全熱態(tài)連續(xù)吹煉工藝粗銅品質(zhì)控制研究

朱云娥，孫彥偉

（黑龍江紫金銅業(yè)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

目前，從世界范圍來看，火法煉銅工藝吹煉過程大多采用傳統(tǒng)的PS（Peirce-Smith）轉(zhuǎn)爐，但普遍存在SO低空污染大、生產(chǎn)自動(dòng)化水平低等缺點(diǎn)。底吹爐連續(xù)吹煉工藝的研發(fā)成功順應(yīng)了世界煉銅技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，擁有先天環(huán)境友好、自動(dòng)化水平高的優(yōu)勢(shì)，成為近年來吹煉工藝的首選。但是，國內(nèi)外底吹爐普遍無法精準(zhǔn)確認(rèn)熱態(tài)冰銅入爐量，同時(shí)富氧底吹爐高風(fēng)壓（不小于0.9 MPa）供風(fēng)造成爐內(nèi)三相熔體（粗銅層、冰銅層、渣層）攪拌劇烈，導(dǎo)致整體吹煉過程粗銅品質(zhì)不能保證。此外，在溫度控制方面，全熱態(tài)生產(chǎn)會(huì)造成爐溫難控，所以目前的底吹爐吹煉工藝較多采用冷、熱態(tài)混合生產(chǎn)（熱冰銅70%+冷冰銅30%）模式，優(yōu)勢(shì)在于入爐冰銅總量的估算更加準(zhǔn)確，吹煉終點(diǎn)判斷更加合理，同時(shí)爐溫不會(huì)持續(xù)偏高。不足之處在于熔煉工序需要定期外排冰銅，冰銅緩冷后破碎，然后配入一定的石英石和燃煤，通過物料運(yùn)輸返回底吹爐進(jìn)行混合加入。冷、熱態(tài)混合生產(chǎn)模式避免了熱冰銅的計(jì)量誤差，冷冰銅比例越高，則總冰銅入爐量的估算越準(zhǔn)確，終點(diǎn)判斷越準(zhǔn)確，但是熱冰銅的緩冷、破碎及運(yùn)輸?shù)冗^程增加了勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)運(yùn)行成本，所以各底吹爐吹煉工藝爭相提升入爐料熱占比，提高企業(yè)效益。

1 底吹爐使用過程中存在的主要問題

根據(jù)目前國內(nèi)使用情況，底吹爐在使用過程中仍然存在較多問題，突出表現(xiàn)為兩點(diǎn)。

1.1 終點(diǎn)判斷準(zhǔn)確度一般

爐體的連續(xù)入爐量無法精確估算，導(dǎo)致吹煉終點(diǎn)判斷準(zhǔn)確度一般。傳統(tǒng)PS轉(zhuǎn)爐加料采用包子吊運(yùn)，加入的冰銅量可較為準(zhǔn)確地計(jì)量，故整個(gè)吹煉過程送風(fēng)量、燃輔料的加入量可依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。但底吹爐連續(xù)吹煉工藝中，熱冰銅通過溜槽連續(xù)流入爐內(nèi)，其質(zhì)量無法較為準(zhǔn)確地計(jì)量，受限于現(xiàn)場熱熔體的本身特性，測重裝置無法有效投入使用，雖然有經(jīng)驗(yàn)的工藝人員可通過冰銅流量進(jìn)行人工估算，但因熔煉爐液面波動(dòng)，熱冰銅流量無法時(shí)刻保持均衡，所以吹煉終點(diǎn)的判斷準(zhǔn)確度一般。

1.2 粗銅品質(zhì)較差

底吹爐吹煉工藝粗銅品質(zhì)較差，較高的品位為97%左右，這也是其與PS轉(zhuǎn)爐相比的不足之處。經(jīng)分析，轉(zhuǎn)爐吹煉分為造渣期和造銅期，造渣期加入石英溶劑，期末可將吹煉渣倒出，除雜較為徹底，倒渣后爐內(nèi)只留存白锍相；而底吹爐連續(xù)吹煉過程中，粗銅層、冰銅層、渣層幾相同時(shí)共存，爐內(nèi)始終處于翻滾狀態(tài)，雖然爐內(nèi)有靜置分層區(qū)，但其無法達(dá)到最理想的靜置條件。未及時(shí)隨渣排出的雜質(zhì)仍留在爐內(nèi)隨氣流攪動(dòng)，而粗銅又具有吸收雜質(zhì)的能力，導(dǎo)致粗銅的含硫量和雜質(zhì)含量高于轉(zhuǎn)爐。

2 工藝優(yōu)化

黑龍江紫金銅業(yè)有限公司（簡稱黑紫銅）熔煉廠開創(chuàng)了世界首例側(cè)吹-底吹工藝生產(chǎn)模式，開發(fā)了銅冶煉生產(chǎn)新技術(shù)，擴(kuò)展了底吹煉銅新方向。黑紫銅底吹爐于2019年9月5日正式進(jìn)料生產(chǎn)，一次性打通新工藝路線，并逐步探索、實(shí)現(xiàn)了全熱態(tài)連續(xù)吹煉。底吹煉銅作為具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，與側(cè)吹工藝聯(lián)合后，其在經(jīng)濟(jì)環(huán)保、工藝技術(shù)指標(biāo)等方面均優(yōu)于同行業(yè)冶煉廠工藝，真正意義上實(shí)現(xiàn)了底吹爐全熱態(tài)高處理量連續(xù)吹煉生產(chǎn)。底吹爐吹煉工藝目前已在國內(nèi)多個(gè)銅冶煉項(xiàng)目應(yīng)用，與其他采用底吹爐吹煉工藝的企業(yè)（A廠、B廠、C廠）相比，黑紫銅的工藝指標(biāo)整體更加優(yōu)越，如表1所示。

表1 國內(nèi)主要底吹爐吹煉工藝企業(yè)參數(shù)對(duì)比

3 全熱態(tài)連續(xù)吹煉工藝粗銅品質(zhì)控制

底吹爐連續(xù)吹煉工藝中，粗銅品質(zhì)主要受操作方式的影響，底吹爐吹煉普遍采用爐渣+冰銅+粗銅三相操作模式，導(dǎo)致其粗銅品質(zhì)較PS轉(zhuǎn)爐差。黑紫銅底吹爐工藝控制著重保持薄冰銅層，這種近兩相操作模式可以保證銅過吹時(shí)始終有薄層冰銅作為爐內(nèi)還原劑，避免銅過吹嚴(yán)重，保證粗銅品位達(dá)標(biāo)。同時(shí)，薄冰銅層的變化可以作為吹煉終點(diǎn)判斷的重要依據(jù)。此外，黑紫銅底吹爐改變了爐頂中央進(jìn)料的方式，采用端部進(jìn)料，充分利用氧槍分布將反應(yīng)區(qū)移前，最大限度地少開粗銅口與渣口處氧槍，這也有利于銅渣更好地分離。不同操作方式下底吹爐連續(xù)吹煉的粗銅成分對(duì)比如表2所示。

表2 不同操作方式下底吹爐連續(xù)吹煉的粗銅成分對(duì)比

因底吹爐粗銅品位控制靈活性強(qiáng)，相應(yīng)的陽極精煉工序也根據(jù)此特性摸索出自身的工藝控制方案。根據(jù)相關(guān)要求，陽極爐每爐進(jìn)料約為280 t，因底吹爐排銅量靈活性強(qiáng)，現(xiàn)每爐進(jìn)料分兩次，第一次多進(jìn)料，陽極爐進(jìn)行程度較深的預(yù)氧化作業(yè)，第二次少進(jìn)料，控制整體進(jìn)料量不變，這樣的作業(yè)制度有效利用底吹爐兩次進(jìn)料的中間時(shí)段，整體上縮短陽極爐每爐的作業(yè)周期，解決了傳統(tǒng)陽極精煉與底吹爐連續(xù)吹煉配合方面作業(yè)周期長的問題。

黑紫銅底吹爐氧槍位置可靈活調(diào)整，增加各氧槍通氣量，使吹煉過程有足夠長的反應(yīng)區(qū)域，保證粗銅吹煉品質(zhì)，同時(shí)可視情況將靠近粗銅口的氧槍封堵，增大粗銅靜置的銅渣分離區(qū)域。黑紫銅全熱態(tài)連續(xù)吹煉工藝的終點(diǎn)判斷方式主要有3點(diǎn)。

一是觀察鍋爐出口SO監(jiān)測點(diǎn)濃度，并經(jīng)常觀察冰銅口流量與處理量是否匹配，若不匹配，要及時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)。銅生成反應(yīng)主要為

當(dāng)爐內(nèi)送氧量保持穩(wěn)定時(shí)，煙氣SO濃度曲線隨時(shí)間推移不斷平穩(wěn)降低，當(dāng)濃度出現(xiàn)斷崖式下降時(shí)，SO生成量明顯減少，交互反應(yīng)程度大幅下降，吹煉終點(diǎn)基本上已達(dá)到。

二是觀察爐內(nèi)檢尺桿情況，若檢尺桿上渣層表面有成片小氣孔存在，則銅已到吹煉終點(diǎn)，送入的氧傳遞進(jìn)渣層，使其過氧化，生成的FeO等過氧化物阻礙渣層內(nèi)氣體的排出，此時(shí)即為吹煉終點(diǎn)，可開銅口進(jìn)行放銅作業(yè)。黑紫銅連續(xù)吹煉作業(yè)先排渣再排銅，保持吹煉過程的薄渣層作業(yè)。

三是當(dāng)吹煉終點(diǎn)即將來臨時(shí)，鍋爐煙氣溫度會(huì)持續(xù)降低，這是因?yàn)榈竭_(dá)吹煉終點(diǎn)時(shí)煙氣含硫量降低，此時(shí)可從輔料進(jìn)料口觀察到爐口至直升煙道段煙氣透明度增加。

通過對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的重點(diǎn)關(guān)注和把控，黑紫銅底吹爐工藝較好地解決了全熱態(tài)吹煉入爐熱冰銅無法精確估算、同行業(yè)吹煉終點(diǎn)判斷方法相對(duì)單一的問題，準(zhǔn)確度高。底吹爐的不同品位粗銅樣品如圖1所示，正常生產(chǎn)階段的粗銅樣品部分指標(biāo)化驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

圖1 底吹爐的不同品位粗銅樣品

表3 粗銅樣品部分指標(biāo)化驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

傳統(tǒng)底吹爐吹煉終點(diǎn)判斷準(zhǔn)確度一般，同時(shí)粗銅品質(zhì)較差。通過熔煉工藝、吹煉工藝協(xié)調(diào)控制和吹煉過程監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)底吹爐全熱態(tài)連續(xù)吹煉，熔煉爐熱冰銅連續(xù)進(jìn)入底吹爐，底吹爐采用連續(xù)進(jìn)料吹煉、間斷出粗銅的作業(yè)模式，入爐料熱占比可達(dá)100%。黑紫銅根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，優(yōu)化底吹爐工藝操作，總結(jié)出適合本公司全熱態(tài)連續(xù)吹煉工藝的終點(diǎn)判斷方式，粗銅品位不小于98%，為底吹爐吹煉工藝的控制和優(yōu)化提供了借鑒。粗銅品位的提升增加了底吹爐吹煉工藝與陽極精煉的匹配度，避免粗銅品質(zhì)差而導(dǎo)致精煉作業(yè)周期長，提高了生產(chǎn)效率。