探討底吹爐爐周期中 m（Fe）/m（SiO2）的控制

陸宏亮

（北方銅業垣曲冶煉廠， 山西 垣曲 043700）

北方銅業垣曲冶煉廠采用的底吹爐是1臺可旋轉的臥式圓筒形爐子，直徑4.8 m，長度20 m，采用厚度為70 mm的Q345R鋼板焊接而成。富氧底吹熔煉屬于熔池熔煉，熔池熔煉的優點是過程簡單、操作方便、生產效率高、爐料不必深度干燥和磨細、煙塵率低、燃料消耗少、對燃料的種類和質量無嚴格要求。用富氧空氣熔煉，煙氣SiO2高，硫酸生產條件好，有利于環境保護。現在富氧底吹爐（以下簡稱底吹爐）是我國擁有自主知識產權，在國內外使用越來越多，開拓了熔池熔煉的新篇章[1]。

1 FeO-SiO2 二元系渣中 m（Fe）/m（SiO2）

底吹爐熔煉生產是一個FeO-SiO2二元系化學反應體系，嚴格的說，FeO-SiO2不是一個真正的二元系。正如已經知道的，FeO是一個被稱為浮士體的鐵氧化合物，它不像Fe2O3和Fe3O4那樣是化學計量化合物，而是非化學計量化合物，它的含氧量是隨溫度和氧分壓而變動的。浮士體實際上是溶解了Fe3O4的固溶體。由浮士體和二氧化硅組成的二元系中，液相下的Fe2O3的含量是隨SiO2的含量而變化的。

表1 FeO-SiO2體系中化合物與共晶物的熔點

圖1 FeO-SiO2二元系在不同溫度下的情況

通過表1、圖1可以看出在FeO—SiO2二元系渣型中，鐵橄欖石附近，熔化溫度最低，單就這一性質而言，是能較好地滿足爐渣的要求。按照成分計算，鐵橄欖石中：ω（Fe）=54.83，ω（SiO2）=29.5，m（Fe）/m（SiO2）=54.83÷29.5=1.86。

理論上認為渣中的FeO全部轉換成鐵橄欖石，溶劑石英完全利用。

實際生產中，m（Fe）/m（SiO2）控制是以熔煉渣中作為控制變量，石英溶劑輸出比率作為操作變量并以配料計算作前饋控制，熔煉渣的成分檢查作反饋控制來實現的，最終調節到生產所需要的數值，并以化驗結果為最終依據。例如：生產中某渣樣X-熒光分析報告 w（Fe）為 42.41%,w（SiO2）為 24.80%，m（Fe）/m（SiO2）=1.71，這時認為現在控制的 m（Fe）/m（SiO2）為1.71。

2 爐周期中 m（Fe）/m（SiO2）的控制

底吹爐爐周期定義為從造熔池到投入生產一直到熔池里液體全部放空，一般為12個月，大約分為前期、中期、尾期三個階段。

1）爐周期的前期。爐周期的前期，為了給耐火磚提供保護，希望Fe3O4以單獨相析出，這個期間爐渣要以浮士體 + 鐵橄欖石出現，m（Fe）/m（SiO2）控制要高于1.86，這樣有部分的Fe3O4以單獨相析出，掛在耐火磚表面，形成高鐵渣爐結。爐結過厚會減小爐膛有效空間，對底吹爐正常生產帶來諸多影響，爐結厚度達到合適即可。實際生產中高品位冰銅占70%～75%，m（Fe）/m（SiO2）控制在 2.0～2.3 實際測得，生產10天爐結70mm，20天爐結90mm，30天爐結100mm，滿足保護耐火磚的要求，同時對底吹爐正常生產不造成多大影響[2]。

2）爐周期的中期。這個時期是底吹爐正常生產，爐渣成分是鐵橄欖石，理論 m（Fe）/m（SiO2）控制在1.86左右，爐渣溫度低，排渣帶走爐內熱量最少，減少高溫對耐火磚的侵蝕，不再產生高鐵渣爐結，保證爐膛內的有效空間，石英溶劑合理經濟使用。由于實際生產受很多因素影響，例如產渣量的大小，渣含銅的高低，等等，所以 m（Fe）/m（SiO2）控制范圍較大，控制在1.6～2.0能滿足正常生產，底吹爐穩定運行。

3）爐周期的尾期。到了爐周期的尾期，為停爐檢修做準備，需要對爐體內的爐結進行清洗，將爐襯表層粘結的高鐵渣逐漸熔化掉，溶劑石英必須達到過飽和加入，這個時期 m（Fe）/m（SiO2）控制在 1.4～1.6 在高溫下可以將爐體內爐結清洗，由于底吹爐熔煉溫度不宜過高，時間比P-S轉爐洗爐時間長，這個時期要持續兩周才能達到效果。

通過以上分析，FeO-SiO2二元系渣型中，單對底吹爐渣的特性總結見表2。

表2 底吹爐爐周期各時期m（Fe）/m（SiO2）

3 結語

由于底吹爐爐周期時間長，冶煉產物不止爐渣，出現各種冶煉問題，在實際中 m（Fe）/m（SiO2）的控制不一定在表2的范圍里，實際生產中按照表2各時間段控制 m（Fe）/m（SiO2）較符合底吹爐爐周期的使用，能發揮底吹爐在一個爐周期較好的經濟效益，滿足工廠實際要求。

[1]朱祖澤，馬克.銅冶金學[M].昆明：云南科技出版社，1995.

[2]彭容秋.銅冶金[M].長沙：中南工業大學出版社，2004.