富氧側吹熔池熔煉爐煉銅的生產實踐

孫林權，王舉良

（煙臺鵬暉銅業有限公司，山東 煙臺 264002）

0 前言

煙臺鵬暉銅業有限公司原煉銅工藝為富氧密閉鼓風爐熔煉－連續吹煉爐吹煉，冶煉煙氣送入硫酸系統采用兩轉兩吸工藝制酸。2007年煙臺鵬暉銅業有限公司與中國恩菲工程技術有限公司合作研發了富氧側吹熔池熔煉工藝。該工藝是一種高效、節能、環保的煉銅新工藝，熔煉爐、沉降電爐、連續吹煉爐從高到低布置，爐子之間通過流槽輸送熔體，克服了熔體由橋式起重機和銅锍包倒運的弊端。經過論證、設計、制造、安裝、試車等環節，富氧側吹熔池熔煉爐于2008年2月投產。

1 工藝概況及主要設備

1.1 工藝原理

富氧側吹熔池熔煉爐是富氧熔池熔煉爐型之一，集物料的干燥、焙燒和熔煉于一爐。富氧空氣從爐子兩側浸沒入熔體的風眼鼓入熔池內，精礦、熔劑、返渣、煤等按一定的比例混合均勻，經過定量帶式輸送機，由帶式加料機從爐頂的加料口加入爐中，鼓入爐內的富氧空氣使爐料和熔體劇烈攪動，在爐中形成氣-液-固三相間的傳熱和傳質，加快入爐物料的干燥、分解、熔化速度，完成造渣、造锍反應，產出的銅熔體經虹吸口和流槽進入沉降電爐，完成澄清分離，得到冰銅和熔煉爐渣；產生的煙氣經余熱鍋爐降溫、電收塵器收塵后送到硫酸系統。

1.2 系統主要配置及主要設備

富氧側吹熔池熔煉系統主要配置有：34.14 m2富氧側吹熔池熔煉爐1臺；3 000 kVA沉降電爐1臺；15.5 m2連續吹煉爐2臺；QFC25/1200-15-4.2余熱鍋爐1臺；年產15萬t硫酸系統1套；20 t/h脫鹽水處理站1座；3 700 m3/h深冷式制氧站1座；24 000 m3/h、D400-32離心鼓風機2臺。

1.2.1 富氧側吹熔池熔煉爐

富氧側吹熔池熔煉爐是一座有耐火材料襯里，關鍵部位嵌有銅水套的固定式長方形爐子（見圖1），主體結構由基礎、爐底、爐墻、爐頂、虹吸池及外圍鋼結構等部分組成。爐體長13.76 m，寬4.48 m，渣線以下容積31 m3。爐頂采用鎂鋁磚呈弦拱形砌筑，垂直煙道為特制銅水套結構，爐頂設置有2組加料口，配備有氣封密封。爐頭設有銅熔體的虹吸外放口，通過溜槽與沉降電爐連接。

1.2.2 電熱沉降貧化爐

電熱沉降貧化爐(簡稱沉降電爐)是1座橢圓形鋼板做外殼、耐火材料襯里、關鍵部位嵌有銅水套的橢圓形爐子，內襯搗打料鋼制拱形爐頂，1組3 000 kVA的石墨電極成品字形布置，爐底采用階梯形，使銅锍池與熔煉爐渣池有一個高差，銅锍池兩側的虹吸式銅口通過冰銅溜槽與連續吹煉爐相連。

圖1 富氧側吹熔池熔煉爐結構示意圖

1.2.3 連續吹煉爐

連續吹煉爐采用的是側吹固定式爐體，由爐底、爐墻、爐頂、煙道組成。爐內分吹煉區和澄清區兩部分。爐身外側為帶風眼的水冷銅水套，內側為鎂鉻材質的襯磚。爐頂為內襯鎂質搗打料的水冷鋼水套，并設有石英砂加料口。

1.3 工藝參數的檢測及控制

富氧側吹熔池熔煉工藝中定量工藝參數的檢測及控制見表1。

表1 定量工藝參數的檢測及控制

另外，富氧側吹熔池熔煉爐熔體的流動速度和熔體表面反應條件通過觀察孔對爐內進行可視性觀察，連續吹煉爐渣的流動速度和渣表面條件通過渣口進行可視性觀察。

2 生產實踐

2.1 生產操作

2.1.1 技術性能參數

富氧側吹熔池熔煉爐技術性能參數及操作控制參數見表2。

表2 富氧側吹熔池熔煉爐技術性能參數及操作控制參數

2.1.2 參數控制

由于爐料只有在適宜的溫度下才能快速熔化和反應，因此工藝控制中的冰銅品位、渣型、爐溫三大重要指標應按爐溫、渣型、冰銅品位順序控制，優先控制爐溫。

渣型合適，渣的性質好時控制方式如下：

（1）冰銅品位低、爐溫低。首先控制氧氣流量、富氧濃度為范圍內的最大值。如果氧氣流量、富氧濃度均為最大值，則說明此時的加料量可能過大，因此減料是最好的措施。

（2）冰銅品位低、爐溫高。此種情況一般是高硫礦比例過大所致，故增大低硫礦比例，降低高硫礦比例；同時在冰銅品位低時，減少一定的加料量。

（3）冰銅品位高、爐溫低。此種情況的調整原則為“先提溫，再降冰銅品位”。因為降低冰銅品位的辦法是增大加料量，而在低溫的條件下增大加料量反而會使爐溫降至更低，由此將導致爐內出現未熔化的“浮料”。出現這種情況，可采取以下措施中的任意一種進行調整：①全部采用高硫礦或增大高硫礦的比例，先提溫，待爐溫穩定后，再增大加料量來降低冰銅品位；②配料比不變或稍增大高硫礦的比例，先減少一定的加料量，待爐溫提高后再增大加料量來降低冰銅品位，熔池冰銅品位降低后再提溫。

（4）冰銅品位高、爐溫高。此種情況是爐料加入量過少所致，采取的措施是增大加料量來調整冰銅品位和爐溫，至合適即可。

（5）渣型不好時及時調整熔劑配比，并密切關注虹吸口，防止虹吸口堵塞、爐況向惡性循環方向發展。

2.1.3 渣含銅控制

熔煉爐渣處理采用沉降電爐對渣锍分離，產生含銅約0.5%的棄渣。電爐使用交流電源，3根石墨電極供電，電流通過渣層產生熱量，這種供熱方式產生的紊流很弱，可以提高沉降速度。

吹煉爐渣由連續吹煉爐渣口流出，經鑄渣機鑄塊冷卻后，高品位吹煉爐渣破碎后直接返回富氧側吹熔池熔煉爐，低品位吹煉爐渣破碎浮選成精礦再返回富氧側吹熔池熔煉爐。

2.2 存在的問題及解決措施

2.2.1 單體硫的產生

富氧側吹熔池熔煉爐屬于高強度熔煉爐，脫硫率高，投產初期煙氣中單體硫含量高，嚴重影響了硫酸系統及富氧側吹熔池熔煉爐的正常運行。通過采取穩定控制料量、控制煤的粒度及煤塊的加入方式、控制爐溫、補充二次風、控制余熱鍋爐出口煙氣含O2為3%～5%等措施有效地解決了這一問題。

2.2.2 余熱鍋爐振動

試生產階段，余熱鍋爐本體及其操作臺振動幅度大，頻率快。由于余熱鍋爐與富氧側吹熔池熔煉爐、廠房有關聯性，其振動不僅影響余熱鍋爐的安全運行，也對富氧側吹熔池熔煉爐、廠房的穩定性造成嚴重影響。這種狀況是余熱鍋爐管束內水汽循環造成的。對余熱鍋爐骨架及操作臺進行了二次加固，并將富氧側吹熔池熔煉爐煙氣與連續吹煉爐煙氣分別通過兩側電收塵器，以減少負壓相互影響，穩定余熱鍋爐負壓，余熱鍋爐本體及其操作臺振動問題得到解決，避免由此帶來的安全隱患。

2.2.3 爐墻腐蝕

在對富氧側吹熔池熔煉爐停爐檢修時發現，爐內襯磚腐蝕嚴重。造成腐蝕的原因是：入爐物料均為粉粒狀，對爐內襯磚造成沖刷腐蝕。二次風的增加使沖刷腐蝕進一步加劇。入爐二次風為冷風，與爐氣的冷熱交替造成了二次風口爐端墻磚體的剝落。

改進措施：對爐體增加部分水冷件，提高爐體襯磚壽命；將二次風口裝置改為銅制水冷件，增加其抗腐蝕性。

2.2.4 出口垂直煙道結渣及余熱鍋爐煙塵燒結

出口垂直煙道結渣及余熱鍋爐煙塵燒結比較嚴重。其原因是：

（1）入爐物料屬于粉粒狀，易被煙氣帶到煙道及余熱鍋爐內燒結產生結塊。

（2）爐頭鼓入的二次風破壞了爐內氣相平衡，增加了煙氣攜帶物料、煙塵的量。

（3）混礦雜質含量高，特別是Zn、Pb等低熔點雜質，極易在煙道、余熱鍋爐內黏結成塊。

（4）粉煤質量標準有待提高，目前使用的煤粉只是對灰分、熱量、粒度等制訂了簡單的標準，但對影響其熱分解、黏結性、結渣性等指標沒有限定。

改進措施：控制入爐物料雜質含量；提高燃料質量；盡可能降低爐頭鼓入的二次風量；摸索抑制煙道粘結的新途徑。

2.2.5 風眼磚腐蝕

試生產期間，風眼磚的腐蝕是影響富氧側吹熔池熔煉爐壽命的主要因素。富氧空氣由風眼鼓入爐內熔體，受熔體阻力影響在熔體內形成錐形氣流股，并卷入氣體產生氣泡。氣體與熔體在發生動量交換的同時，在氣流股四周造成壓力差，使風口附近形成負壓，熔體向風口附近流動，且與氣流股界面成垂直方向運行。當入爐風壓低時，氣流股穿透力差，造成風口處后墻受氣流股沖刷侵蝕，而氣泡在風口處的連續產生，不僅使風口遭受磨損，并且易造成風口結塊阻塞，增加捅風口的次數。

解決的措施：提高入爐富氧空氣的壓力；確保入爐氣體密度穩定，避免產生脈沖氣泡；對風口進行結瘤保護，使反應區遠離風口部位；對風口結構進行改進。

3 下一步工作方向

（1）改進風口結構，對風口進行強制冷卻，實施風、水或油冷，以提高風口部位的壽命。

（2）強化熔煉需要提高爐氣的氧勢，但是在硅酸鹽體系中，氧勢的提高將導致渣含銅升高。解決這一矛盾的途徑是提高熔煉溫度或改變渣型，采用高鈣渣或無硅CaO-Fe2O3渣型。

（3）在提高熔煉強度實施高溫熔煉時，可考慮渣層噴吹，風口位于渣層中下部位。

（4）提高儀控精確度，開發熔煉溫度連續測量及計算機遠程控制系統，降低過程偏差。

（5）將沉降電爐電極配置整體向沉降電爐中心移動，兩側銅口附近均有1根電極，以提高熔體溫度，降低銅口操作強度。

4 結語

富氧側吹熔池熔煉工藝在煙臺鵬暉銅業有限公司的成功實施，充分說明了該工藝設計合理，在生產中可行：

（1）富氧側吹熔池熔煉爐對物料適應性強，操作簡單，易于控制。煙氣中SO2濃度高且穩定，利于制酸。

（2）富氧側吹熔池熔煉爐結構簡單，配置緊湊，建設投資少。

（3）生產實踐證明，富氧側吹熔池熔煉工藝主要技術經濟指標達到了行業準入標準。

（4）富氧側吹熔池熔煉工藝體現了強化熔煉、適度貧化、余熱回收的技術原則，熔體連續流動，運行過程穩定，具有推廣使用的良好基礎和前景。

[1] 劉麟瑞，王丕珍.冶金爐料手冊[M].北京：冶金工業出版社，1991.527-532.

[2] [美]W.G.達文波特等.銅冶煉技術[M].北京：化學工業出版社，2006.150-152.

[3] 劉純鵬.銅冶金物理化學[M].上海：上?？茖W技術出版社，1990.402-403.

[4] 姜元順，王舉良.富氧側吹熔池熔煉爐煉銅煙氣中單體硫的產生及處理[J].中國有色冶金,2011,（2）：17-19.

[5] 張洪常，尤廷晏，孫子虎.富氧側吹熔池熔煉的工業生產實踐[J］.中國有色冶金,2009,（6）：12-14.