大型轉(zhuǎn)爐銅锍吹煉中的冷料生產(chǎn)控制

李林山

（銅陵有色金屬集團(tuán)控股有限公司，安徽 銅陵 244100）

1 引言

轉(zhuǎn)爐作為現(xiàn)階段較主流的銅锍吹煉工藝用爐，相對(duì)于其他爐型而言，最突出的特點(diǎn)是冷料處理能力大。銅陵有色金冠銅業(yè)分公司共有3臺(tái)Ф4.49×13m大型轉(zhuǎn)爐，采用2H1B模式進(jìn)行作業(yè)，兩開一備。每臺(tái)轉(zhuǎn)爐配備有熔劑加料系統(tǒng)、殘極加料系統(tǒng)、環(huán)保集煙系統(tǒng)、收塵系統(tǒng)、捅風(fēng)眼機(jī)和爐口清理機(jī)等機(jī)械化設(shè)備。

朱祖澤［1］就轉(zhuǎn)爐的爐體結(jié)構(gòu)、吹煉實(shí)踐、吹煉過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及富氧吹煉做過詳細(xì)的闡述。轉(zhuǎn)爐冷料的重要性在程永紅［2］的生產(chǎn)實(shí)踐探索中有所體現(xiàn)。朱勇強(qiáng)［3］和李嘉桂［4］談到過轉(zhuǎn)爐物料平衡的認(rèn)識(shí)。何建平［5］指出冷料率對(duì)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)和爐壽命等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的優(yōu)化具有重要意義。李新［6］提出轉(zhuǎn)爐科學(xué)的冷料配比能有效提升爐齡壽命、降低噸銅鎂磚的消耗。范進(jìn)軍［7］和金澤志［8］利用紅外成像檢測(cè)和光譜檢測(cè)技術(shù)成功追蹤了銅冶煉過程關(guān)鍵成分的分別及終點(diǎn)判斷。然而，在眾多轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實(shí)踐的探索中鮮有關(guān)于大型轉(zhuǎn)爐冷料控制的論述。前期就溫度控制對(duì)大型轉(zhuǎn)爐銅锍吹煉的影響做過簡(jiǎn)要論述［9］，本文在此基礎(chǔ)上就大型轉(zhuǎn)爐銅锍吹煉中在冷料的選擇、添加方式的選擇、添加時(shí)機(jī)及添加量再做簡(jiǎn)要概述。

2 冷料的分類及組成

轉(zhuǎn)爐處理的冷料種類繁多、選擇性大，主要分為內(nèi)部自產(chǎn)冷料和外部冷料。自產(chǎn)冷料主要有煙塵塊、床下物、錮鈹、白鈹、冰銅包殼和粗銅包殼，外部冷料可分為殘極、廢陽極板、紫雜銅、黑銅、精煉渣、溜槽銅、電積銅和大塊銅等。冷料的成分情況如表1和表2所示。

表1 自產(chǎn)冷料的部分組成成分 %

表2 外部冷料的部分組成成分 %

轉(zhuǎn)爐冷料的選擇以不影響粗銅產(chǎn)品質(zhì)量或?qū)|(zhì)量影響較小為原則。銅锍吹煉過程中與Cu電位相近的As、Sb、Bi元素含量必須控制在低水平，同時(shí)保持一定的銅品位，確保終端產(chǎn)品質(zhì)量。自產(chǎn)冷料始終處于內(nèi)部循環(huán)，其冷料成分、含雜量相對(duì)較低且可控。外部冷料中廢陽極板、黑銅和大塊銅多為外部商務(wù)采購，存在雜質(zhì)含量波動(dòng)較大的情況。根據(jù)化驗(yàn)含雜的實(shí)際情況，涉及As、Sb和Bi過高的冷料實(shí)行與內(nèi)循環(huán)的殘極、廢陽極板搭配添加使用，平衡其雜質(zhì)含量，防止局部爐次粗銅含雜質(zhì)過高，影響陽極板質(zhì)量。

3 冷料的添加方式和時(shí)機(jī)

轉(zhuǎn)爐冷料的添加方式可分為以下三種：

（1）熔劑加入系統(tǒng)，在銅锍吹煉不停風(fēng)時(shí)加入。

（2）殘極加料機(jī)系統(tǒng)添加，在銅锍吹煉不停風(fēng)時(shí)投入。

（3）爐口直投，在停風(fēng)時(shí)通過船型料斗由行車吊包從爐口投入。

轉(zhuǎn)爐冷料的添加方式主要受冷料物理規(guī)格尺寸和含水量影響。物理規(guī)格表現(xiàn)不規(guī)整的如錮鈹、包殼和白鈹經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎后，通過熔劑添加系統(tǒng)加入爐內(nèi)；殘極、廢陽極板和大塊銅長(zhǎng)、寬、高尺寸相對(duì)固定，統(tǒng)一可由殘極加料機(jī)系統(tǒng)投入爐內(nèi)；其他含銅冷料（溜槽銅、精煉渣、紫雜銅、電積銅、黑銅、床下物、煙塵塊等）因處理量較小、不易破碎、粉狀料不利于皮帶和鏈板運(yùn)輸?shù)纫蛩兀瑒t通過爐口直投方式倒入爐內(nèi)。另含水分較高的冷料（如電積銅）只能在轉(zhuǎn)爐空爐時(shí)通過爐口直投方式加入，避免放炮引發(fā)安全事故。

冷料的加入時(shí)機(jī)一般取決于冷料的銅品位。一般高銅品位（白冰銅品位在75%以上）的冷料在B期（造銅期）加入爐內(nèi)，而低銅品位（白冰銅品位在75%以下）的冷料在S期（造渣期）投入，另外水分含量大的冷料在空爐時(shí)直接投入爐內(nèi)。轉(zhuǎn)爐常見的冷料添加時(shí)機(jī)如下表3所示。

表3 多種冷料的添加時(shí)機(jī)和方式

冷料的加入方式和時(shí)機(jī)選擇，要根據(jù)具體情況而定，綜合考慮四個(gè)因素：

（1）對(duì)爐況及產(chǎn)品質(zhì)量的影響小。

（2）對(duì)轉(zhuǎn)爐的送風(fēng)作業(yè)影響小。

（3）加入時(shí)盡量減少冷料的飛散損失。

（4）容易裝入，不至于出現(xiàn)堵塞等故障。

4 冷料的添加量

冷料的添加量取決于爐內(nèi)熔體溫度的高低，即熱量的多少。銅锍吹煉自身反應(yīng)放出大量熱量，爐內(nèi)冷料量添加過少，會(huì)致使?fàn)t內(nèi)溫度迅速升高，溫度過高導(dǎo)致爐襯加速消耗，減少轉(zhuǎn)爐爐齡，同時(shí)爐內(nèi)反應(yīng)加劇，熔體噴濺嚴(yán)重，不利于工藝操作和提高冷料率。爐內(nèi)冷料添加過多，則會(huì)致使?fàn)t內(nèi)溫度過低，熱量不足又難以維持自熱反應(yīng)，延長(zhǎng)吹煉周期，同時(shí)可能改變?cè)?，影響正常吹煉甚至?dǎo)致噴爐和放渣困難等異常情況。

在不影響轉(zhuǎn)爐正常吹煉的情況下，應(yīng)盡可能處理更多的冷料，盡最大可能利用富余熱量提高轉(zhuǎn)爐單產(chǎn)，同時(shí)保持爐內(nèi)溫度均衡，防止溫度驟升驟降，保護(hù)爐襯，提升轉(zhuǎn)爐爐齡。轉(zhuǎn)爐銅锍吹煉過程中冷料的控制可由經(jīng)驗(yàn)公式［10］計(jì)算：

式中：ts1、ts2、tB分別為常氧吹煉時(shí)S1、S2和B期冷料需求量（t）；W為單爐冰銅總量（t）；Ws1、Ws2分別為造渣1期和2期的冰銅量；MGB為單爐平均冰銅品位（%），MGs1和MGs2分別為造渣1期和造渣2期的平均冰銅品位（%）；a1、a2和a3為冷料修正系數(shù)。

其中，轉(zhuǎn)爐常見的冷料吸熱值可參照表4。

轉(zhuǎn)爐銅锍吹煉過程中爐內(nèi)實(shí)際熱值始終是變動(dòng)的，其與當(dāng)?shù)貧夂?、耐火材料蓄熱值、爐內(nèi)底渣和底銅量、送風(fēng)量大小以及等料時(shí)間長(zhǎng)短均有關(guān)系，由上一爐的操作及條件決定下一爐次爐內(nèi)熱量影響的復(fù)雜程度，當(dāng)前爐次的冷料計(jì)算無法體現(xiàn)爐內(nèi)真實(shí)的熱值狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際爐況結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給予適當(dāng)?shù)恼{(diào)整、修正。

轉(zhuǎn)爐銅锍吹煉分造渣和造銅兩個(gè)時(shí)期，根據(jù)銅锍吹煉反應(yīng)方程式（4）～（7）可知，造渣期產(chǎn)生的熱量更多。

根據(jù)結(jié)合表4常見冷料的吸熱值，可盡可能在造渣期加大冷料處理，將熱能利用最大化。

表4 常見冷料吸熱值 MCal/t

以錮鈹?shù)奈鼰崃繛槔?，按照?中設(shè)定生產(chǎn)投入?yún)?shù)，結(jié)合公式（1）～（3）和實(shí)際生產(chǎn)錮鈹?shù)奶砑恿?，可分別得出：a1=691.15；a2=469.00；a3=2909.61。繼而再小幅度增加實(shí)際添加量（保證爐況穩(wěn)定和粗銅產(chǎn)品質(zhì)量），獲得最終的a1、a2和a3修正系數(shù)作為冷料的添加依據(jù)。根據(jù)爐體尺寸、漏風(fēng)率及氧效影響，a1、a2和a3數(shù)值略有波動(dòng)。其他冷料的修正參數(shù)以此類推，即可根據(jù)冰銅投入量和冰銅品位波動(dòng)獲得不同冷料的指導(dǎo)添加量。

表5 錮鈹?shù)男拚禂?shù)計(jì)算

5 結(jié)語

利用轉(zhuǎn)爐強(qiáng)大的冷料處理能力可有效處理廢雜料，在不影響生產(chǎn)爐況和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，合理安排冷料的添加方式和添加時(shí)機(jī)至關(guān)重要，低品位的自產(chǎn)冷料和含銅雜料應(yīng)盡可能安排在造渣期處理，高品位的殘極、廢陽極板以及外購的高純度冷銅應(yīng)安排在造銅期處理，殘極、廢陽極板和大塊銅可在轉(zhuǎn)爐吹煉不停風(fēng)狀態(tài)下有限通過殘極加料機(jī)系統(tǒng)投入爐內(nèi)，尺寸較小的包殼和錮鈹應(yīng)優(yōu)先通過熔劑系統(tǒng)的溜槽加入爐內(nèi)，細(xì)小的床下物、自產(chǎn)冷料、不符合殘極加料機(jī)系統(tǒng)和熔劑系統(tǒng)加入要求的外部冷銅可通過爐前直投加入爐內(nèi)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)合工藝操作、爐況條件，確認(rèn)冷料的最大添加量，能夠提高轉(zhuǎn)爐單爐產(chǎn)量，保持爐內(nèi)熔體溫度均衡，減少能源浪費(fèi)，促進(jìn)生產(chǎn)效益最大化。