探討底吹爐爐周期中 m（Fe）/m（SiO2）的控制

陸宏亮

（北方銅業(yè)垣曲冶煉廠， 山西 垣曲 043700）

北方銅業(yè)垣曲冶煉廠采用的底吹爐是1臺可旋轉(zhuǎn)的臥式圓筒形爐子，直徑4.8 m，長度20 m，采用厚度為70 mm的Q345R鋼板焊接而成。富氧底吹熔煉屬于熔池熔煉，熔池熔煉的優(yōu)點是過程簡單、操作方便、生產(chǎn)效率高、爐料不必深度干燥和磨細(xì)、煙塵率低、燃料消耗少、對燃料的種類和質(zhì)量無嚴(yán)格要求。用富氧空氣熔煉，煙氣SiO2高，硫酸生產(chǎn)條件好，有利于環(huán)境保護?，F(xiàn)在富氧底吹爐（以下簡稱底吹爐）是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，在國內(nèi)外使用越來越多，開拓了熔池熔煉的新篇章[1]。

1 FeO-SiO2 二元系渣中 m（Fe）/m（SiO2）

底吹爐熔煉生產(chǎn)是一個FeO-SiO2二元系化學(xué)反應(yīng)體系，嚴(yán)格的說，F(xiàn)eO-SiO2不是一個真正的二元系。正如已經(jīng)知道的，F(xiàn)eO是一個被稱為浮士體的鐵氧化合物，它不像Fe2O3和Fe3O4那樣是化學(xué)計量化合物，而是非化學(xué)計量化合物，它的含氧量是隨溫度和氧分壓而變動的。浮士體實際上是溶解了Fe3O4的固溶體。由浮士體和二氧化硅組成的二元系中，液相下的Fe2O3的含量是隨SiO2的含量而變化的。

表1 FeO-SiO2體系中化合物與共晶物的熔點

圖1 FeO-SiO2二元系在不同溫度下的情況

通過表1、圖1可以看出在FeO—SiO2二元系渣型中，鐵橄欖石附近，熔化溫度最低，單就這一性質(zhì)而言，是能較好地滿足爐渣的要求。按照成分計算，鐵橄欖石中：ω（Fe）=54.83，ω（SiO2）=29.5，m（Fe）/m（SiO2）=54.83÷29.5=1.86。

理論上認(rèn)為渣中的FeO全部轉(zhuǎn)換成鐵橄欖石，溶劑石英完全利用。

實際生產(chǎn)中，m（Fe）/m（SiO2）控制是以熔煉渣中作為控制變量，石英溶劑輸出比率作為操作變量并以配料計算作前饋控制，熔煉渣的成分檢查作反饋控制來實現(xiàn)的，最終調(diào)節(jié)到生產(chǎn)所需要的數(shù)值，并以化驗結(jié)果為最終依據(jù)。例如：生產(chǎn)中某渣樣X-熒光分析報告 w（Fe）為 42.41%,w（SiO2）為 24.80%，m（Fe）/m（SiO2）=1.71，這時認(rèn)為現(xiàn)在控制的 m（Fe）/m（SiO2）為1.71。

2 爐周期中 m（Fe）/m（SiO2）的控制

底吹爐爐周期定義為從造熔池到投入生產(chǎn)一直到熔池里液體全部放空，一般為12個月，大約分為前期、中期、尾期三個階段。

1）爐周期的前期。爐周期的前期，為了給耐火磚提供保護，希望Fe3O4以單獨相析出，這個期間爐渣要以浮士體 + 鐵橄欖石出現(xiàn)，m（Fe）/m（SiO2）控制要高于1.86，這樣有部分的Fe3O4以單獨相析出，掛在耐火磚表面，形成高鐵渣爐結(jié)。爐結(jié)過厚會減小爐膛有效空間，對底吹爐正常生產(chǎn)帶來諸多影響，爐結(jié)厚度達到合適即可。實際生產(chǎn)中高品位冰銅占70%～75%，m（Fe）/m（SiO2）控制在 2.0～2.3 實際測得，生產(chǎn)10天爐結(jié)70mm，20天爐結(jié)90mm，30天爐結(jié)100mm，滿足保護耐火磚的要求，同時對底吹爐正常生產(chǎn)不造成多大影響[2]。

2）爐周期的中期。這個時期是底吹爐正常生產(chǎn)，爐渣成分是鐵橄欖石，理論 m（Fe）/m（SiO2）控制在1.86左右，爐渣溫度低，排渣帶走爐內(nèi)熱量最少，減少高溫對耐火磚的侵蝕，不再產(chǎn)生高鐵渣爐結(jié)，保證爐膛內(nèi)的有效空間，石英溶劑合理經(jīng)濟使用。由于實際生產(chǎn)受很多因素影響，例如產(chǎn)渣量的大小，渣含銅的高低，等等，所以 m（Fe）/m（SiO2）控制范圍較大，控制在1.6～2.0能滿足正常生產(chǎn)，底吹爐穩(wěn)定運行。

3）爐周期的尾期。到了爐周期的尾期，為停爐檢修做準(zhǔn)備，需要對爐體內(nèi)的爐結(jié)進行清洗，將爐襯表層粘結(jié)的高鐵渣逐漸熔化掉，溶劑石英必須達到過飽和加入，這個時期 m（Fe）/m（SiO2）控制在 1.4～1.6 在高溫下可以將爐體內(nèi)爐結(jié)清洗，由于底吹爐熔煉溫度不宜過高，時間比P-S轉(zhuǎn)爐洗爐時間長，這個時期要持續(xù)兩周才能達到效果。

通過以上分析，F(xiàn)eO-SiO2二元系渣型中，單對底吹爐渣的特性總結(jié)見表2。

表2 底吹爐爐周期各時期m（Fe）/m（SiO2）

3 結(jié)語

由于底吹爐爐周期時間長，冶煉產(chǎn)物不止?fàn)t渣，出現(xiàn)各種冶煉問題，在實際中 m（Fe）/m（SiO2）的控制不一定在表2的范圍里，實際生產(chǎn)中按照表2各時間段控制 m（Fe）/m（SiO2）較符合底吹爐爐周期的使用，能發(fā)揮底吹爐在一個爐周期較好的經(jīng)濟效益，滿足工廠實際要求。

[1]朱祖澤，馬克.銅冶金學(xué)[M].昆明：云南科技出版社，1995.

[2]彭容秋.銅冶金[M].長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，2004.