標(biāo)準(zhǔn)化操作對(duì)轉(zhuǎn)爐渣含銅的影響

金澤志， 盛柏青

(金昌冶煉廠， 安徽 銅陵 244010)

標(biāo)準(zhǔn)化操作對(duì)轉(zhuǎn)爐渣含銅的影響

金澤志， 盛柏青

(金昌冶煉廠， 安徽 銅陵 244010)

結(jié)合金昌冶煉廠的生產(chǎn)實(shí)踐，分析了標(biāo)準(zhǔn)化操作的執(zhí)行程度對(duì)轉(zhuǎn)爐渣含銅的影響，提出了在操作中如何降低轉(zhuǎn)爐渣含銅的有效途徑和方法，指出了嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)制度，加強(qiáng)操作技術(shù)改革是實(shí)現(xiàn)降低轉(zhuǎn)爐渣含銅的關(guān)鍵措施之一。

轉(zhuǎn)爐吹煉； 標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)； 轉(zhuǎn)爐渣； 渣含銅

轉(zhuǎn)爐吹煉是將銅原料經(jīng)熔煉后得到的中間產(chǎn)物——冰銅進(jìn)行吹煉，脫除其中的S、Fe及含有的少量Pb、Zn等雜質(zhì)后得到粗銅，同時(shí)大多數(shù)貴金屬富集于粗銅中，是火法煉銅生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。在銅冶煉過(guò)程中，金屬的回收率是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，轉(zhuǎn)爐渣含銅是冶煉過(guò)程中銅損失的原因之一，降低轉(zhuǎn)爐渣含銅對(duì)提高冶煉直收率有重要意義。金昌冶煉廠目前轉(zhuǎn)爐工序共有Φ3.2 m×8.76 m P-S轉(zhuǎn)爐4臺(tái)，本文總結(jié)了金昌冶煉廠降低轉(zhuǎn)爐渣含銅的生產(chǎn)實(shí)踐。

1 工藝原理

轉(zhuǎn)爐吹煉是通過(guò)風(fēng)口向爐內(nèi)鼓入空氣或富氧空氣實(shí)現(xiàn)氧化鐵造渣和硫化物氧化反應(yīng)的過(guò)程，反應(yīng)過(guò)程中放出大量的熱。除維持造渣反應(yīng)和造銅反應(yīng)的熱量需要外，還有大量的熱量過(guò)剩。

生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)加入冷料，控制合理的造渣反應(yīng)溫度(1 250±10 ℃)和造銅反應(yīng)溫度(1 180±10 ℃)[1],實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)熱平衡，確保反應(yīng)正常進(jìn)行。

轉(zhuǎn)爐吹煉為周期性作業(yè)。S期主要是硫化亞鐵氧化生成氧化亞鐵與熔劑造渣，即S期：

(1)

(2)

隨著吹煉的進(jìn)行，當(dāng)锍中的Fe含量降到1%以下時(shí)，也就是FeS幾乎全部被氧化之后，吹煉進(jìn)入B期，即造銅期：

(3)

造渣期的特征是分批地往爐內(nèi)加入冰銅和冷料并添加石英石熔劑造渣和分批放渣。

2 原因分析

從轉(zhuǎn)爐造渣、放渣的過(guò)程分析，引起轉(zhuǎn)爐渣含銅過(guò)高因素主要有：

2.1 熱料銅锍品位過(guò)高

轉(zhuǎn)爐吹煉低品位銅锍時(shí)，熱量比較充足，為了維持一定的爐溫，需添加冷料來(lái)調(diào)節(jié)。但吹煉高品位銅锍時(shí)，尤其采用空氣吹煉時(shí)，如控制不當(dāng)，就顯得熱量有些不足，爐溫偏低，渣的黏度增大，渣含銅上升。

金昌冶煉廠轉(zhuǎn)爐設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為70 t，屬小型轉(zhuǎn)爐，因無(wú)富氧吹煉，要求入爐銅锍品位在45%～55%之間。若入爐冰銅品位過(guò)高，吹煉過(guò)程中發(fā)熱量不足以維持反應(yīng)熱平衡，造成爐溫低，渣形惡化，渣黏度大，渣含銅超標(biāo)。2013年3～6月澳爐銅锍品位和轉(zhuǎn)爐平均渣含銅化關(guān)系如表1所示。

表1 平均冰銅品位與渣含銅的關(guān)系

2.2 冷料率超標(biāo)，冷料、熔劑加入不適當(dāng)

2.2.1 冷料率超標(biāo)對(duì)渣含銅的影響

在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過(guò)程中，吹煉低品位冰銅時(shí)，S期熱量比較充足，為了維持一定的爐溫，一般會(huì)添加冰銅煲殼、床下物、煙道結(jié)塊、陽(yáng)極爐精煉渣和冷雜銅等物料，以解決現(xiàn)場(chǎng)物料堆積和平衡爐溫。但若冷料加入過(guò)多，即入爐冷料比過(guò)高，難以維持S期吹煉的熱平衡，造渣反應(yīng)進(jìn)行緩慢，渣黏度大，渣含銅高。2013年8月6日，對(duì)生產(chǎn)作業(yè)中的1#、2#、3#轉(zhuǎn)爐造渣期冷、熱料入爐情況作現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如表2所示，發(fā)現(xiàn)3臺(tái)爐次冷料加入量均超過(guò)30%[2]，轉(zhuǎn)爐渣含銅均超過(guò)5%。

表2 入爐冷料與熱料重量及比值

2.2.2 冷料加入時(shí)間對(duì)渣含銅的影響

在吹煉S期剛開始階段，爐溫尚未上升到正常造渣所需溫度即加入冷料和溶劑，一是冷料和熔劑吸熱會(huì)迅速降低爐溫，二是冷料和熔劑覆蓋在熔池表面，氣體難以穿透，造成噴濺且造渣進(jìn)度緩慢，造渣不充分，渣形差，渣含銅上升。

圖1 轉(zhuǎn)爐富氧吹煉控制系統(tǒng)

2.3 渣中SiO2/Fe不達(dá)標(biāo)

在轉(zhuǎn)爐S期吹煉時(shí)，若石英熔劑加入量不足，會(huì)造成部分FeS無(wú)法與SiO2造渣，而繼續(xù)氧化成Fe3O4生成磁鐵渣。這種磁鐵渣密度大黏度高、流動(dòng)性差，造成渣含銅超標(biāo)。若加入石英溶劑過(guò)多，易在渣表層形成一層絮狀物(游離態(tài)的石英)也會(huì)使渣性惡化，渣黏度增大，引起渣含銅超標(biāo)[3]。2013年8月9日選取當(dāng)班作業(yè)爐渣樣進(jìn)行化驗(yàn)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示，渣含硅不在合格區(qū)間內(nèi)，渣形惡化，渣含銅均超標(biāo)；在要求范圍內(nèi)的渣含銅均達(dá)標(biāo)。

表3 轉(zhuǎn)爐渣含硅量

2.4 造渣終點(diǎn)判斷不準(zhǔn)、放渣作業(yè)未按標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)

在轉(zhuǎn)爐S期吹煉過(guò)程中，若造渣終點(diǎn)判斷不準(zhǔn)，放渣過(guò)早或過(guò)遲都會(huì)造成渣形惡化，渣的流動(dòng)性差，渣、銅分離不清，渣中含銅會(huì)大幅上升。其次，放渣時(shí)若下爐口不平整或爐口轉(zhuǎn)至放渣位置時(shí)不做停頓即進(jìn)行放渣作業(yè)也會(huì)造成渣中夾帶白锍。

3 過(guò)程控制

3.1 轉(zhuǎn)爐進(jìn)行“富氧吹煉”

為滿足高品位銅锍吹煉時(shí)對(duì)熱量的要求，從澳爐總氧管道接一路支管至混氧站，再?gòu)幕煅跽痉殖?條支管分別與4臺(tái)轉(zhuǎn)爐送風(fēng)管相連接，在管道連結(jié)處安裝調(diào)節(jié)閥門，在總氧量富余的情況下爐長(zhǎng)可根據(jù)需要在控制室通過(guò)調(diào)整閥門開度控制用氧量和富氧濃度，當(dāng)吹煉冰銅品位高于52%時(shí)即進(jìn)行富氧吹煉，要求S期將氧濃控制在23%～25%[4]。富氧吹煉強(qiáng)化了爐內(nèi)氣- 液多相反應(yīng)，硫化物的氧化反應(yīng)速度加快，熱量同比釋放大大增加，隨煙氣帶走的熱量少，爐溫上升較快，造渣反應(yīng)進(jìn)行迅速，渣溫高、流動(dòng)性好，渣含銅降低明顯。

3.2 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)

3.2.1 控制入爐冷料率

根據(jù)入爐冰銅品位適時(shí)調(diào)整入爐冷料率，冰銅品位45%～48%時(shí)S期入爐冷料率控制在25%～30%，冰銅品位49%～57%時(shí)S期入爐冷料率控制在19%～25%，同時(shí)將冰銅煲殼、陽(yáng)極爐精煉渣破碎至直徑50 cm以下與轉(zhuǎn)爐床下物、煙道結(jié)塊混合后裝煲分批入爐，以控制合理的造渣反應(yīng)溫度(1 250±10 ℃)，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)熱平衡，造渣反應(yīng)迅速，渣形好。

3.2.2 穩(wěn)定爐況

從S的化學(xué)反應(yīng)方程式可以看出，S期化學(xué)反應(yīng)分為FeS的氧化和造渣兩個(gè)階段，即FeS先被氧化成FeO再與熔劑進(jìn)行造渣反應(yīng)，而維持化學(xué)反應(yīng)的熱量主要來(lái)源于FeS的氧化反應(yīng)(反應(yīng)式1)。因此，在裝入第一批銅锍進(jìn)行S期吹煉前期，通常先不加入冷料和熔劑進(jìn)行空吹10 min左右，讓少部分FeS先發(fā)生氧化反應(yīng)以迅速提高爐溫，當(dāng)爐溫上升至1 200 ℃以上時(shí)再加入冷料和熔劑，熔劑需批次加入，控制爐溫波動(dòng)范圍在50℃以內(nèi)，同時(shí)熔劑的加入速度要與FeS的氧化速率相匹配[4]，造渣反應(yīng)才能迅速進(jìn)行，造渣充分，渣流動(dòng)性好。

3.2.3 SiO2/Fe

轉(zhuǎn)爐吹煉造渣的目的是以新的方式熔解形成固體的FeO和Fe3O4，能夠從轉(zhuǎn)爐中倒出，因此需加入適量的含SiO2的熔劑，使SiO2/Fe 達(dá)到約0.5[4]。爐長(zhǎng)在加熔劑時(shí)，需通過(guò)觀察爐口火焰顏色的變化爐溫的波動(dòng)來(lái)判斷加入量(正常情況下爐口火焰大部分變成綠色即可)。一般將造渣熔劑破碎成直徑1～5 cm的塊度，合理的物理規(guī)格會(huì)加速熔劑在爐內(nèi)熔解參與造渣反應(yīng)，不會(huì)因熔劑顆粒過(guò)大無(wú)法熔解覆蓋在熔體表面降低爐溫而造成黏渣，渣流動(dòng)性好，渣含銅下降明顯。

3.2.4 準(zhǔn)確判斷造渣終點(diǎn)，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)

金昌冶煉廠轉(zhuǎn)爐操作自動(dòng)化程度較低，無(wú)生產(chǎn)可視化在線檢測(cè)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)主要依靠經(jīng)驗(yàn)操作，并將實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)編入轉(zhuǎn)爐爐長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)內(nèi)容，造渣終點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)為:轉(zhuǎn)爐煙氣中出現(xiàn)銅蒸汽，使火焰大部分變?yōu)榫G色[4]；爐口噴濺物較始吹時(shí)變得細(xì)小、密集，頻繁呈絮狀，漂浮無(wú)力、發(fā)亮，凝固樣呈空心粒狀；爐后釬樣粘結(jié)物的顏色由灰白色轉(zhuǎn)為青灰色，再轉(zhuǎn)為油黑色，有光澤，結(jié)構(gòu)松脆，能自動(dòng)斷裂脫離[5]；停風(fēng)后，爐內(nèi)液面平整，石英石化盡，在渣層不過(guò)厚的情況下，表面會(huì)出現(xiàn)半球狀的小泡沫，用渣釬插入熔體中測(cè)樣，渣和銅之間的界面十分清晰，上層為發(fā)亮的渣層，下層為發(fā)暗的白鈹層，排渣時(shí)渣流動(dòng)性良好，終點(diǎn)到。在放渣前需觀察轉(zhuǎn)爐下爐口情況，若下爐口不平整，中間有缺口，此時(shí)需用黃泥搪平整后再進(jìn)行放渣作業(yè)且將爐體轉(zhuǎn)至放渣位置稍停頓2 min待爐內(nèi)吹煉渣與白锍完全沉定分層后由小到大、平穩(wěn)放渣，并及時(shí)用試渣釬探測(cè)渣層厚度，防止夾帶白锍，可有效降低渣含銅。

3.2.5 “白锍”回收的補(bǔ)救措施

在渣場(chǎng)倒渣時(shí)，需緩慢進(jìn)行，仔細(xì)觀察煲嘴是否有白锍流出，一旦發(fā)現(xiàn)有白锍即停止倒渣，余下的進(jìn)行回爐，以減少渣含銅。

4 實(shí)際效果

經(jīng)過(guò)兩年多的生產(chǎn)實(shí)踐，金昌轉(zhuǎn)爐渣含銅由2012年平均5.5%降低至2013年的平均4.85%，2014年平均為4.80%，2015年一季度平均為4.75%,按全年15萬(wàn)噸渣量計(jì)算，渣含銅每降低0.01%，每年即可增產(chǎn)15 t。轉(zhuǎn)爐直收率由2012年的83%逐步提高至2014年的94%。

5 結(jié)論

轉(zhuǎn)爐富氧吹煉和標(biāo)準(zhǔn)化操作的應(yīng)用，優(yōu)化了轉(zhuǎn)爐作業(yè)過(guò)程的控制，改善了經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。隨著金昌冶煉廠生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變(轉(zhuǎn)爐由先前的4H3B生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變?yōu)?H2B模式)，降低轉(zhuǎn)爐渣含銅成為提高經(jīng)濟(jì)效益的重要增長(zhǎng)點(diǎn)。

[1] 彭容秋.銅冶金[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2004.

[2] 朱祖澤，賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[3] 陳國(guó)發(fā).重金屬冶金學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

[4] [美]W.G.達(dá)文波特.[美]M.金.[美]M.施萊辛格，A.K,比斯瓦斯.銅冶煉技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[5] 邱竹賢.冶金學(xué)(下卷)有色金屬冶金[M].沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，2001：103-104.

Influence of Copper Containing in Converter Slag by Standardization Operations

JIN Ze-zhi，SHENG Bai-qing

The article analyses the influence of copper containing in converter slag by standardization operations, according to production practice in Jinchang smelter, puts forward in effective ways and methods how to reduce copper containing in converter slag in the operation, points out executing standard operating system strictly, and strengthening technological reform is one of the key measures to achieve lower copper containing in converter slag.

blowing converter； standardization operation； converter slag； copper containing in converter slag

2015-03-06

金澤志(1973-)，男，安徽桐城人，冶煉高級(jí)技師，大學(xué)?？?，主要從事生產(chǎn)管理工作。

TF811

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1003-8884(2015)04-0020-03