熱態精煉渣能量利用的生產實踐

譚芳香

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熱態精煉渣能量利用的生產實踐

譚芳香

針對熱態精煉渣能量利用問題，對原工藝進行改進，將廢雜銅冶煉過程中產生的精煉渣在熔融狀態下直接加入頂吹轉爐進行處理，不僅節能降耗，而且縮短了作業周期，增加了產能，經濟效益顯著。

廢雜銅冶煉； 熱態； 精煉渣； 頂吹轉爐； 能量利用； 節能降耗

精煉爐渣的成分與所處理的粗銅成分、爐襯性質及過程中所加熔劑等因素有關，變化范圍比較大[1]。精煉爐渣不僅含銅很高，有時還含有其他有用成分，故必須進行處理。一般情況下精煉爐渣作為冷料返回轉爐吹煉或與精礦一起在鼓風爐或反射爐中熔煉。本研究將廢雜銅冶煉過程中產生的精煉渣在熔融狀態下直接進行冶煉，充分利用熱態精煉渣中豐富的熱能，節約能源，在國內外廢雜銅冶煉行業屬新的前沿課題。

1 原有的處理工藝

在原有生產工藝中，精煉爐產出1 200 ℃精煉渣后，由爐內排放到渣包內緩冷，冷卻時間在24 h以上，待精煉渣冷卻至一定溫度后，從渣包中翻渣，翻包底銅，轉移到渣堆場冷卻至室溫，再用打渣機打碎，之后由頂吹轉爐冶煉貧化精煉渣，使頂吹轉爐棄渣含銅在1.5%以下。原再生銅精煉渣處理工藝流程圖見圖1。

圖1 原再生銅精煉渣處理工藝流程圖

原生產工藝頂吹轉爐處理精煉渣作業周期長，容易導致大量的精煉渣以及包底銅積壓，浪費熱態精煉渣的能量，而且貧化時要進行二次加熱，產生包底銅在系統中的滯留成本，渣包、場地倒轉的設備及人工費用，造成生產作業成本的增加。

能源浪費分析：①當頂吹轉爐冶煉冷態精煉渣時，需重新將冷態精煉渣由室溫加熱至冶煉溫度1 200 ℃，頂吹轉爐熔化冷態精煉渣的標煤單耗為133 kg/t，按每年產精煉渣60 000 t計算，則每年熔化精煉渣的消耗標煤為7 980 t；氧氣單耗為150 m3/t，折標煤0.4 kg/m3，則每年消耗標煤為3 600 t。②包底銅積壓3 428 t，天然氣單耗為85 m3/t，折標煤133 kg/t，每年熔化包底銅消耗的標煤為388 t；熔化包底銅氧氣單耗一般為70 m3/t，折標煤0.4 kg/m3，每年消耗標煤為96 t。③精煉渣倒運、翻包、破碎每年消耗柴油350 t，折標煤1.457 1 t/t，每年消耗標煤為510 t。④電力消耗折標煤34 kg/t，每年消耗標煤為1 938 t。故精煉渣處理及貧化加熱多消耗能源折標煤14 512 t，能源消耗嚴重。

2 技術方案及改進措施

2.1 技術方案

對工藝進行改進，對將廢雜銅冶煉過程中產生的精煉渣，在熔融狀態下通過包子直接加入頂吹轉爐，減少再次能源消耗，徹底消除精煉渣和包底銅積壓，減少銅在冶煉工藝系統中的循環，縮短生產作業周期，增加產能，顯著提高經濟效益。

通過此項技術改造，切實解決了廢雜銅冶煉工藝普遍存在的問題，實現了廢雜銅冶煉銅直收率高、作業周期短、運行費用低的總體目標。

2.2 改進措施

2.2.1 精煉渣的渣型及化學成分研究

爐渣是爐料和燃料中各種氧化物互相熔融而成的共熔體[2]，主要的氧化物是SiO2和FeO，其次是CaO、Al2O3和MgO等。固態爐渣由2FeO·SiO2和2CaO·SiO2等硅酸鹽復雜分子化合物組成，液態爐渣則是由各種離子組成的離子熔體[3]。表1列出了火法精煉工藝所產生爐渣的化學組成。

傳統的精煉渣處理方法[4-5]，一般是直接通過渣罐車運輸至廠外處理，但精煉渣為還原性渣，在高溫時呈粘稠狀或塊狀，溫度降至一定條件粉末化，該粉狀物質浸潤性差，易揚塵，對環境污染嚴重，不符合清潔生產要求[6]。熔融精煉渣的流動性較差，特別長距離運輸降溫后，流動性更差，調整每爐精煉搖爐或回轉式傾動爐(NGL爐)的二氧化硅加入量，從0.5 t～5 t之間，尋找每爐不同雜質的對應渣型的流動性。

表1 精煉渣的化學成分 %

2.2.2 溜槽安裝方式研究

溜槽采用隔板水冷方式，溜槽材質為Q345- R，水冷溜槽總重約6 t。水冷溜槽上方設置有卷揚門，卷揚減速機輸出軸速度為1 r/min，卷揚電機功率為1.5 kW。土建結構專業根據條件做出能夠承載相應載荷的立柱用于水冷溜槽安裝，水冷溜槽通過溜槽底部與結構立柱上的鋼板采用螺栓連接固定，這種安裝方式也便于溜槽更換。為了充分利用現有煙罩，在煙罩上方蓋板開孔，便于水冷溜槽安裝與檢修，也便于煙罩的檢修。水冷溜槽上留有進水和出水法蘭，可接入冷卻水進行冷卻，增加儀表測溫點。對頂吹轉爐的操作程序進行修改，增加連鎖關系、增加限位等。

3 改進實踐

3.1 改進后工藝

改進后的精煉渣處理流程如圖2所示。

圖2 改造后的再生銅精煉渣處理工藝流程圖

由圖2可知，該工藝節省了精煉渣倒運、冷卻、存放場地，減少了固體廢物在轉運、打碎過程中的飛揚、散發，大大縮短了熔煉周期。同時有助于提高頂吹轉爐爐齡。

3.2 改進前后能耗對比

改進前后能耗對比見表2。

由表2中數據可以看出：采用同一爐子對冷熱渣進行處理，加入熱態渣的總量525.85 t，平均每爐出銅48.2 t，作業時間8.29 h，天然氣單耗36.69 m3/t，氧氣單耗66.79 m3/t。與不加熱態渣的工藝相比，爐次、每爐處理渣量、總入爐量和粗銅產量均有所上升，作業時間、天然氣單耗和氧氣單耗均有所下降。

4 結論

本工藝有效地解決了再次冶煉精煉渣的能耗問題，精煉渣在熔融狀態下通過包子直接加入頂吹轉爐處理，減少了能源消耗，徹底消除了精煉渣和包底銅積壓，銅在冶煉工藝系統中的循環減少，產能增加，實現了廢雜銅冶煉銅直收率高、作業周期短、增加爐壽、運行費用低的總體目標，顯著提高了經濟效益。

表2 工藝改進前后能耗對照表

[1] 王翠芝.粗銅火法精煉技術的發展趨勢[J]. 有色礦冶，2005，(1):28-32.

[2] 朱祖澤, 賀家齊.現代銅冶金學[M].北京：北京科學出版社, 2003：558-560.

[3] Vidacak B, Sichen Du, Seetharaman S. An Experiment Study of the Viscosities of Al2O3—CaO—FeO Slags[J]. Metall. Mater. Trans., 2001, 32B(8):679-684.

[4] 王曉娣，邢宏偉，張玉柱. 渣處理方法及熱能回收技術[J]. 河北理工大學學報(自然科學版), 2009，33(1): 115-119.

[5] 肖永力，李永謙，劉茵寶. 鋼渣處理工藝技術的研究與工業應用[J]. 寶鋼技術, 2009(增刊):90-94.

[6] 殷瑞任.合理選擇二次精煉技術，推進高效率低成本潔凈鋼平臺建設[J]. 煉鋼, 2010, (2):1-5.

(廣西有色再生金屬有限公司， 廣西 梧州 543103)

Production practice of energy utilization of refining flux slag

TAN Fang-xiang

Aiming at energy utilization of refining flux slag, the original process was improved. The refining flux slag produced in scrap copper smelting process was filled to top-blown converter directly. This improvement gave an ideal result of saving energy, shortening the operating cycle, increasing productivity, and economic benefit was significant.

scrap copper smelting; flux; refining slag; top-blown converter; energy utilization; saving energy and reducing consumption

譚芳香(1985—)，女，廣西來賓人，碩士學位，工程師，從事技術管理工作。

2015- 01- 10

2015- 07- 21

TF811; X757

B

1672- 6103(2015)06- 0008- 03