降低轉爐高品位冰銅吹煉渣含銅生產實踐

張定乾

（北方銅業垣曲冶煉廠，山西 垣曲 043700）

北方銅業垣曲冶煉廠現有PS轉爐3臺，規格為Φ3.6 m×8.8 m，實行70%～72%的高品位吹煉模式，主要目的是脫除其中的S、Fe及含有的少量Pb、Zn等雜質，使貴金屬富集于粗銅中。由于高品位吹煉含鐵量少，基本可以省略造渣階段，具有單爐作業時間短、生產效率高的優點。但由于含鐵量低，造渣困難，在生產過程中存在渣含銅過高的現象，影響了轉爐產量和直收率，因此，降低轉爐渣含銅對提高轉爐經濟指標和效益具有重要意義。

1 高品位銅锍吹煉作業制度

1.1 工藝簡介

轉爐高品位冰銅吹煉是通過風口向爐內鼓入空氣或富氧23%~24%的空氣，與爐內的高品位銅锍進行氧化反應，實現硫化物氧化和氧化鐵造渣的過程。作業直接進入造銅階段，爐內的熔體（主要以Cu2S的形式存在）與鼓入空氣中的氧反應，生成品位98.5%的粗銅和二氧化硫。粗銅送往下道工序進行火法精煉，鑄成合格的陽極板，吹煉產生的煙氣（SO2）經余熱鍋爐回收余熱后，送往制酸。

1.2 工藝原理

在轉爐吹煉過程中，發生的反應全是放熱反應。經過發熱量計算，在冰銅品位在70%~72%時，放出的熱量足以維持1 200℃以下的高溫進行自熱熔煉，并且還有部分的剩余熱量。生產時主要通過加入高含銅物料、陽極爐渣和雜銅、粗銅塊、殘極等冷料，來控制合理的熔體溫度（1 180℃±10℃），實現爐內熱平衡，確保反應正常進行。

高品位冰銅中的w（Fe）均在5%以下，在反應所需石英還未加入時，冰銅中的鐵就已經完成氧化反應，進而過氧化生成Fe3O4，導致正常的造渣反應來不及進行，而加入的石英多數未參與造渣反應，富集熔體表層，易造成爐噴。所以進入兩包料（45～50 t）之后開風直接進行造銅作業，不加石英熔劑，反應原理如下：

在加進最后一批銅锍后，再加入足量的石英，進行造渣，之后繼續吹煉，準確判斷吹煉終點，進行排渣、倒銅作業。

2 原因分析

從轉爐工藝過程、操作制度、管理手段進行分析，引起轉爐渣含銅過高的因素主要有：

2.1 冰銅品位過高

根據統計發現，轉爐吹煉品位為70%～72%的冰銅時，進行富氧（23%）操作，熱量能夠處理殘極等冷料。當冰銅品位大于74%時，吹煉過程中的發熱量不足以維持反應熱平衡，爐溫偏低，渣型惡化，爐渣黏度增大，渣含銅上升（見表1）。

表1 平均冰銅品位與渣含銅的關系 %

2.2 冷料、石英加入不當

2.2.1 冷料率過高對渣含銅的影響

實際生產中一般單爐作業結束后向爐內加入一些雜銅，在吹煉作業開始后逐漸加入殘極、粗銅塊。

轉爐吹煉的熱源主要是Fe、S及某些雜質的氧化，所有這些氧化反應均伴隨著大量的熱量放出，使吹煉過程不需要消耗額外的燃料。但由于高品位吹煉時熔體內的S、Fe等元素大大降低，所以這些熱量不足以維持大量的冷料處理量。

若冷料一次性加入冷料過多，會引起熔體表面溫度瞬間下降，難以維持爐內反應的熱平衡，爐內熔體反應緩慢、爐渣粘度大，不利于銅渣分離，使渣含銅升高。

2.2.2 冷料和石英加入時機對渣含銅的影響

在吹煉剛開始階段，爐溫尚未上升到正常作業溫度時即加入冷料和石英的話，一是冷料和熔劑吸熱會迅速降低爐溫，二是冷料和石英覆蓋在熔體表面，氣體難以穿透，爐內熔體反應進度緩慢，渣型惡劣，渣含銅升高。

2.2.3 石英加入量不當對渣含銅的影響

轉爐吹煉時，若石英量加入不足，會造成部分FeO無法與SiO2造渣，而繼續氧化成熔點較高的Fe3O4生成磁鐵渣，稍微過吹便會形成熔點較低、流動性較好的鐵酸銅（Cu2O·Fe2O3）稀渣，使渣含銅急劇增加。

若加入石英過多，易在渣層表面形成一層絮狀物（游離態的石英），也會使渣型惡化，渣粘度增大，引起渣含銅過高[1]。

2.3 吹煉終點判斷不準確

在轉爐高品位吹煉過程中，若吹煉終點判斷不準確，使熔體過吹，會使氧化亞銅含量升高，渣含銅會大幅增高。其次，吹煉結束進行放渣作業時，若下爐口不夠平整，或者轉至放渣位后不做停頓直接放渣、渣包底不進行返爐，也會造成渣含銅過高。

3 控制措施

3.1 穩定冰銅品位

根據表1可以看出，冰銅品位過高對轉爐渣含銅有直接影響。為保證冰銅內S、Fe等元素含量能保證轉爐吹煉時所需的熱量，實踐證明將冰銅品位控制在70%～72%的情況下，能有效保證爐內反應的熱平衡和渣的流動性，渣含銅能有效控制。

3.2 轉爐進行“富氧吹煉”

為滿足高品位吹煉時對熱量的要求，在總氧量富余的情況下，進行富氧作業，將氧濃度控制在23%～24%。富氧吹煉強化了爐內氣-液相反應，硫化物的反應速度加快，熱量同比釋放大大增加，隨煙氣帶走的熱量減少，爐溫上升較快，熔體流動性好，渣含銅降低。

3.3 規范作業制度，精細化管理

3.3.1 控制合適的入爐冷料量根據入爐品位隨時調整加入冷料量，不宜過多，且一次性投入量要嚴格控制。同時單爐作業結束后加入冷料量不宜過多，如果未進夠熱料，要及時進行天然氣保溫，以實現爐內熱平衡，爐內熔體反應迅速，渣型良好。

3.3.2 準確把握入爐冷料和石英的時機

向爐內加入粗銅、殘極時，要視爐況和爐溫而定，作業開始后先不加入冷料，待吹煉10 min左右，讓少部分FeS和Cu2S先發生氧化反應以迅速提高爐溫，等爐溫度升高至1 180℃以上時再加入冷料和石英。

轉爐吹煉時，銅锍中的FeS首先被氧化，生成FeO與加入的石英石熔劑進行反應，生成鐵橄欖石，其中有一部分FeO被生成Fe3O4，在有FeS和SiO2存在時，又生成鐵橄欖石：

加入石英時提前計算好當爐加入量，并觀察爐口火焰，當火焰發紅時，停止加入。火焰發亮時再次加入，當火焰逐漸變綠，并轉為淡藍色時，表明石英加夠，繼續吹煉[2]。要保證石英量充足，保證造渣充分，渣流動性良好。

3.3.3 準確判定吹煉終點

轉爐爐長要根據經驗，準確判斷吹煉終點。若稍有過吹，就容易形成熔點較低、流動性較好的鐵酸銅（Cu2O·Fe2O3）稀渣，不僅使渣含銅增加，直收率降低，而且稀渣嚴重腐蝕爐襯。吹煉終點的判斷標準：

1）火焰顏色。火焰顏色由乳白色轉為褐紅色，表明出銅時間已到。

2）火花。從爐后擋板處噴濺出的火花消失時即可出銅。

3）爐后判斷。從釬桿上觀察到的金屬銅光滑而平整，沒有小粒隆起，冷卻后呈玫瑰紅，并有金屬光澤時，表明即可出銅。

4）爐前取樣。從爐口用樣勺取樣，倒在干凈鐵板上，觀察銅水凝結情況，若銅水含有較多Cu2S，則SO2逸出冒泡噴濺；冷卻后有許多小孔，表明出銅時間未到，必須轉動轉爐繼續吹煉幾分鐘后再取樣檢查。若試樣凝結后呈灰黑色，組織疏散，則為過吹。如已過吹，可緩慢加入適量熱冰銅，還原過吹的銅。若冷卻后的試樣呈玫瑰色，則證明可以出銅[3]。

進料作業前，要先檢查爐口是否平整，若下爐口有缺口，需用黃泥補平，放渣作業時保證爐口“寬、淺、平”。

放渣作業時，將爐子轉至放渣位靜置2 min，待爐渣與銅液完全沉淀分層之后，由小到大、平穩放渣，并及時探測渣層厚度，防止帶銅。

放完渣時將渣包內的吹煉渣倒至大渣包時，也要由小到大，平穩倒渣，并將包底返回轉爐。

4 實際效果

經過生產實踐，通過控制冰銅品位、實行富氧操作、精細化管理等措施，轉爐渣含銅由之前的35%~40%降低至35%以下。提高了冶煉回收率，節約了生產成本，研究頗有成效（見表2）。

5 結語

轉爐高品位冰銅吹煉施行上述系列操作制度后，有效地降低了轉爐渣含銅，提高了轉爐直接回收率，減少了冷料的輸出，改善了經濟技術指標，隨著工藝、操作和管理的進一步改善，降低轉爐渣含銅將成為提高經濟效益的一項重要增長點。

表2 6月—7月渣含銅統計 %