關(guān)于富氧底吹爐冰銅品位的探討

鄧川南

（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（以下簡稱垣曲冶煉廠）采用富氧底吹熔池熔煉技術(shù)，從爐子底部的12只氧槍鼓入氧氣和空氣，強(qiáng)烈攪拌熔池熔體，迅速完成反應(yīng)，使?fàn)t料完成加熱、脫水、分解、熔化、氧化、造硫、造渣反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生液體冰銅和爐渣因密度不同而分層，分別從銅硫口和渣口間斷放出，冰銅通過包子運(yùn)至轉(zhuǎn)爐，產(chǎn)生的爐渣運(yùn)到熱渣緩冷場進(jìn)行緩冷，然后運(yùn)到選廠。

冰銅是底吹爐熔煉過程的重要產(chǎn)物之一。它是一種中間產(chǎn)品，是轉(zhuǎn)爐吹煉的主要原料，冰銅的化學(xué)成分和物理性質(zhì)對底吹爐熔煉和轉(zhuǎn)爐吹煉的生產(chǎn)有較大影響，冰銅品位是底吹爐控制的核心。

1 冰銅品位的選擇

國內(nèi)富氧底吹爐煉銅廠通過入爐精礦成分、主工藝要求以及經(jīng)濟(jì)效益最佳確定冰銅品位，一般冰銅品位（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）有60%和70%兩種。低品位冰銅生產(chǎn)依靠轉(zhuǎn)爐增加處理冷料量提高產(chǎn)量，高品位冰銅操作通過增加冰銅銅含量，縮短轉(zhuǎn)爐操作時(shí)間，提高轉(zhuǎn)爐爐次提高產(chǎn)量[1]。

垣曲冶煉廠火法工藝：1臺(tái)底吹爐（Φ4.8m×20m）+3臺(tái)PS轉(zhuǎn)爐（Φ3.6 m×8.8 m）+2臺(tái)回轉(zhuǎn)式陽極爐（Φ3.8 m×11.5 m）。2014年生產(chǎn)初期采用60%品位操作，每天產(chǎn)出冰銅24～26包，轉(zhuǎn)爐完全處理，全廠完成10萬t設(shè)計(jì)產(chǎn)能。2015年底吹爐提升產(chǎn)能，每天產(chǎn)出冰銅30～34包，低品位冰銅轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)間過長，轉(zhuǎn)爐處理能力不足問題暴露出來，造成底吹爐減產(chǎn)生產(chǎn)。2015年大修后垣曲冶煉廠采用高品位冰銅生產(chǎn)操作，有效縮短轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)間，全廠順利提升產(chǎn)能，但對主工藝操作帶來一些不利因素。不同冰銅品位下操作影響見表1。

表1 不同冰銅品位下的操作變化

2 影響品位的因素

2.1 物料中的 m（S）/m（Cu）

物料中的m（S）/m（Cu）是物料中硫質(zhì)量和銅質(zhì)量的比值。反應(yīng)如下：

根據(jù)底吹爐的熱平衡計(jì)算，熱收入主要來精礦的氧化反應(yīng)，當(dāng)需要的熱量一定時(shí)，隨著物料中m（S）/m（Cu）升高，保留在冰銅中的硫越多，產(chǎn)出冰銅品位越低。m（S）/m（Cu）是決定冰銅品位的關(guān)鍵。各底吹爐廠冰銅品位和m（S）/m（Cu）的關(guān)系見下頁表2。

表2 各底吹爐廠冰銅品位和m（S）/m（Cu）的關(guān)系

2.2 氧料比

氧料比是入爐總氧氣量和加料量的比值。氧料比控制在135～155之間。冰銅的化學(xué)成分為Cu2SFeS，當(dāng)氧料比提高時(shí)，冰銅主要發(fā)生2FeS+3O2=2FeO+2SO2，脫硫率提高，冰銅品位升高，進(jìn)一步放出熱量。氧料比是調(diào)節(jié)冰銅品位的手段，但調(diào)節(jié)效果有限，范圍在2%左右[2]。根據(jù)底吹爐熱平衡計(jì)算，熱收入必須保證在范圍內(nèi)，當(dāng)過度降低氧料比時(shí)，精礦反應(yīng)放熱量減少，熱收入減少，底吹爐放渣困難，易造成工藝事故，提高氧料比則反之。

2.3 氧濃

目前垣曲冶煉廠氧濃控制約為72%，氧濃的控制可以影響冰銅的品位，氧濃高，冰銅品位就高，反之就低。過高的氧濃操作，氧槍及周圍磚有燒損現(xiàn)象，影響爐壽命；過低的氧濃操作時(shí)，若壓力偏高則蘑菇頭快速生長，同樣增加阻力，都會(huì)影響正常生產(chǎn)。

2.4 煤和冷料

煤進(jìn)入富氧底吹爐內(nèi)主要發(fā)生以下兩個(gè)反應(yīng)：2Fe3O4+C=6FeO+CO2；C+O2=CO2。由于煤具有良好的還原性，還原磁性鐵，改善渣型。煤可以和氧氣反應(yīng)放出熱量，保證熱量供給，另一方面可以降低冰銅脫硫率，降低冰銅品位。在奧斯麥特爐、閃速爐工藝中，煤和精礦同時(shí)從噴槍噴出，充分接觸氧氣，釋放大量的熱，硫和鐵保留在冰銅中，煤可以較大范圍的調(diào)節(jié)冰銅品位。在富氧底吹爐工藝中，氧氣從熔池底部吹入冰銅層，底部氧勢較高，首先和冰銅發(fā)生反應(yīng)，氧氣進(jìn)入渣層后氧勢大大降低，由于煤通過和物料配比從頂端加入，煤和氧氣無法充分反應(yīng)，便從渣口排出，利用率偏低，所以通過煤調(diào)節(jié)冰銅品位的效果有限，范圍在2%左右。底吹爐入爐精礦配煤率通常不超過1%。

冷料主要是轉(zhuǎn)爐高含銅爐渣，由于高品位操作，轉(zhuǎn)爐造渣困難，過吹造成Fe3O4與Cu2O生成流動(dòng)性好的Cu2O·Fe2O3，含銅約35%，硫含量較低。冷料化學(xué)成分見表3。

表3 垣冶冷料化學(xué)成分 %

轉(zhuǎn)爐渣含銅較高，無法渣選，返底吹爐消化，垣冶每月轉(zhuǎn)爐產(chǎn)渣量約4 000 t，富氧底吹爐加入轉(zhuǎn)爐渣后，過氧化渣惡化底吹爐渣型，由于冷料基本不放熱，冰銅進(jìn)一步脫硫放熱，冰銅品位升高，影響工藝指標(biāo)。

3 冰銅品位控制措施

1）根據(jù)需要產(chǎn)出的冰銅品位，通過合理配料，保證入爐精礦m（S）/m（Cu）。保證精礦庫存量，便于快速調(diào)節(jié)。

2）氧料比、氧濃保持在合理范圍內(nèi)，操作人員根據(jù)爐況要勤調(diào)微調(diào)，對品位變化要有預(yù)見性，切記突然提高氧料比，造成品位升高。

3）冷料和煤的加入量要根據(jù)化驗(yàn)單及時(shí)調(diào)整。

4 結(jié)語

冰銅品位是底吹爐控制的關(guān)鍵，各廠要根據(jù)物料的成分、熔煉、吹煉的工藝條件、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及最終產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量等因素來控制冰銅品位。通過合理的配料、主控人員的精心操作，冰銅品位可嚴(yán)格控制，達(dá)到工藝的穩(wěn)定。

[1]彭容秋.銅冶金[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2004.

[2]李明照，許并社.銅冶煉工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.