富邦富氧侧吹熔池炼铜炉生产实践

富邦富氧侧吹熔池炼铜炉生产实践罗银华，王志超（赤峰富邦铜业有限责任公司，内蒙古林西025250）摘要：富邦炉为赤峰富邦铜业有限责任公司新开发的富氧侧吹熔池熔炼炉。该生产工艺的主要技术经济指标：氧气浓度66%，烟气中SO2浓度25%~28%，渣含铜0.47%，Fe/SiO2=1.1~1.2，燃料率3.5%~4.0%，烟尘率1.0%~1.5%，床能力74.6t/(m2·d)。关键词：富邦炉；富氧侧吹；床能力；渣含铜；生产实践中图分类号：TF811文献标志码：B文章编号：1007-7545（2013）07-0000-00PlantPracticeofFubangOxygen-EnrichedSide-BlownBathSmeltingCopperFurnaceLUOYin-hua,WANGZhi-chao(ChifengFubangCopperCo.,Ltd.,Linxi025250,InnerMongolia,China)Abstract:Fubangfurnaceisanoxygen-enrichedside-blownbathsmeltingfurnacenewlydevelopedbyChifengFubangCopperCo.,Ltd.Thetechnical-economicindicatorsofFubangfurnaceincludeoxygenconcentrationof66%,SO2concentrationinwastegasof25%~28%,copperinslagof0.47%,Fe/SiO2=1.1~1.2,fuelrateof3.5%~4.0%,dustrateof1.0%~1.5%,andbedcapacityof74.6t/(m2·d).Keywords:Fubangfurnace;oxygen-enrichedside-blown;bedcapacity;copperinslag;plantpractice铜熔池熔炼的原料适应性强、生产效率高、烟尘排放量少、渣含铜低，在生产上得到了广泛应用。随着铜矿原矿品位的降低、伴生矿多、杂质含量高等现状的加剧，今后熔池熔炼的优势还将进一步得到显现。赤峰富邦铜业为替代原鼓风炉熔炼工艺，在经过对国内外多种熔池熔炼炉的比较、消化和吸收的基础上，开发出了新型熔池熔炼工艺即“富邦富氧侧吹熔池炼铜炉”（简称富邦炉）。该工艺涉及的炼铜装置共分为2个单独炉体，即侧吹熔炼炉和保温电炉，二者之间通过冰铜溜槽和渣溜槽连接在一起，形成一个整体。图1为富邦富氧侧吹熔池炼铜装置的平面布置示意图。图1富邦富氧侧吹熔池炼铜装置平面布置示意图Fig.1SketchmapofplanelayoutofFubangoxygen-enrichedside-blownbathsmeltingcopperfurnace富邦炉于2011年6月13日投料试生产，截至目前共处理铜精矿35万t，产出粗铜5.6万t。入炉氧浓~66%，烟气中SO2浓度25%~28%，床能力为74.6t/(m2·d)。在控制冰铜品位为55%~57%的情况下，渣含铜可以控制在0.47%。1富邦炉的熔炼原理1.1富邦炉的结构收稿日期：2013-01-11作者简介：罗银华（1965-），男，内蒙古人，高级工程师.doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2013.07.005组成富邦炉之一的熔炼炉为竖式熔池熔炼炉，底部为炉基础，其上为耐火砖砌筑而成的炉缸，数十块水套组合围成的炉身座于炉缸之上，左、右侧炉墙水套由立式铜水套、两层斜铜水套和一层内衬耐火砖的铁水套共4层水套组成。反应风由设在第一层立铜水套上的一次风口鼓入，为确保烟气中的单体硫、一氧化碳等充分燃烧，分别在第三层斜铜水套和炉顶设有二次和三次风口，由上述风口鼓入压缩风，确保烟气中氧气浓度。内衬耐火捣打料的铁水套覆盖在炉身之上构成炉顶，炉顶设有加料口、水冷上升烟道。炉身下部的熔炼室前端设有渣室，渣室通过熔炼炉炉底涵道与熔炼室相连通，在渣室高度中上部设有出渣口，出渣口同熔炼渣溜槽相通，反应生成的熔炼渣自出渣口溢流后排放到熔炼渣溜槽内。在渣室正对炉缸的炉底处还砌有冰铜虹吸口，冰铜虹吸口穿过炉墙同冰铜溜槽相通。炉身由钢立柱支撑，钢立柱与炉身之间由带螺杆组件的调节杆连接，能对熔炼炉起到很好的固定和调整作用。侧吹熔炼炉结构示意图见图2。图2侧吹熔炼炉结构示意图Fig.2Structurediagramofside-blownbathsmeltingfurnace保温电炉主要由炉基础、炉本体和钢结构组成。电炉炉体的炉墙内部由耐火砖砌筑而成，外部由钢结构包覆，其间铺设铜冷却水管。电炉炉体设有放冰铜口和放渣口，其中放冰铜口位置在贴近电炉炉体的底部，放渣口位置在电炉炉体中间合适高度。1.2富邦炉熔炼原理[1-2]精矿、熔剂及燃料等通过炉顶加料口加入强烈搅拌的熔体中。富氧空气通过两侧的一次风口鼓入渣层，一次风口位置低于熔池液面400~500mm。鼓入的富氧空气将熔体强烈搅拌，使得此区域的全部熔体进行紊流运动，促使加入的物料迅速而又均匀地分布在熔体中，熔体与炉料之间，熔体与鼓入的气体之间实现了传质传热过程。炉子上部的熔体称为炉渣—铜锍乳化相，包含90%~95%（体积）的炉渣和5%~10%（体积）硫化物和金属微粒。由于这一区域的强烈搅拌，金属或硫化物相互碰撞合并，一旦达到动力学稳定条件即微粒聚合长大到0.5~5mm，即可从上层鼓泡区迅速落入下层底相。炉子下部的熔体在重力作用下分为炉渣与铜锍层，炉渣与铜锍通过涵道进入渣室，炉渣溢流排出，铜锍在压力作用下通过虹吸道排出。熔炼过程的基本反应区别于其他熔池熔炼，用于反应的氧气通过一次风口鼓入渣层，首先发生如下反应：6(FeO)+O2=2(Fe3O4)(1)生成的Fe3O4作用是传递氧来氧化熔体的FeS和C：3(Fe3O4)+[FeS]=10(FeO)+SO2(2)3(Fe3O4)+(FeS)=10(FeO)+SO2(3)(Fe3O4)+C=3(FeO)+CO(4)除反应(1)外，还有部分氧直接氧化熔体中的FeS：[FeS]+O2=(FeO)+SO2(5)(FeS)+O2=(FeO)+SO2(6)高强度的搅拌和连续的加料保证了熔体内始终保证含有一定量的FeS，有利于反应(2)、(3)、(4)的进行，这样就阻止了炉渣被鼓风中的氧按照反应(1)过氧化。2生产实践2.1关键操控点2.1.1炉温炉温是冶炼生产正常进行的前提。炉温低，会使得渣变黏，流动性变差，甚至出现干渣，堵塞涵道或虹吸口，渣、冰铜断流，增加了劳动强度。炉温的高低可通过炉顶安装的测温仪或快速测温仪来确认；另外也可通过观察炉顶熔体的喷溅状况和熔体黏度等来判断。生产中调温的方式主要有以下几种：1）调整氧料比，提高氧料比是比较高效的提温方式，过量的氧气将精矿中的铁和硫大量氧化，同时释放出大量的热，提温迅速。2）调整燃料率，富氧侧吹炉加入焦炭的目的之一就是保证冶炼温度，因此在生产中可通过增大焦炭投入量同时增加入炉一次风量的方式来提温。3）调整富氧浓度，鼓入炉内的富氧空气，除氧气外，其余不参与反应，而从入炉时的约30℃升温至1250℃，也需要吸收大量的热。因此，生产中根据需要，在不改变氧料比的前提下，调整富氧浓度可达到提温的目的，同时冰铜品位也不会发生变化。2.1.2冰铜品位富氧侧吹炉的冰铜品位可在很大范围内调节。在保证炉温正常的前提下，保持进入炉内氧量不变，增大投料量则冰铜品位降低，若单位时间加入量不变，进入熔体的氧量增加，则产出的冰铜品位升高。简而言之，侧吹炉的冰铜品位是通过氧料比来调节的。根据实践经验，氧料比不仅可通过调整加料量或者氧量来改变，还可在保证炉温正常的前提下，调整燃料加入量，或者几者结合同样会取得效果。生产中，根据经验公式可预判某一铜精矿的氧料比，确定好氧料比后不再轻易改动，等化验结果出来后再根据反馈数值进行调节，这样冰铜品位才会稳定。2.1.3渣型冶炼过程生成的金属或熔锍的液滴最初都是分散在熔渣中的，这些分散的微小液滴的汇集、长大和沉降过程都是在熔渣中进行的，因此熔渣的物理化学性质如黏度、密度等对熔锍与脉石成分的分离程度有着决定性的影响[3-5]。在试生产阶段，侧吹炉因原料、设备等原因出现过几次渣型不合理，导致渣黏、流动性不好、渣含铜升高等不利因素。渣型具体到指标上是指Fe/SiO2以及CaO含量，侧吹炉上述两项指标分别控制在1.1~1.2和4%。2.1.4Fe3O4的生成Fe3O4的生成在高品位冰铜冶炼过程中是不可避免的，特别是在当下高富氧操作条件下，Fe3O4对冶炼过程的危害有以下两点：1）熔点高达1537℃，提高了渣的黏度；2）密度为5.18g/cm3，当Fe3O4过量或者熔体温度降低时，Fe3O4会从冰铜和渣中析出，沉到炉底，形成炉结。特别是对我公司吹炼渣层的富氧侧吹炉，必须严格控制渣中Fe3O4的含量。如果控制不好，轻则造成渣黏、渣含铜升高很多，重则发生喷炉事故，造成经济损失。一般通过控制合适的氧料比和石英熔剂加入量，以及稳定的供料方式来控制渣中Fe3O4的含量。2.2技术指标表1为富邦炉典型生产技术指标。表1富邦炉技术指标Table1TechnicalindicatorsofFubangFurnace项目数值熔炼炉炉床面积/m215.12电炉炉床面积/m232熔炼炉风口总数/个36熔炼炉炉膛长度/mm8400熔炼炉炉膛高度/mm7034熔炼炉冰铜、渣排放方式单独、连续排放床能力/(t·m-2·d-1)74.6富氧浓度/%65~70渣含铜/%0.47Fe/SiO21.1~1.2燃料率/%3.5~4烟尘率/%1.0~1.5使用风口数/个12~14一次风风压/kPa90~110渣温/℃1180~1250熔池深度/mm1800冰铜品位/%55±33富邦炉技术优势富邦炉自投产至今，已平稳运行500多天，随着经验的积累，富邦铜业对该工艺的驾驭能力逐步提高，许多优势得以体现，总结如下：1）冰铜、炉渣从熔炼炉炉体的同一端面连续流出，放至同一保温电炉内。此种设计改变了瓦纽科夫熔炼炉两端分别放冰铜和渣的方式，提高了保温炉的利用率，减少了热量损失，同时避免了间断放冰铜造成熔炼炉操作不稳定的不利影响，减轻劳动强度，节余材料消耗，降低了生产成本；2）炉顶设置三次风口。三次风的加入，提高了烟气中的氧势，为单体硫的充分燃烧提供了必要条件[5-6]。另外，鼓入的三次风形成一道幕墙，阻挡了烟气将炉料内细小颗粒带走，降低了烟尘率；3）炉渣中含铜量明显减低。熔炼炉内搅拌强度大，冰铜颗粒有充分的接触机会长大，同时生产中合适的冰铜层及渣层高度确保了充足的沉降时间和区域。熔炼渣进入到保温电炉后可进一步澄清，从而得到的弃渣中含铜量明显降低，不加任何贫化剂，所排放炉渣含铜低于0.47%；4）建设投资少，建设周期短。所得熔炼渣含铜低，可直接水淬外售，不需缓冷浮选，省去了缓冷设施以及庞大的渣浮选投资。设备关键部件为水冷铜水套，耐高温、腐蚀和冲刷，炉寿命长，检修维护成本低。本装置为装配组合型炉子，安装施工方便；5）综合能耗低。吹炼渣层，所需一次风压低，动力消耗少。富氧浓度高，烟气带走热量小，燃料消耗低。烟气SO2的浓度高，制酸系统可实现三转三吸，提高硫回收率。6）生产负荷及冰铜品位可调范围大。根据生产需要，通过开关一定数量的一次风口，生产负荷可在大范围内调整。通过调整风料比以及燃料率，冰铜品位可在48%~65%之间快速调节。4结论通过一年多的生产实践，富邦炉的主要技术经济指标：氧气浓度66%，烟气中SO2浓度25%~28%，渣含铜0.47%，Fe/SiO2=1.1~1.2，燃料率3.5%~4.0%，烟尘率1.0%~1.5%，床能力74.6t/(m2·d)。参考文献[1]任鸿九.有色金属熔池熔炼[M].北京：冶金工业出版社，2001：241-243.[2]朱祖泽，何家齐.现代铜冶金学[M].北京：科学出版社，2003.[3]李洪桂.冶金原理[M].北京：科学出版社，2005：6-7.[4]韦其晋，袁朝新.侧吹