～1.3運行，熔煉渣采用電爐貧化，吹煉渣采用緩冷浮選工藝，綜合棄渣含銅0.4%～0.42%，熔煉渣含銅0.5%以下，吹煉渣尾渣含銅0.26%。

隨著生產發(fā)展和實踐深入，我們對金峰爐的渣型適應性進行了研究和試驗。通過實踐驗證，熔煉爐渣型選擇有了很大的擴展。以下三種渣型，金峰爐都能穩(wěn)定運行。

采用類鼓風爐渣型，鐵/二氧化硅小于等于0.9、氧化鈣5%～8%適用于小型冶煉廠。爐渣采用特殊電爐貧化后，棄渣含銅0.28%～0.35%。

采用鐵/二氧化硅為1.1～1.3渣型，適用于10萬噸/年左右的銅冶煉廠。熔煉爐渣采用特殊電爐貧化，吹煉爐渣緩冷選礦。綜合棄渣含銅0.40%～0.42%。

采用鐵/二氧化硅為1.5～2.0渣型，適用于10萬～20萬噸/年的銅冶煉廠。熔煉渣出爐含銅0.7%～1.0%，熔煉渣與吹煉渣緩冷后共同選礦。綜合棄渣含銅在0.3%以下。

2013年9月，金峰公司采用鐵/二氧化硅為1.5～2.0進行生產試驗，結果如下：熔煉爐面積25.5平方米，在70%氧濃度時，每小時處理礦量86～90噸，產出冰銅品位55%～58%，渣含銅0.7%～1.0%，渣中四氧化三鐵含量6%～7%，煙塵率1.8%左右，熔煉直收率95.5%～96.5%，出余熱鍋爐煙氣中的二氧化硫濃度25%，平均配煤率2.2%(占精礦量比例)，余熱鍋爐每小時產4.0兆帕蒸汽36噸（鍋爐設計能力33噸/時），爐況穩(wěn)定順行。作業(yè)率亦然保持在99%。為了進一步提高效益，11月后即閑置了貧化電爐，增設了熔煉渣緩冷設施并擴建渣選礦廠，金峰爐開始按渣型鐵/二氧化硅1.5～2.0組織生產。

金峰爐與其他工藝的對比

目前，國內新建和改建銅冶煉企業(yè)規(guī)模在20萬噸以下時多采用熔池熔煉工藝。其中，對頂吹、底吹和金峰豎式雙側吹熔煉工藝關注較多，本文依據銅冶煉廠生產實際數據，以年處理64萬噸品位21%的銅精礦（即年產13萬噸銅左右）規(guī)模為例，對三種熔煉工藝參數及經濟技術指標比較如下（見表1）。

表1 年處理64萬噸銅精礦諸種熔池熔煉工藝參數及指標比較

1.熔煉總回收率比較

金峰豎式雙側吹爐與底吹爐，最終棄渣含銅都在0.3%以下，每噸銅棄渣3噸左右因而終渣中含銅不足1%，故熔煉總回收率98.5%以上。奧斯邁特爐工藝現(xiàn)都采用電爐貧化渣含銅0.7%，因而熔煉總回收率應在97%左右。

2.熔劑消耗量比較

金峰豎式雙側吹爐與底吹爐因采用相同的渣型鐵/二氧化硅1.5～2.0。故熔劑消耗量基本一致，奧斯邁特爐要高些。

3.水耗比較

金峰豎式雙側吹熔煉爐每天消耗水量300立方米（蒸發(fā)量加排污耗水），全年消耗9.9萬噸。新設計的奧斯邁特爐采用銅水套冷卻，銅水套重量比金峰豎式雙側吹還多，故冷卻水量不會比金峰豎式雙側吹爐少。氧氣底吹熔煉爐爐體無水套，不消耗冷卻水。

軟化水處理成本按3.0元/噸計算，則金峰爐比底吹爐多消耗冷卻水費用9.9×3.0= 29.7萬元/年。

4.煤耗比較

底吹熔煉爐煤耗一般控制在精礦量的1%；

金峰豎式雙側吹爐煤耗占精礦量的1.5%～2.2%；

奧斯邁特爐煤耗占精礦量的4%～6%。

年處理64萬噸精礦，金峰豎式雙側吹爐比底吹全年多耗煤以1.2%計，全年多耗煤約7680噸。煤價按照600元/噸計算為460.8萬元。

奧斯邁特爐耗煤更高些。

5.耗氧比較

金峰爐比底吹爐多消耗煤7680噸，因此雙側吹熔煉比氧氣底吹熔煉因燃煤多耗氧量7680立方千米/年，氧氣按照0.35元/立方米計算（某煉銅廠外購氧氣價格）。金峰爐比底吹爐多消耗氧氣的費用為268.8萬元/年。

6.余熱鍋爐產蒸汽量的比較

金峰爐與余熱鍋爐連接處不允許吸冷風，進入鍋爐煙氣溫度1200℃～1250℃，每小時產4.0兆帕蒸汽38～40噸。底吹爐進入鍋爐時吸入大量冷風，入鍋爐溫度850℃～900℃，產4.0兆帕飽和蒸汽量比金峰爐低約12～14噸/時，今按12噸/時計，金峰爐全年多產9.50萬噸蒸汽。按照生產1千克蒸汽消耗0.1286千克標煤（GB2589-2008《綜合能耗計算通則》附錄A）折算，則有相當于1.22萬噸標煤。

倘若從經濟上計算：蒸汽價格按照110元/噸計算，9.5萬噸蒸汽共計1045萬元。

某廠奧斯邁特爐實際生產中處理礦量90噸/時，余熱鍋爐產蒸汽量25噸/時。顯然比金峰爐余熱鍋爐熱效率也低。

7.電耗比較

金峰爐氧壓機出口風壓僅0.15兆帕，底吹爐氧壓機出口風壓0.8兆帕，因此，金峰爐配置的氧壓機的電機功率小于底吹爐，金峰爐電耗也就少于底吹爐。工廠實踐表明，金峰爐每噸銅總電耗850～880千瓦時(從精礦到陽極銅，含循環(huán)水制氧、風機、照明、渣選礦等全部用電，底吹爐這個數字比金峰爐多出250～300千瓦時。

如果按照底吹爐比金峰爐每噸銅總電耗多出250千瓦時，電價按0.61元/千瓦時計算，則底吹爐比金峰爐多消耗電費250×0.61×13=1982.5萬元。

8.渣處理費用比較

金峰爐直收率96%～96.5%，返料率5%（包括渣精礦、熔煉爐余熱鍋爐煙塵、吹煉爐余熱鍋爐煙塵）。金峰爐合計年入選渣量（熔煉渣28.84萬噸+吹煉渣8.33萬噸）37.17萬噸。

有資料表明，某底吹煉銅廠的返料率為17%，返算則底吹爐熔煉直收率在86%左右，同金峰爐95.5%～97.5%的直收率相比，底吹爐入選渣量比金峰爐多出8%～10%。如果按照8%計算，則底吹爐渣量比金峰爐多出28.84×8%=2.3萬噸/年，渣緩冷加選礦費用為95～105元/噸，則底吹爐的爐渣處理成本比金峰爐高2.3×95=218.5萬元。

9.經濟效益比較

上述幾項合計：1045+1982.5+218.5-29.7-268.8-460.8=2486.7萬元。

可以看出，金峰爐比底吹爐在上述六項中生產成本費用節(jié)省2486.7萬元/年。按粗銅13萬噸/年計算，每噸粗銅金峰爐工藝比底吹工藝增收191.28元/噸粗銅。

流動資金方面：底吹爐工藝過程在線銅占用量大于金峰爐工藝過程在線銅占用量，因此流動資金占用量較多。金峰豎式雙側吹比頂吹奧斯邁特經濟效益優(yōu)勢更多。

10.投資和環(huán)保

投資方面：底吹爐需要驅動系統(tǒng)，金峰爐有200噸左右的銅水套，金峰爐和底吹爐的爐渣都選擇全選礦處理，投資大體相當。

金峰爐作業(yè)率大于等于99%，鍋爐出口二氧化硫濃度20%～30%；底吹爐作業(yè)率95%左右，二氧化硫濃度9%～15%，這將造成一個影響是：金峰爐的后序硫酸設備容量比底吹爐要低。因此，金峰爐配套的硫酸系統(tǒng)的投資比底吹爐要低，金峰爐配套的硫酸系統(tǒng)的電耗也比底吹爐要低。

環(huán)保方面：金峰爐熔煉爐所產煙氣與PS轉爐煙氣混合后二氧化硫風機出口二氧化硫濃度可控制到15%以上，采用預轉化制酸，每噸銅從硫酸尾氣排放量為8000立方米(國家標準15000立方米)。尾氣不需要再處理，二氧化硫含量可控制在200毫克/立方米（國家標準400毫克/立方米），據調查這一指標是現(xiàn)有各種工藝方法冶煉廠中最好的。

金峰爐的擴能

目前，金峰爐的研究團隊正在設計年產粗銅20萬噸的金峰豎式雙側吹爐，相信不久就會有處理精礦量100萬～120萬噸/年的金峰爐投產。

結束語

頂吹熔煉與金峰豎式雙側吹爐比較，頂吹熔煉投資大，經濟技術指標較差，能耗較高，在各種熔池熔煉工藝方法競賽中顯然已處于劣勢。

金峰豎式雙側吹熔煉作為我國冶金工作者自主研發(fā)的煉銅技術，具有投資省、能耗低、環(huán)保好等優(yōu)點；與氧氣底吹技術相比，二者不同特色，各擅勝場。諸多冶金同行認為這兩個工藝的技術經濟和環(huán)保指標均超越了從國外引進的熔池熔煉工藝，在國家對環(huán)保和節(jié)能要求越來越嚴的今天，應用前景會更加廣闊。