標準化操作對轉爐渣含銅的影響

金澤志， 盛柏青

(金昌冶煉廠， 安徽 銅陵 244010)

標準化操作對轉爐渣含銅的影響

金澤志， 盛柏青

(金昌冶煉廠， 安徽 銅陵 244010)

結合金昌冶煉廠的生產實踐，分析了標準化操作的執行程度對轉爐渣含銅的影響，提出了在操作中如何降低轉爐渣含銅的有效途徑和方法，指出了嚴格執行標準化作業制度，加強操作技術改革是實現降低轉爐渣含銅的關鍵措施之一。

轉爐吹煉； 標準化作業； 轉爐渣； 渣含銅

轉爐吹煉是將銅原料經熔煉后得到的中間產物——冰銅進行吹煉，脫除其中的S、Fe及含有的少量Pb、Zn等雜質后得到粗銅，同時大多數貴金屬富集于粗銅中，是火法煉銅生產中的重要環節。在銅冶煉過程中，金屬的回收率是一項重要的技術經濟指標，轉爐渣含銅是冶煉過程中銅損失的原因之一，降低轉爐渣含銅對提高冶煉直收率有重要意義。金昌冶煉廠目前轉爐工序共有Φ3.2 m×8.76 m P-S轉爐4臺，本文總結了金昌冶煉廠降低轉爐渣含銅的生產實踐。

1 工藝原理

轉爐吹煉是通過風口向爐內鼓入空氣或富氧空氣實現氧化鐵造渣和硫化物氧化反應的過程，反應過程中放出大量的熱。除維持造渣反應和造銅反應的熱量需要外，還有大量的熱量過剩。

生產時，通過加入冷料，控制合理的造渣反應溫度(1 250±10 ℃)和造銅反應溫度(1 180±10 ℃)[1],實現爐內熱平衡，確保反應正常進行。

轉爐吹煉為周期性作業。S期主要是硫化亞鐵氧化生成氧化亞鐵與熔劑造渣，即S期：

(1)

(2)

隨著吹煉的進行，當锍中的Fe含量降到1%以下時，也就是FeS幾乎全部被氧化之后，吹煉進入B期，即造銅期：

(3)

造渣期的特征是分批地往爐內加入冰銅和冷料并添加石英石熔劑造渣和分批放渣。

2 原因分析

從轉爐造渣、放渣的過程分析，引起轉爐渣含銅過高因素主要有：

2.1 熱料銅锍品位過高

轉爐吹煉低品位銅锍時，熱量比較充足，為了維持一定的爐溫，需添加冷料來調節。但吹煉高品位銅锍時，尤其采用空氣吹煉時，如控制不當，就顯得熱量有些不足，爐溫偏低，渣的黏度增大，渣含銅上升。

金昌冶煉廠轉爐設計生產能力為70 t，屬小型轉爐，因無富氧吹煉，要求入爐銅锍品位在45%～55%之間。若入爐冰銅品位過高，吹煉過程中發熱量不足以維持反應熱平衡，造成爐溫低，渣形惡化，渣黏度大，渣含銅超標。2013年3～6月澳爐銅锍品位和轉爐平均渣含銅化關系如表1所示。

表1 平均冰銅品位與渣含銅的關系

2.2 冷料率超標，冷料、熔劑加入不適當

2.2.1 冷料率超標對渣含銅的影響

在轉爐生產過程中，吹煉低品位冰銅時，S期熱量比較充足，為了維持一定的爐溫，一般會添加冰銅煲殼、床下物、煙道結塊、陽極爐精煉渣和冷雜銅等物料，以解決現場物料堆積和平衡爐溫。但若冷料加入過多，即入爐冷料比過高，難以維持S期吹煉的熱平衡，造渣反應進行緩慢，渣黏度大，渣含銅高。2013年8月6日，對生產作業中的1#、2#、3#轉爐造渣期冷、熱料入爐情況作現場調查，調查結果如表2所示，發現3臺爐次冷料加入量均超過30%[2]，轉爐渣含銅均超過5%。

表2 入爐冷料與熱料重量及比值

2.2.2 冷料加入時間對渣含銅的影響

在吹煉S期剛開始階段，爐溫尚未上升到正常造渣所需溫度即加入冷料和溶劑，一是冷料和熔劑吸熱會迅速降低爐溫，二是冷料和熔劑覆蓋在熔池表面，氣體難以穿透，造成噴濺且造渣進度緩慢，造渣不充分，渣形差，渣含銅上升。

圖1 轉爐富氧吹煉控制系統

2.3 渣中SiO2/Fe不達標

在轉爐S期吹煉時，若石英熔劑加入量不足，會造成部分FeS無法與SiO2造渣，而繼續氧化成Fe3O4生成磁鐵渣。這種磁鐵渣密度大黏度高、流動性差，造成渣含銅超標。若加入石英溶劑過多，易在渣表層形成一層絮狀物(游離態的石英)也會使渣性惡化，渣黏度增大，引起渣含銅超標[3]。2013年8月9日選取當班作業爐渣樣進行化驗檢驗，檢驗結果如表3所示，渣含硅不在合格區間內，渣形惡化，渣含銅均超標；在要求范圍內的渣含銅均達標。

表3 轉爐渣含硅量

2.4 造渣終點判斷不準、放渣作業未按標準化作業

在轉爐S期吹煉過程中，若造渣終點判斷不準，放渣過早或過遲都會造成渣形惡化，渣的流動性差，渣、銅分離不清，渣中含銅會大幅上升。其次，放渣時若下爐口不平整或爐口轉至放渣位置時不做停頓即進行放渣作業也會造成渣中夾帶白锍。

3 過程控制

3.1 轉爐進行“富氧吹煉”

為滿足高品位銅锍吹煉時對熱量的要求，從澳爐總氧管道接一路支管至混氧站，再從混氧站分出4條支管分別與4臺轉爐送風管相連接，在管道連結處安裝調節閥門，在總氧量富余的情況下爐長可根據需要在控制室通過調整閥門開度控制用氧量和富氧濃度，當吹煉冰銅品位高于52%時即進行富氧吹煉，要求S期將氧濃控制在23%～25%[4]。富氧吹煉強化了爐內氣- 液多相反應，硫化物的氧化反應速度加快，熱量同比釋放大大增加，隨煙氣帶走的熱量少，爐溫上升較快，造渣反應進行迅速，渣溫高、流動性好，渣含銅降低明顯。

3.2 執行標準化作業

3.2.1 控制入爐冷料率

根據入爐冰銅品位適時調整入爐冷料率，冰銅品位45%～48%時S期入爐冷料率控制在25%～30%，冰銅品位49%～57%時S期入爐冷料率控制在19%～25%，同時將冰銅煲殼、陽極爐精煉渣破碎至直徑50 cm以下與轉爐床下物、煙道結塊混合后裝煲分批入爐，以控制合理的造渣反應溫度(1 250±10 ℃)，實現爐內熱平衡，造渣反應迅速，渣形好。

3.2.2 穩定爐況

從S的化學反應方程式可以看出，S期化學反應分為FeS的氧化和造渣兩個階段，即FeS先被氧化成FeO再與熔劑進行造渣反應，而維持化學反應的熱量主要來源于FeS的氧化反應(反應式1)。因此，在裝入第一批銅锍進行S期吹煉前期，通常先不加入冷料和熔劑進行空吹10 min左右，讓少部分FeS先發生氧化反應以迅速提高爐溫，當爐溫上升至1 200 ℃以上時再加入冷料和熔劑，熔劑需批次加入，控制爐溫波動范圍在50℃以內，同時熔劑的加入速度要與FeS的氧化速率相匹配[4]，造渣反應才能迅速進行，造渣充分，渣流動性好。

3.2.3 SiO2/Fe

轉爐吹煉造渣的目的是以新的方式熔解形成固體的FeO和Fe3O4，能夠從轉爐中倒出，因此需加入適量的含SiO2的熔劑，使SiO2/Fe 達到約0.5[4]。爐長在加熔劑時，需通過觀察爐口火焰顏色的變化爐溫的波動來判斷加入量(正常情況下爐口火焰大部分變成綠色即可)。一般將造渣熔劑破碎成直徑1～5 cm的塊度，合理的物理規格會加速熔劑在爐內熔解參與造渣反應，不會因熔劑顆粒過大無法熔解覆蓋在熔體表面降低爐溫而造成黏渣，渣流動性好，渣含銅下降明顯。

3.2.4 準確判斷造渣終點，執行標準化作業

金昌冶煉廠轉爐操作自動化程度較低，無生產可視化在線檢測系統，轉爐長主要依靠經驗操作，并將實踐經驗編入轉爐爐長標準化作業內容，造渣終點的標準為:轉爐煙氣中出現銅蒸汽，使火焰大部分變為綠色[4]；爐口噴濺物較始吹時變得細小、密集，頻繁呈絮狀，漂浮無力、發亮，凝固樣呈空心粒狀；爐后釬樣粘結物的顏色由灰白色轉為青灰色，再轉為油黑色，有光澤，結構松脆，能自動斷裂脫離[5]；停風后，爐內液面平整，石英石化盡，在渣層不過厚的情況下，表面會出現半球狀的小泡沫，用渣釬插入熔體中測樣，渣和銅之間的界面十分清晰，上層為發亮的渣層，下層為發暗的白鈹層，排渣時渣流動性良好，終點到。在放渣前需觀察轉爐下爐口情況，若下爐口不平整，中間有缺口，此時需用黃泥搪平整后再進行放渣作業且將爐體轉至放渣位置稍停頓2 min待爐內吹煉渣與白锍完全沉定分層后由小到大、平穩放渣，并及時用試渣釬探測渣層厚度，防止夾帶白锍，可有效降低渣含銅。

3.2.5 “白锍”回收的補救措施

在渣場倒渣時，需緩慢進行，仔細觀察煲嘴是否有白锍流出，一旦發現有白锍即停止倒渣，余下的進行回爐，以減少渣含銅。

4 實際效果

經過兩年多的生產實踐，金昌轉爐渣含銅由2012年平均5.5%降低至2013年的平均4.85%，2014年平均為4.80%，2015年一季度平均為4.75%,按全年15萬噸渣量計算，渣含銅每降低0.01%，每年即可增產15 t。轉爐直收率由2012年的83%逐步提高至2014年的94%。

5 結論

轉爐富氧吹煉和標準化操作的應用，優化了轉爐作業過程的控制，改善了經濟技術指標。隨著金昌冶煉廠生產模式轉變(轉爐由先前的4H3B生產模式轉變為3H2B模式)，降低轉爐渣含銅成為提高經濟效益的重要增長點。

[1] 彭容秋.銅冶金[M].長沙：中南大學出版社，2004.

[2] 朱祖澤，賀家齊.現代銅冶金學[M].北京：科學出版社，2003.

[3] 陳國發.重金屬冶金學[M].北京：冶金工業出版社，2008.

[4] [美]W.G.達文波特.[美]M.金.[美]M.施萊辛格，A.K,比斯瓦斯.銅冶煉技術[M].北京：化學工業出版社，2006.

[5] 邱竹賢.冶金學(下卷)有色金屬冶金[M].沈陽：東北大學出版社，2001：103-104.

Influence of Copper Containing in Converter Slag by Standardization Operations

JIN Ze-zhi，SHENG Bai-qing

The article analyses the influence of copper containing in converter slag by standardization operations, according to production practice in Jinchang smelter, puts forward in effective ways and methods how to reduce copper containing in converter slag in the operation, points out executing standard operating system strictly, and strengthening technological reform is one of the key measures to achieve lower copper containing in converter slag.

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2015-03-06

金澤志(1973-)，男，安徽桐城人，冶煉高級技師，大學?？?，主要從事生產管理工作。

TF811

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1003-8884(2015)04-0020-03