全熱態連續吹煉工藝粗銅品質控制研究

朱云娥，孫彥偉

（黑龍江紫金銅業有限公司，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的PS（Peirce-Smith）轉爐，但普遍存在SO低空污染大、生產自動化水平低等缺點。底吹爐連續吹煉工藝的研發成功順應了世界煉銅技術的發展趨勢，擁有先天環境友好、自動化水平高的優勢，成為近年來吹煉工藝的首選。但是，國內外底吹爐普遍無法精準確認熱態冰銅入爐量，同時富氧底吹爐高風壓（不小于0.9 MPa）供風造成爐內三相熔體（粗銅層、冰銅層、渣層）攪拌劇烈，導致整體吹煉過程粗銅品質不能保證。此外，在溫度控制方面，全熱態生產會造成爐溫難控，所以目前的底吹爐吹煉工藝較多采用冷、熱態混合生產（熱冰銅70%+冷冰銅30%）模式，優勢在于入爐冰銅總量的估算更加準確，吹煉終點判斷更加合理，同時爐溫不會持續偏高。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，通過物料運輸返回底吹爐進行混合加入。冷、熱態混合生產模式避免了熱冰銅的計量誤差，冷冰銅比例越高，則總冰銅入爐量的估算越準確，終點判斷越準確，但是熱冰銅的緩冷、破碎及運輸等過程增加了勞動強度和生產運行成本，所以各底吹爐吹煉工藝爭相提升入爐料熱占比，提高企業效益。

1 底吹爐使用過程中存在的主要問題

根據目前國內使用情況，底吹爐在使用過程中仍然存在較多問題，突出表現為兩點。

1.1 終點判斷準確度一般

爐體的連續入爐量無法精確估算，導致吹煉終點判斷準確度一般。傳統PS轉爐加料采用包子吊運，加入的冰銅量可較為準確地計量，故整個吹煉過程送風量、燃輔料的加入量可依據相關經驗公式計算。但底吹爐連續吹煉工藝中，熱冰銅通過溜槽連續流入爐內，其質量無法較為準確地計量，受限于現場熱熔體的本身特性，測重裝置無法有效投入使用，雖然有經驗的工藝人員可通過冰銅流量進行人工估算，但因熔煉爐液面波動，熱冰銅流量無法時刻保持均衡，所以吹煉終點的判斷準確度一般。

1.2 粗銅品質較差

底吹爐吹煉工藝粗銅品質較差，較高的品位為97%左右，這也是其與PS轉爐相比的不足之處。經分析，轉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，倒渣后爐內只留存白锍相；而底吹爐連續吹煉過程中，粗銅層、冰銅層、渣層幾相同時共存，爐內始終處于翻滾狀態，雖然爐內有靜置分層區，但其無法達到最理想的靜置條件。未及時隨渣排出的雜質仍留在爐內隨氣流攪動，而粗銅又具有吸收雜質的能力，導致粗銅的含硫量和雜質含量高于轉爐。

2 工藝優化

黑龍江紫金銅業有限公司（簡稱黑紫銅）熔煉廠開創了世界首例側吹-底吹工藝生產模式，開發了銅冶煉生產新技術，擴展了底吹煉銅新方向。黑紫銅底吹爐于2019年9月5日正式進料生產，一次性打通新工藝路線，并逐步探索、實現了全熱態連續吹煉。底吹煉銅作為具有自主知識產權的技術，與側吹工藝聯合后，其在經濟環保、工藝技術指標等方面均優于同行業冶煉廠工藝，真正意義上實現了底吹爐全熱態高處理量連續吹煉生產。底吹爐吹煉工藝目前已在國內多個銅冶煉項目應用，與其他采用底吹爐吹煉工藝的企業（A廠、B廠、C廠）相比，黑紫銅的工藝指標整體更加優越，如表1所示。

表1 國內主要底吹爐吹煉工藝企業參數對比

3 全熱態連續吹煉工藝粗銅品質控制

底吹爐連續吹煉工藝中，粗銅品質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，導致其粗銅品質較PS轉爐差。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始終有薄層冰銅作為爐內還原劑，避免銅過吹嚴重，保證粗銅品位達標。同時，薄冰銅層的變化可以作為吹煉終點判斷的重要依據。此外，黑紫銅底吹爐改變了爐頂中央進料的方式，采用端部進料，充分利用氧槍分布將反應區移前，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吹煉的粗銅成分對比如表2所示。

表2 不同操作方式下底吹爐連續吹煉的粗銅成分對比

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

黑紫銅底吹爐氧槍位置可靈活調整，增加各氧槍通氣量，使吹煉過程有足夠長的反應區域，保證粗銅吹煉品質，同時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域。黑紫銅全熱態連續吹煉工藝的終點判斷方式主要有3點。

一是觀察鍋爐出口SO監測點濃度，并經常觀察冰銅口流量與處理量是否匹配，若不匹配，要及時調整相關參數。銅生成反應主要為

當爐內送氧量保持穩定時，煙氣SO濃度曲線隨時間推移不斷平穩降低，當濃度出現斷崖式下降時，SO生成量明顯減少，交互反應程度大幅下降，吹煉終點基本上已達到。

二是觀察爐內檢尺桿情況，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，送入的氧傳遞進渣層，使其過氧化，生成的FeO等過氧化物阻礙渣層內氣體的排出，此時即為吹煉終點，可開銅口進行放銅作業。黑紫銅連續吹煉作業先排渣再排銅，保持吹煉過程的薄渣層作業。

三是當吹煉終點即將來臨時，鍋爐煙氣溫度會持續降低，這是因為到達吹煉終點時煙氣含硫量降低，此時可從輔料進料口觀察到爐口至直升煙道段煙氣透明度增加。

通過對關鍵節點的重點關注和把控，黑紫銅底吹爐工藝較好地解決了全熱態吹煉入爐熱冰銅無法精確估算、同行業吹煉終點判斷方法相對單一的問題，準確度高。底吹爐的不同品位粗銅樣品如圖1所示，正常生產階段的粗銅樣品部分指標化驗結果如表3所示。

圖1 底吹爐的不同品位粗銅樣品

表3 粗銅樣品部分指標化驗結果

4 結論

傳統底吹爐吹煉終點判斷準確度一般，同時粗銅品質較差。通過熔煉工藝、吹煉工藝協調控制和吹煉過程監控，可實現底吹爐全熱態連續吹煉，熔煉爐熱冰銅連續進入底吹爐，底吹爐采用連續進料吹煉、間斷出粗銅的作業模式，入爐料熱占比可達100%。黑紫銅根據生產實際，優化底吹爐工藝操作，總結出適合本公司全熱態連續吹煉工藝的終點判斷方式，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，避免粗銅品質差而導致精煉作業周期長，提高了生產效率。