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。
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
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
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。
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)。
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)。
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。
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.