提高陽(yáng)極爐工序銅直收率的生產(chǎn)實(shí)踐

李昱民

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

江銅集團(tuán)貴溪冶煉廠（簡(jiǎn)稱(chēng)貴冶）熔煉一系統(tǒng)日均生產(chǎn)陽(yáng)極銅1300t。工藝流程采用閃速熔煉—PS轉(zhuǎn)爐吹煉—回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐精煉。陽(yáng)極爐工序則分為回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐精煉和圓盤(pán)澆鑄機(jī)兩部分，主要工藝流程見(jiàn)圖1。

轉(zhuǎn)爐產(chǎn)出的高溫液態(tài)粗銅含銅98.5%以上，由行車(chē)加入陽(yáng)極爐后經(jīng)過(guò)氧化還原精煉為含銅99.2%以上的陽(yáng)極銅，再由溜槽導(dǎo)流至圓盤(pán)澆鑄機(jī)，進(jìn)行陽(yáng)極板澆鑄作業(yè)，合格的陽(yáng)極板作為工序的主產(chǎn)品交付電解車(chē)間進(jìn)行電解精煉。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，分析了精煉澆鑄過(guò)程中影響銅直收率的主要因素；通過(guò)制定相關(guān)措施、精細(xì)管理，使陽(yáng)極爐工序銅直收率得到提高。

2 直收率影響因素分析

經(jīng)生產(chǎn)分析得出：影響陽(yáng)極爐工序銅直收率高低的關(guān)鍵工藝為：陽(yáng)極爐精煉過(guò)程和圓盤(pán)澆鑄過(guò)程。在整個(gè)工藝過(guò)程中，投入的物料為轉(zhuǎn)爐來(lái)粗銅，產(chǎn)出主要中間物料為：精煉渣、廢陽(yáng)極板、廢銅模、廢銅。

要提高銅直收率須降低精煉渣、廢陽(yáng)極板、廢銅模、廢銅的含銅量入手。即控制銅在精煉渣、廢銅、廢陽(yáng)極板、廢銅模中的損失。

陽(yáng)極爐工序部分中間物料的銅損失率技術(shù)指標(biāo)匯總于表1

圖1 工藝流程

表1 精煉澆鑄過(guò)程中各產(chǎn)物的銅損失率匯總

以上可以看出，陽(yáng)極爐銅直收率的主要影響要素為：

（1）在氧化結(jié)束后排渣過(guò)程中，銅在精煉渣中的損失。

（2）液態(tài)陽(yáng)極銅由陽(yáng)極爐導(dǎo)流至圓盤(pán)澆鑄機(jī)的過(guò)程中，銅水飛濺損失，澆鑄包粘結(jié)和活動(dòng)溜槽內(nèi)剩的廢銅。

（3）圓盤(pán)澆鑄過(guò)程中廢陽(yáng)極板的產(chǎn)出。

（4）澆鑄銅模消耗的陽(yáng)極銅。

因此要提高陽(yáng)極爐銅直收率須從以下四個(gè)方面進(jìn)行。

（1）減少精煉渣內(nèi)含銅量。

（2）減少圓盤(pán)澆鑄過(guò)程中液態(tài)銅水流失產(chǎn)生的廢銅。

（3）減少?gòu)U陽(yáng)極板的產(chǎn)出。

（4）減少澆鑄銅模的消耗。

3 制定提高銅直收率的相關(guān)措施

3.1 減少排渣時(shí)精煉渣的含銅量

在精煉排渣過(guò)程中，銅金屬以氧化亞銅的形式隨精煉渣一同排出，同時(shí)還夾帶少量的單質(zhì)銅，精煉渣再次加入轉(zhuǎn)爐造成銅的流失；直接降低了銅直收率。

3.1.1 精煉渣含銅高的原因

粗銅氧化精煉的基本原理［1］在于銅液中存在的大多數(shù)雜質(zhì)對(duì)氧的親和力都大于銅對(duì)氧的親和力，且多數(shù)雜質(zhì)的氧化物在銅液中的溶解度很小，當(dāng)空氣或壓縮空氣中的氧通入銅液中便優(yōu)先將雜質(zhì)氧化除去。但是熔體中，銅占絕大數(shù)，而雜質(zhì)占極少數(shù)，故其氧化機(jī)理可認(rèn)為銅首先發(fā)生氧化作用。反應(yīng)方程式如下。

所生成的Cu2O立即溶解于熔融銅液中，其溶解度隨溫度升高而增加，其關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 氧化亞銅在銅液中的溶解度

雜質(zhì)氧化是放熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，則殘留雜質(zhì)濃度增大。同時(shí)，溫度過(guò)高，溶體中飽和Cu2O亦多，造成渣含銅高。

3.1.2 減少精煉渣含銅的措施

針對(duì)以上原因制定措施。

（1）精準(zhǔn)判斷氧化終點(diǎn)樣，及時(shí)排渣。

（2）氧化精煉過(guò)程的溫度不宜過(guò)高，一般在1130～1150℃；減少渣含銅量。

（3）排渣時(shí)如爐口結(jié)銅不平，單質(zhì)銅會(huì)隨氧化渣流失，所以放渣前爐口必須清理干凈。 制定措施后精煉渣部分技術(shù)指標(biāo)列于表3。

表3 精煉渣部分技術(shù)指標(biāo)匯總表

3.2 減少圓盤(pán)澆鑄過(guò)程中銅水流失產(chǎn)生的廢銅

3.2.1 圓盤(pán)澆鑄過(guò)程中廢銅形成的方式

（1）澆鑄生產(chǎn)過(guò)程中，銅液通過(guò)爐體出銅口到活動(dòng)溜槽、固定溜槽、中間包再通過(guò)澆鑄包澆鑄成合格的陽(yáng)極板，銅水飛濺以及澆鑄包粘結(jié)而造成的廢銅。

（2）澆鑄結(jié)束后：活動(dòng)溜槽、固定溜槽、中間包、澆鑄包內(nèi)剩余的廢銅

（3）行車(chē)加粗銅灑落、氧化渣帶銅等等。

3.2.2 改進(jìn)澆鑄包、活動(dòng)溜槽的制作減少?gòu)U銅損失

（1）改進(jìn)澆鑄包的制作［2］，減少澆鑄包嘴子結(jié)廢銅。圓盤(pán)澆鑄期間，澆鑄包嘴子易結(jié)銅，粘結(jié)到一定量時(shí)需人工及時(shí)清理，如廢銅落入模內(nèi)會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極板偏重，嘴子下部粘結(jié)過(guò)大頂?shù)侥Ｃ嬗绊戨娮映佑?jì)量。廢銅作為中間物料回爐，直接影響了銅直收率。

在銅液含氧量達(dá)標(biāo)的情況下，澆鑄包易結(jié)銅的主要原因?yàn)椋簼茶T包嘴子磚澆鑄結(jié)束返回時(shí)，澆鑄包嘴子制作水平度太平（側(cè)面圖如圖2）；銅液在嘴子磚處停留，易形成粘結(jié)。通過(guò)加大嘴子磚的斜度（側(cè)面圖如圖3）；讓澆鑄包返回時(shí)銅水在澆鑄返回時(shí)不容易沉積；熔體倒出時(shí)離銅模面的也落差變小；這樣澆鑄包嘴子不容易粘結(jié)，減少了廢銅的產(chǎn)出。

改進(jìn)前：每爐次清理澆鑄包嘴子次數(shù)在16次以上，改進(jìn)后：清理澆鑄包嘴子數(shù)在8次以?xún)?nèi)，每月按120爐次數(shù)，少清理澆鑄包嘴子8次算，每個(gè)澆鑄包嘴子清下的廢銅約3kg，月減少?gòu)U銅產(chǎn)出量：120*8*3*2=5760kg=5.76t

（2）改進(jìn)活動(dòng)溜槽制作、減少活動(dòng)溜槽內(nèi)剩的廢銅。現(xiàn)用活動(dòng)溜槽，澆鑄結(jié)束后每爐次會(huì)剩余約5t大塊廢銅在活動(dòng)溜槽內(nèi)，直接響銅直收率。

主要原因?yàn)椋夯顒?dòng)溜槽嘴子制作太高，澆鑄結(jié)束后，活動(dòng)溜槽內(nèi)的銅水不能完全流出，剩銅多。通過(guò)改進(jìn)活動(dòng)溜槽的制作，把活動(dòng)活動(dòng)溜槽嘴子做淺，澆鑄結(jié)束后，使活動(dòng)溜槽內(nèi)的銅水盡可能的流干凈，減少活動(dòng)溜槽內(nèi)剩的廢銅?；顒?dòng)溜槽嘴子改進(jìn)后：活動(dòng)溜槽內(nèi)剩銅約3t/爐。

改進(jìn)后，澆鑄包結(jié)廢銅量及活動(dòng)溜槽內(nèi)剩的廢銅量部分技術(shù)指標(biāo)列于表4。

其它如澆鑄時(shí)中間包、澆鑄包的飛濺以及行車(chē)加粗銅灑落不可避免也沒(méi)法考量。

表4 澆鑄包、溜槽改進(jìn)后，部分技術(shù)指標(biāo)匯總表

3.3 減少?gòu)U陽(yáng)極板的產(chǎn)出

3.3.1 圓盤(pán)澆鑄［3］過(guò)程中廢陽(yáng)極板產(chǎn)生的原因

（1）陽(yáng)極爐精煉過(guò)程中：終點(diǎn)樣判斷失誤，銅液含氧高，澆鑄陽(yáng)極銅時(shí)流動(dòng)性差，陽(yáng)極板耳部缺陷，造成物理規(guī)格不合格的陽(yáng)極板。

（2）圓盤(pán)澆鑄過(guò)程中：生產(chǎn)出物理規(guī)格不好的陽(yáng)極板，產(chǎn)生的廢陽(yáng)極板。

（3）固定溜槽結(jié)銅的影響：固定溜槽內(nèi)結(jié)銅多，爐子傾轉(zhuǎn)開(kāi)始澆鑄時(shí)，銅液在固定溜槽內(nèi)要熔化結(jié)銅，造成（中間包、澆鑄包）內(nèi)銅液溫低，澆鑄出物理規(guī)格不好的陽(yáng)極板。

結(jié)合貴溪冶煉廠陽(yáng)極爐一系列生產(chǎn)實(shí)踐確定：采用終點(diǎn)測(cè)氧儀，精準(zhǔn)判斷銅終點(diǎn)液含氧量；通過(guò)制定措施、精細(xì)管理，減少圓盤(pán)澆鑄期間廢陽(yáng)極板的產(chǎn)出，達(dá)到提高銅直收率的目標(biāo)。

3.3.2 利用終點(diǎn)測(cè)氧儀,精準(zhǔn)判斷銅液含氧量

通過(guò)生產(chǎn)的實(shí)踐摸索，在保證陽(yáng)極銅澆鑄溫度1180～1190℃的情況下，還原終點(diǎn)含O量控制在0.20%以下，可以保證銅液的流動(dòng)性，陽(yáng)極板物理規(guī)格可以得到基本保證；采用終點(diǎn)測(cè)氧儀后，可以精準(zhǔn)判斷銅液含氧量。很大程度上避免了人為誤判情況的發(fā)生，對(duì)提高銅直收率達(dá)到了很好的效果。

3.3.3 減少圓盤(pán)澆鑄期間廢陽(yáng)極板的產(chǎn)出

（1）圓盤(pán)澆鑄期間廢陽(yáng)極板產(chǎn)生的原因。

①銅模溫度的影響：回轉(zhuǎn)式精煉陽(yáng)極爐生產(chǎn)過(guò)程屬間歇性生產(chǎn)過(guò)程，生產(chǎn)間歇時(shí)間越長(zhǎng)，銅模溫度就越低。而附著在銅模上的脫模劑和水汽不容易蒸發(fā)，生產(chǎn)出來(lái)的陽(yáng)極板飛邊毛刺較多，底后部飛邊較普遍。影響到陽(yáng)極板的物理規(guī)格，直接影響銅直收率。澆鑄間歇時(shí)間與銅模溫度關(guān)系見(jiàn)表5。

表5 澆鑄間歇時(shí)間與銅模溫度關(guān)系對(duì)照?qǐng)D

由表可見(jiàn)間歇時(shí)間越長(zhǎng)，銅模溫度越低。銅模在6個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)已經(jīng)完全散熱冷卻，水蒸汽不能蒸發(fā)。冬季氣溫低的情況下，降溫更快廢陽(yáng)極板更多。

②銅模冷卻水噴淋不夠均勻，銅模變形嚴(yán)重導(dǎo)致陽(yáng)極板整體物理規(guī)格差。

③設(shè)備故障［4］需要單包澆鑄時(shí)：對(duì)銅水溫度、流動(dòng)性要求較高，單包澆鑄出現(xiàn)流動(dòng)性較差及銅水溫度較低時(shí)，澆鑄整體物理規(guī)格較差的陽(yáng)極板產(chǎn)生的廢陽(yáng)極板。

（2）針對(duì)自身工藝條件制定相應(yīng)的措施。

江西銅業(yè)貴溪冶煉廠陽(yáng)極爐擁有：兩套系統(tǒng)4臺(tái)350t回轉(zhuǎn)式精煉爐（一套系統(tǒng)各兩臺(tái)陽(yáng)極爐，一用一備）；兩套澆鑄系統(tǒng)（一套單圓盤(pán)28模澆鑄系統(tǒng)、一套雙16模澆鑄系統(tǒng)）。針對(duì)自身情況制定了相應(yīng)的措施。

澆鑄前期整改措施。

①對(duì)噴淋水進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)底部水噴頭進(jìn)行固定，增加噴淋頭以達(dá)到均衡冷卻效果；并在噴淋水總管安裝過(guò)濾器，防止噴淋水雜物堵塞噴頭。

②對(duì)開(kāi)裂的銅模進(jìn)行捶打，開(kāi)裂嚴(yán)重的銅模及時(shí)更換。

③銅模自然冷卻超過(guò)4個(gè)小時(shí)的提前烘烤（去除水蒸汽）。

④澆鑄前期，對(duì)圓盤(pán)澆鑄機(jī)多點(diǎn)檢試車(chē)；避免澆鑄期間發(fā)生設(shè)備故障。

澆鑄期間整改措施。

①?lài)?yán)格噴涂配比。

②對(duì)銅模底部進(jìn)行抹粉作業(yè)。

③澆鑄開(kāi)始上部水開(kāi)啟量必須達(dá)到兩個(gè)要求：一方面上部水不能過(guò)大（水不能流入銅模尾部邊框），另一方面保證陽(yáng)極板在廢陽(yáng)極處不會(huì)被預(yù)頂起頂穿。

④廢陽(yáng)極崗位人員必須對(duì)表面有渣及小包進(jìn)行處理，以達(dá)到合格陽(yáng)極板的目的要求。

⑤澆鑄正常情況下，銅模溫度控制在140～180℃之間，銅模溫度要保持均衡；并控制好澆鑄速度。

澆鑄結(jié)束后

對(duì)陽(yáng)極銅成品(合格陽(yáng)極板)進(jìn)行修正

制定措施后廢陽(yáng)極板量部分技術(shù)指標(biāo)列于表6。

表6 制定措施后，廢陽(yáng)極板部分技術(shù)指標(biāo)匯總表

3.3.4 加強(qiáng)固定溜槽管控

固定溜槽內(nèi)剩銅多，不但直接影響到銅直收率，也對(duì)下次澆鑄的質(zhì)量好壞產(chǎn)生影響；如果后期固定溜槽結(jié)銅多產(chǎn)生的廢陽(yáng)極板也會(huì)相應(yīng)增多。所以必須加強(qiáng)固定溜槽的管控措施：（1）每爐銅快澆鑄結(jié)束時(shí)，利用陽(yáng)極爐爐內(nèi)的銅水溫度及時(shí)化掉固定溜槽內(nèi)結(jié)銅，減少下次澆鑄時(shí)固定溜槽內(nèi)熔化結(jié)銅量。（2）縮短固定溜槽的使用時(shí)間，結(jié)銅多時(shí)及時(shí)清做。

3.4 減少澆鑄銅模的消耗

陽(yáng)極爐澆鑄使用的模具為自產(chǎn)銅模［5］；所以銅模使用壽命直接影響到銅直收率。

銅模壽命主要取決與銅模的澆鑄質(zhì)量；冷卻系統(tǒng)的好壞以及噴涂的效果。為了提高銅模的壽命，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐情況制定以下措施：

（1）規(guī)范銅模澆鑄，提高澆鑄銅模的質(zhì)量。

（2）加強(qiáng)冷卻水系統(tǒng)及噴涂系統(tǒng)的日常維護(hù)。制定措施后部分銅模壽命技術(shù)指標(biāo)列于表7。

表7 制定措施后銅模壽命及使用銅模塊數(shù)

通過(guò)表7可以得出制定措施后銅模消耗部分技術(shù)指標(biāo)列于表8。

表8 制定措施后銅模消耗部分技術(shù)指標(biāo)匯總表

表9 制動(dòng)措施前后銅損失率對(duì)比表

4 制定措施前后銅損失率對(duì)比

通過(guò)表1、表3、4、6、8得出制定措施前后銅損失率列于表9；銅直收率對(duì)比表列于表10。高了產(chǎn)量，降低的生產(chǎn)指標(biāo)單耗［6］，同時(shí)為加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，解決了環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了綠色冶煉的目標(biāo)。

表10 銅直收率對(duì)比

由表可知制定措施后銅直收率提高了1.46%，達(dá)到了預(yù)期目的

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述：陽(yáng)極工序銅直收率由以前的94.59%提高到96.05%。銅直收率的提高，不僅給工廠提

［1］貴溪冶煉廠.貴溪冶煉廠熔煉車(chē)間陽(yáng)極爐培訓(xùn)教材[E].貴溪：貴溪冶煉廠, 2008.20-24.

［2］馬楊軍.陽(yáng)極爐澆鑄用包子制作與烘烤的改進(jìn)[J].銅業(yè)工程,2015(2):16-17.96.

［3］袁海濱,陳剛,劉國(guó)輝,等.提高陽(yáng)極板澆鑄質(zhì)量的探討[J]. 有色冶金, 2015(6):30-32.

［4］張偉旗,童想勝.回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐常見(jiàn)故障診斷與處理的探討[J].中國(guó)有色冶金, 2011(6):45-48.

［5］李科,杜春云,劉國(guó)輝.采用銅模澆鑄陽(yáng)極板的實(shí)踐摸索[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究, 2017, 38(S2):15-16.

［6］蔣昌波。貴冶陽(yáng)極爐重油單耗生產(chǎn)實(shí)踐[J].銅業(yè)工程, 2016(2):61-63, 66.