ISA炉反应及基本原理

1、ISA炉反应及操作原理 1、工艺简介 艾萨炼铜法是一种浸没式富氧顶 吹熔池熔炼法，通过喷枪把富氧空 气强制鼓入熔池，使熔池产生强烈 搅动状态加快了化学反应的速度， 充分利用了精矿中的硫、铁氧化放 出的热量进行熔炼，同时产出高品 位冰铜，烟气中高浓度的SO2经收 尘后送往硫酸分厂制酸。熔炼过程 中不足的热量由燃煤、燃油和燃气 等提供。 图1艾萨炉模型 艾萨炉的核心技术为一支特制喷枪。富氧空气 通过喷枪强制鼓入炉内，由于喷枪内有一漩流器给 气体增加了动能，这些具有强大动能的气体使熔池 剧烈地搅动，新进炉的物料在瞬间即被高温熔体所 包围，同时还随熔体的强制流动发生上下、左右的 翻腾，鼓入炉内的氧气大

2、量分散在熔体的各处，在 高温下精矿迅速发生化学反应。 图 2 喷 枪 漩 流 器 2、艾萨炉的炉内结构 炉底：艾萨炉炉底为反拱形（即锅底形），采用长 425mm左右的耐火砖竖直砌筑，最靠近钢壳处以两 层拱角砖进行固定。 炉身：全部为450mm长的耐火砖水平砌筑，耐火砖 与钢壳之间竖直砌一层保温砖。 烟气区：较复杂。钢壳与耐火砖之间为保温砖；在 扩张口处即东向为450mm的耐火砖；东南与东北向 为400mm的耐火砖；其余各处为350mm的耐火砖； 不同长度的砖之间会有一个交叉过渡区，停产时我 们可从加料口和喷枪口看出这些交叉区（主要为南 向和北向）的错台。 阻溅板镶嵌于6970层的东向。 电 炉

3、 烟气 加 料 口 保 温 烧 嘴 排放 阻 溅 板 云铜艾萨炉简图 炉 底 炉 身 烟 气 区 3、铜火法熔炼原理 铜精矿 传统熔炼：反射炉、电炉、鼓风炉强氧化熔炼：闪烁炉、诺兰达炉、三菱 法、瓦纽科夫法、白银法、澳斯麦特/ISA 烟气 弃渣 铜锍铜锍烟气炉渣 吹炼：PS转炉、连续吹炼、闪烁吹炼 粗铜 火法精炼 浇铸阳极板 电解精炼 阴极铜 炉渣 贫化 贫化渣 弃去 烟气 放空 贫化铜锍 制酸 烟气 图3铜火法冶炼流程 阳极泥贵金属硫酸铜 现代造锍熔炼是在11501250的高温下，使 硫化铜精矿和熔剂在熔炼炉内进行熔炼。利用铜对 硫的亲和力大于铁和其他金属，而铁对氧的亲和力 大于铜的特性，炉

4、料中的铜、硫与未氧化的铁形成 液态冰铜。这种冰铜以Cu2S-FeS为主，并溶有Au、 Ag等贵金属及少量其他金属硫化物的共熔体。炉料 中的SiO2、Al2O3、CaO等成分与FeO一起形成液 态炉渣。炉渣是以2FeOSiO2为主的氧化物熔体。 冰铜与炉渣互不相溶，且密度不同（冰铜的密度大 于炉渣的密度），从而分离。 火法处理硫化铜精矿优点：能耗低、单位设备 生产速度高、贵金属回收率高；缺点：产生大量烟 气，污染环境。 造锍反应: Cu2SO2 Cu2OSO2 FeS+Cu2OFeOCu2S G014475013.05T Ka（FeO） aCu2S/ aFeS a（Cu2O） 该反应的平衡常数K

5、值很大（在1250时，lgK为 9.86），表面反应显著地向右进行。一般来说，体 系中只要有FeS存在，Cu2O将变成Cu2S，进而与 FeS形成铜锍Cu2S-FeS。 造渣反应： 炉内产生的FeO在SiO2存在的情况下，将生成铁橄 榄石炉渣。 FeO SiO2（2 FeO SiO2） G03226015.27T 同时，炉内的Fe3O4在高温下能够与石英沙生产炉 渣，反应如下： FeS3 Fe3O4 5 SiO25（2 FeO SiO2） SO2 艾萨炉熔炼化学热平衡 A、各物质化学性质 a、燃煤要求固定炭含量65，挥发分15，灰 份22，发热值6500kcal/kg。 b、燃油化学性质 发热

6、值为40000 KJ/kg，密度0.8232Kg/L。 c、SO2=SO2 (反应生成热11286.09 KJ/kg) d、FeS+O2=FeO+SO2 (5377.74KJ/kg) e、FeS2+O2=FeS+SO2 (1917.74KJ/kg) B、热收入 C、热支出 物质燃煤 燃油 化学反应 放热 物料潜热各种风 显热 所占百分比306811 物质还原反 应吸热 炉壳 散热 水蒸发 吸热 冰铜和炉 渣热焓 烟气烟尘 带走热 百分 比 82203040 熔炼过程的主要化学反应类型： 熔炼物料中主要的化合物是硫化物、氧化物和碳酸 盐。可能的硫化物组成分有：CuFeS2、CuS、Cu2S、 F

7、eS2、FeS、ZnS、PbS、NiS等等。氧化物有： Fe2O3、Fe3O4、Cu2O、CuO、ZnO、NiO、 MeOFe2O3、SiO2、Al2O3、CaO、MgO碳酸盐有： CaCO3、MgCO3等等。这些组分在熔炼过程中将会 发生以下化学反应： 一、热分解反应 在熔炼过程中处理生精矿或者是干精矿时，炉料中 含有较多高价硫化物，在熔炼炉内被加热后，离解 成低价化合物，主要的反应有： FeS2=FeS+1/2S2 300开始，560激烈进行 CuFeS2=Cu2S+2FeS+1/2S2 550开始 2CuS=Cu2S+1/2S2 400开始，600激烈进行。 上面反应的分解产物是稳定物质

8、。 在较高的温度下，炉料中铜的高价氧化物也发生分 解反应： 2CuO=Cu2O+1/2O2 在1105开始，产物Cu2O是较为稳定的化合物， 在冶炼温度下（13001500）是不分解的。 另一类热分解反应是碳酸盐的分解： CaCO3=CaO+CO2 在910开始 MgCO3=MgO+CO2 在640开始 二、硫化物的氧化反应 硫化物的氧化反应是熔炼过程中脱硫的重要反应。由于 这一类反应的进行，炉料中部分硫被氧化，呈二氧化硫 形态脱出，从而保证获得一定品位的冰铜。炉内的氧势 强弱控制着脱硫程度，也就控制了产出的冰铜品位。在 熔炼温度（大于1300）下，硫化物氧化反应的吉布 斯自由能变化为较大的负

9、值，所以产生MeO。 主要的氧化反应有： （1）高价硫化物的直接氧化： 2FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2 2CuFeS2+5/2O2=CuSFeS+2SO2+FeO 2CuS+O2=Cu2S+SO2 （2）低价化合物的氧化反应 FeS+3/2O2=FeO+SO2 3FeS+5O2=Fe3O4+SO2 Cu2S+3/2O2=Cu2O+SO2 其他有色金属硫化物（NiS、PbS、ZnS等）也会被 氧化成相应的氧化物。 在强氧化气氛下、还会发生反应： 3FeO+1/2O2=Fe3O4 当体系SiO2的量充足时，生产Fe3O4将被还原成 FeO 2

10、CuFeS2+3Fe3O4+5SiO2=（Cu2SFeS）+5 （2FeOSiO2）+2SO2+热量 随之熔炼炉型的不同，上述氧化反应所占的比重也 不同。在艾萨炉内，直接进行氧化的比重大； 而在 矿热电炉中则很小，炉料中FeS数量最多，而且氧 化反应吉布斯自由能变化负值较大，所以它比其他 硫化物优先氧化，而后则是Cu2S。铁硫化物生成是 Fe3O4的趋势是不可避免地，只是随炉型，程度不 同。在强氧势及良好的气氛接触时，Fe3O4生成量 较多。艾萨炉渣中Fe3O4的量为10%左右。 三、交互反应 冰铜熔炼中另一类型反应是硫化物以氧化物的交互 反应，它是最重要的一类反应。因为这类反应决定 着冰铜以

11、及其他有价金属在冰铜中的回收程度，决 定着Fe3O4还原造渣的顺利和完全程度。来自于热 分解和氧化反应生成的Fe3O4、FeS、FeO、Cu2S、 Cu2O以及炉料中的二氧化硅在高温相互接触条件下 将进行交互反应。这里反应又可以分成两类反应： 一是Fe3O4和FeS的反应，反应式为： Fe3O4+FeS=FeO+SO2； 二是金属硫化物与氧化物之间的MeSFeO的反应， 以及相同金属硫化物与氧化物之间的反应。 艾萨熔炼法中的主要化学反应与一般的冰铜熔炼过 程的化学反应基本上是一样的，总的反应式为： 4CuFeS2+5O2+SiO2=2（Cu2SFeS）+ （2FeOSiO2）+4SO2+热量

12、4、Fe3O4在ISA熔炼中的作用 需要掌握最重要之处就是喷枪中的氧并不直接 就和精矿或者是燃煤发生化学反应。相反，它首先 和炉渣中的氧化亚铁发生化学反应形成磁铁矿，然 后，磁铁矿和精矿发生化学反应并燃烧煤。少量的 磁铁矿在化学反应中是必需的；太多的磁铁矿会造 成操作熔炼炉比较危险 。加入艾萨炉内的燃煤并不 直接就和来自喷枪的空气一同燃烧，而是随着精矿 的熔炼，煤和磁铁矿中的氧发生反应而燃烧。 加入熔炼炉内的燃煤由大多数可以燃烧的碳以及不 能燃烧灰份组成。通常情况下，燃煤含有可以在熔 炼炉内燃烧的固定碳。也就是这类碳和磁铁矿发生 化学反应并最终形成了二氧化碳（CO2）。化学反 应式如下： C

13、+ 2Fe3O4 CO2 + 6FeO （燃煤碳）（磁性铁）（二氧化碳） （氧化亚铁） 由于每个碳原子需要两个氧原子来形成二氧化碳， 所以每个碳原子燃烧时就需要消耗两个磁铁矿分子。 因此，如果没有磁铁矿，燃煤就无法燃烧。 大多数人都认为燃煤的燃烧会产生热量。但是， 事实上燃煤和磁铁矿之间的化学反应冷却了熔池。 热量是由首先形成磁铁矿的化学反应所产生的。向 熔炼炉加入燃煤会使熔炼炉升温的原因在于同时也 加入了额外的燃烧空气。燃烧空气产生更多的磁铁 矿，而这些磁铁矿产生的热量超过了燃煤和磁铁矿 之间的化学反应的冷却程度，因而产生了额外的热 量，熔炼炉的温度就升高了。这就解释了为什么只 加燃煤而不添

14、加额外的燃烧空气（在需要降低磁铁 矿的浓度时，采取的就是这种方法）会使熔池的温 度降低以及为什么只加燃烧空气而不添加燃煤却能 使炉子温度迅速上升。 但是，炉内的磁性铁如果过多，就会大大加快 反应速度，短时间内生成大量的气体产物（SO2为 主）；同时因磁性铁数量大，使炉渣的粘度增大， 大量的气体要逸散出来很困难；炉内温度上升很快。 渣中包含的气体越积越多，就造成了炉渣发泡，熔 池面也急速上升。当炉渣里的气体量累积到一定程 度，其气体压力大于炉渣的表面张力，气体就冲破 炉渣表面逸散出来，并夹带着很多炉渣和冰铜，这 就形成了爆炸式喷溅。如果炉内产生的大量气体不 能及时从烟道流出，就会从加料口喷出，如

15、果这还 不能缓解炉内的气体压力，炉顶就有可能被气体掀 开，造成严重后果。 所以，维持正常生产的磁性铁量是必要的，但 必须控制磁性铁的总量不能超过15。 5、熔池温度的控制 艾萨炉温度控制是通过燃料（燃煤、燃油、天 然气等）补加来达到熔炼温度的平衡，其中精矿中 的铁、硫自身氧化放热量达到熔炼所需总热量的70 左右，补煤和燃油将补充剩余30的热量。目前 云铜艾萨炉的控温主要是通过燃煤补加来调节热平 衡。以一次换料为例：首先根据备料工区最新的理 论物料成分、小时物料量及所要得到冰铜品位进行 计算，得出理论所需补煤量；以配煤系数来控制一 次补煤的量，一次补煤的量以温度平稳、二次补煤 的频次和量都要少为

16、依据。 由于同一批次原料成分存在波动，并且我们的 小时处理量和目标冰铜品位也存在一定的变化，故 我们的一、二次补煤量会不断地进行调整。正常生 产时，如果温度低于控制温度，操作员开3煤仓， 设定给煤圆盘转速来调整二次燃煤补入量，由于我 们燃煤仓离加料口太远，燃煤从煤仓进入炉内大概 需要34分钟，当系统检测到运煤皮带上的数值后， 对应煤的给氧量就由喷枪进入炉内，此时燃煤还没 有进炉内，给氧是提前给入的；相反，停煤仓后运 煤皮带停止，燃煤数值为0，给氧停止，实际上此 时还有几分钟皮带上的燃煤才完全进到炉内。 如果遇到掉渣等原因造成温度急剧下降，这时就需 要启用燃油来迅速提温。燃油设定值400L/h时

17、， 喷枪跳出端压自动控制状态，必须手动来提升和下 插喷枪；由于燃油提温迅速，当温度上升到接近温 控中心时关闭燃油，防止温度瞬间过高。在使用燃 油时，相对应的燃油需要空气同时通过喷枪供给， 燃油燃烧的同时产生的CO2和H2O气体，造成炉内 短时间的烟气量突然增大，给炉顶和烟道带来较大 的冲击，使其掉渣的可能性显著增加。由于喷枪喷 出燃油燃烧，给喷枪端部带来高温高热和强烈的气 流冲刷，所以燃油使用频次多的喷枪端部烧损会更 严重些。 喷枪使用燃油导致强制鼓入炉内的富氧空气量增加， 同时燃烧反应还生成更多的气体，此时对熔池的搅 动将更加激烈，加快了传质传热速度，生成的磁性 铁数量也逐步增多，加上燃油燃

18、烧本身放出的热， 熔池温度上升很快。 如果由于一次配煤量的问题造成熔池温度偏高 或者偏低，在冰铜品位许可的情况下可以调整品位 （如一次补煤过多，导致大部分时间要压着氧气， 此时可适当降低品位0.51个百分点，降低炉内需要 氧气量，控制温度；当一次配煤太少，二次补煤大 量、长时间使用，可适当增加目标品位控制，增加 理论用氧量）。 端压也可以对熔池温度进行适当调整。理论上喷枪 插入熔池的深浅也可对熔池温度的高低产生局部影 响。这主要取决于两方面： 一、喷枪插入深度直接影响气体的搅动能力；二、 影响鼓入熔池总氧量的利于率。 6、冰铜品位的控制 艾萨炉的产物包括冰铜、炉渣、烟尘、烟 气、溜槽冷料等。但

19、控制合理的冰铜品位才是 我们的控制重点。艾萨炉品位控制过高会导致 电炉的冰铜品位高，其性质为粘度大、流动性 较差，放铜困难、铜渣难以分离，渣含铜高， 电炉炉后放渣时冰铜遇水爆炸（即炉后放炮）； 再往下一道工序转炉，由于品位高而含硫低， 吹炼时间短，吹炼热量不足，不能满足吹炼过 程中加入冷料、冷铜等扩大产量的需要；过高 的品位需要氧气量大，但氧站供应的氧气量有 限，这就反而限制了我们的小时处理量。 冰铜品位控制过高还会造成磁性铁高，补沙量增大， 大的补沙量又反过来影响粒子的质量，增大烟尘量。 当品位控制偏低时，直接会造成冰铜总量增加。 由于电炉的存储能力有限，铜面必定偏高。铜面高 造成渣和铜的分

20、界面上移，又造成了放炉渣夹带冰 铜，使渣含铜升高。艾萨炉此时必须降低负荷生产 以控制铜面。同时，低品位的冰铜其粘度小，流动 性好，流速快，使溜槽、水套受到的冲刷将更严重， 排放人员的人身安全也会受到一定威胁。 那么如何控制合理的艾萨炉冰铜品位呢？根据 设定的目标冰铜品位进行控制，每趟排放取冰铜样 进行肉眼观察：品位较高的冰铜泛金属光泽甚至出 现类似纯铜的铜黄金属色；断面颜色较暗的冰铜品 位低；断面整齐呈片状或柱状的品位高，断面呈粒 状的品位低；品位高的冰铜密度大、手感重。如果 铜、渣分离不好，冰铜样的表层夹带部分炉渣，则 荧光反馈的品位比实际品位低，此时考虑提高品位 要慎重。 艾萨炉控制冰铜品

21、位要根据电炉的工艺需要， 一般电炉的品位在5559，艾萨炉的品位为51 55。艾萨炉品位升高或降低，电炉由于炉内有存 铜，不会立即表现出明显的升降，通常会在4小时 以后才显现出来品位的大幅变化。 通过对转炉冷料或冷冰铜加入量进行调整也可 以小幅度调整冰铜品位，因为这些冷料含铜通常都 在45以上。 所以，艾萨炉控制品位的高低取决于电炉工艺 的要求。控制适合的冰铜品位可以节省艾萨炉（减 少补煤）和电炉（降低电耗）的能耗，也能满足转 炉吹炼的需要。当艾萨炉冰铜品位发生波动时，要 多和调度、电炉人员沟通，了解电炉的最新品位和 放铜情况，同时对我们的入炉原料进行检查，以确 定是否调整目标品位控制。 7、

22、Pb、Zn、As杂质的影响 铜精矿中一般都伴生有这几种金属。As为有毒 物质，我们所熟知的砒霜既是其的化合物。As多以 FeAsS（学名毒砂）的形式入炉被氧化，以As2O3 的形式进入炉渣和烟尘；存在于冰铜中的As是硫化 物。Pb、Zn挥发进入烟道会粘结其上，影响烟道的 热交换效率；结渣严重时，会导致整个烟道截面面 积严重缩小，阻碍烟气的流通； Pb进入冰铜中会影 响阳极板在电解时形成不溶性的PbSO4沉淀，并可 进一步氧化成PbO2，覆盖于阳极板表面，妨碍电解 液与阳极的接触而使槽电压升高；ZnS在吹炼的造 渣期末期大部分被氧化成ZnO，反应剧烈，最后以 硅酸盐或含锌铁橄榄石入渣，当含ZnO

23、高时，炉渣 粘度和熔点会提高。 PbS：比重7.237.59，熔点1135，属不稳定化合物， 600就开始挥发，在空气中焙烧时被氧化为PbO或 PbSO4； PbO：熔点885890，沸点1470，属易挥发化合 物，当温度750时，已开始挥发，950时挥发量大 大增加； PbSO4：比重6.37，熔点1170 ，高温下属于不稳定 化合物，在800开始离解，950以上离解速度加快， PbSO4PbOSO2 O2 ； ZnS：难熔物，熔点18001900，在1200时显著 挥发，在高温下易被空气氧化为ZnO或ZnSO4 即 2ZnS 3O22ZnO2SO2 或 ZnS2O2ZnSO4 ； ZnO：

24、熔点1973,1000开始挥发,1400挥发激烈； ZnSO4：到600开始离解，800时离解剧烈进行， ZnSO4ZnOSO2 O2 艾萨物料及产物的物相分析 物料名称Pb物相含量Zn物相含量 混合矿PbS0.64ZnS0.32 艾萨冰铜PbS1.09ZnS0.54 艾萨炉渣PbO 0.17ZnFe2O41.85 艾萨余热 烟尘 PbO 3.24ZnFe2O43.34 艾萨电收尘PbO 、 PbSO4 3.24 3.81 ZnFe2O43.34 根据艾萨炉物料平衡测试8小时的数据，经计算分析艾 萨炉投入和产出的物料量如下表。 Pb含量 % Zn含量 % Pb质量 kg 所占 比例% Zn质量

25、 kg 所占 比例% 投入铜精矿0.48 0.43% 4642.3 1004158.7 100 产出 艾萨炉冰铜 0.040.095 128.2 2.76304.4 7.32 艾萨炉炉渣 0.455 0.522 2220.8 47.842547.8 61.26 艾萨余热烟尘 6.906 2.787 105 2.2642.4 1.02 艾萨电收尘 20.618 6.871 1550.1 33.39516.6 12.42 艾萨溜槽冷料 0.290.4510.4 0.2216.2 0.39 酸泥 49.444 0.866 38.1 0.820.7 0.02 总产出Pb、Zn 4052.6 87.33

26、428.1 82.43 不能说明去向的Pb、Zn 589.7 12.7730.6 17.57 表6-艾萨炉熔炼过程中Pb、Zn元素在各产物中的分配 艾萨强氧化熔炼条件下，原料中的Pb、Zn主要 富集在炉渣和电收尘的烟尘中，炉渣内Pb、Zn分别 占投入Pb、Zn总量的47.84%和61.26%；艾萨余热 烟尘里的Pb、Zn分别占投入Pb、Zn总量的2.26% 和1.02%；艾萨电收尘烟尘里的Pb、Zn分别占投入 Pb、Zn总量的33.39%和12.42%；其中不能说明去 向的Pb、Zn量分别占投入Pb、Zn的12.7%和 17.57%。初步推断这部分物质主要以烟尘的形式富 集在各烟道的内表面，少

27、量的Pb以气态的形式挥发 到空气中。 铜精矿中Pb、Zn杂质以硫化物（ZnS、PbS）的形 式存在；表2中艾萨炉冰铜里的Pb和Zn也是以硫化 物的形式存在，考虑到炉内1180以上的高温和强 氧化气氛下，原料里的方铅矿PbS、闪锌矿ZnS必 定会被氧化成氧化物，所以冰铜中的PbS、ZnS不 是夹带的物料，而是通过以下反应生成： （MeO）FeSMeS（FeO） 由于G0FeO的值比G0MeO更负，G0MeS值比 G0Fes更负，反应都能较完全地进行，从而和铜一 起进入冰铜中； 艾萨炉渣、艾萨余热烟尘和艾萨电收尘的物相分析中的 Pb、Zn以ZnFe2O4、PbSO4、PbO形式存在，分析为铜 精矿

28、入炉后在高温强氧化作用下Pb、Zn发生如下发应： 3PbS5O22PbO PbSO4 2SO2 PbSO4PbOSO2 O2 少部分2PbOPbS3Pb（气） SO2 同时 2ZnS3O22ZnO2SO2 或ZnS2O2ZnSO4 600以上：ZnSO4ZnOSO2 O2 一部分2ZnOC2Zn（气）CO2 挥发进烟道中：Zn （气）2FeO O2ZnFe2O4 渣中ZnO在强氧势环境中与氧化亚铁发应： ZnO2FeO O2ZnFe2O4 所以，Zn均以ZnFe2O4形式存在各产物中；Pb在炉渣 和余热锅炉烟尘内主要以PbO形式存在；由于烟气流过 烟道逐步降温至出口处的430以下，故电收尘的烟

29、尘 中还含有部分没有分解的PbSO4。 由于Pb、Zn的化合物多数是易挥发物质，在艾萨 炉强氧化熔炼铜的气氛中，铜精矿中的Pb、Zn以化合 物挥发进入烟道系统无法避免。 图4-艾萨烟道结渣 艾萨炉正常生产时烟尘随烟气进入烟道，初始 烟气温度在1200左右；当烟尘中Pb、Zn的氧化 物遇到温度较低的内壁表面时，逐渐粘结在上面， 形成比较致密的第一层烟道结渣；这些半熔融的第 一层结渣又将随后流进来靠近它们的半熔体或其他 挥发性化合物捕集，越积越多，就形成了大量的烟 道结渣。烟道结渣在粘结的过程中也逐步缩小了烟 道的横截面积，由于总烟气量没有变，造成了烟气 的流速增大，烟尘、烟气在烟道内的停留时间缩

30、短， 同时由于烟道内壁上已粘上一层烟尘，这两个原因 综合起来影响了烟气与烟道内强制循环的热交换效 果。虽然烟道外壁的振打装置对烟道不同部位进行 一定频率的振打，利于烟道结渣的掉落，但是效果 毕竟有限。 但是，2006年11月，艾萨炉由于烟道系统1、2 通道连接段结渣粘结严重，其横截面积缩小到原来 面积的1/31/2左右，无法让艾萨炉正常熔炼产生 的烟气通过，烟气从炉顶的加料口、喷枪口大量逸 散出来，造成艾萨炉生产环境恶劣，负荷由110t/h 被迫降低到6070t/h，最终导致艾萨炉停产一周 进行紧急清除结渣。 1、2 烟 道 连接 段 gas 图5-烟道系统简图 项目 日期 原料 中Pb 原料

31、 中Zn 余热烟尘 中Pb 余热烟尘 中Zn 平均磁性 铁 平均渣型 SiO2/Fe 2006年 8月 0.581.0914.019.686.870.83 2006年 1011月 0.791.3415.898.696.990.82 项目 日期 精矿 处理量 t 平均 补硅量 Kg/t精矿 平均二次 补硅量 Kg/t精矿 平均温控 中心 锅炉平均 蒸发量 t/h 平均烟气 出口温度 2006年 8月 8045457.5411.11169.2237.26395.34 2006年 1011月 6139479.3113.471183.5536.71386.9 表7-06年8月和1011月的生产数据对比

32、 w 查阅停产前近一个月(10月16日11月10日)工艺控制数据， 主要参数为表6所列（与同年负荷率高的8月进行对比）。 经对比，主要差别为以下三点：停产前一个月Pb、 Zn总量2.13%比8月高了0.46，使结在锅炉烟道 壁的致密物质总量增加；操作温度高14.33，有 利于高挥发性的Pb、Zn化合物进入烟道，增加烟道 结渣的可能性；平均补入硅和二次补入硅都分别 比8月多21.77和2.37kg/t精矿，补入硅的量大意味 着制粒的质量下降，散状精矿和硅量增加，增大了 烟尘总量。 在清理结渣过程中发现结渣断面分为数层，靠近烟 道壁的层面比较致密，硬度较高，具有金属光泽， 为大量的铅、锌化合物；中

33、间位置部分致密程度和 硬度降低，为细小颗粒状晶体组成，含有一部分烧 结物料；最外层的部分疏松，通过观察为粉状物料、 喷溅物颗粒和一部分二氧化硅晶体形成。这些实际 情况也证明了将结渣牢固粘结在锅炉炉壁上的就是 铅、锌化合物的初始沉积物，加之高投料量产生的 高烟尘加快了结渣的过程，使整个结渣的影响扩大。 通过以上分析，个人认为：铜精矿中的Pb、Zn 是导致锅炉烟道结渣的主要原因之一，控制锅炉结 渣必须要先控制入炉料中Pb、Zn的量，以减少结渣 的第一层致密的结渣载体；同时采用尽可能低的冶 炼温度来减少挥发物质进入烟道的量、减少补硅量 和提高制得粒子的质量来减少总烟尘量，采取这些 措施将有利于减少烟

34、道结渣量，使Pb、Zn在富氧顶 吹艾萨铜熔炼过程中的多以炉渣和电收尘的形式脱 除将对生产更为有利。 8、喷枪的控制 艾萨炉的喷枪控制的好坏直接关系到工艺控制 的好坏。喷枪控制主要分三方面：风量、端压和燃 油量。 喷枪风量：包括ATLAS风机的自然空气和氧站 的氧气。氧气量是系统自动根据目标品位、原料成 分、补煤量、燃油量所需氧气进行换算相加后得到 的；风机自然空气是操作人员自行设定。通过对风 机的给气量进行设定，使整个富氧空气量维持在 89Nm3/S之间（小喷枪气量为77.5Nm3/S）， 满足熔池熔炼的动力学需要。所以，根据小时料量、 目标品位、二次补煤量等的情况来及时调整风机风 量，使总富

35、氧风量维持在合理范围内。 一般风机风量时以0.05Nm3为一次调整量逐步调整， 待风机实际值达到理论值时再做下一次调整，切忌 短时间大幅度变数值，给风机带来较大冲击，损坏 内部元件甚至直接造成风机停机。 当氧站氧气已达最大值时，为了进一步小幅度 增加小时精矿处理量，可适当提高风机风量，利用 自然空气内的氧气来满足熔炼。但此时必须要注意 喷溅情况，避免过大的气量使喷溅情况加剧，导致 加料口、三米过渡段等处快速粘结。 喷枪端压的控制即是控制喷枪插入熔池内熔体的深 度。如果端压控制值小即艾萨喷枪不插入熔体或插 入的很浅，富氧空气中的氧气有相当一部分直接随 烟气被抽走，氧的利用率降低；喷枪不插入熔体使

36、 富氧空气直接吹在熔体表面，使表面生成的磁性铁 量大而熔池中下部生成的磁性铁少，同时还造成上 部熔体飞溅剧烈，下部熔体相对静止、很难得到有 效的搅动。由于熔体中下部磁性铁数量有限，而使 新进入炉内的粒子能与磁性铁接触数量也相当有限， 致使炉内反应慢、生成的热少、温度降低。 如果喷枪端压控制的过大即插入熔体内过深，喷枪 端部很长一段完全浸没在熔体内，使其被侵蚀，造 成端部烧损过快或过严重；同时，喷枪插入熔池过 深会加强熔池内的搅动、加强对熔池区和炉底耐火 砖的冲刷，增加喷溅量使炉顶、喷枪、三米过渡段 和加料口粘结严重，这些渣不掉会造成喷枪轴负荷 过高、降低烟道热交换效果，一旦大量渣掉落又影 响排

37、放甚至造成停产，影响作业率、负荷率、降低 耐火砖寿命。 目前我们所使用的这个811.5kpa的端压是经 过几年摸索找到较好的喷枪插入深度。 之所以会在排放和涨熔池时分别使用不同端压，是 考虑涨熔池时熔体越来越多使喷枪所受端压逐步增 大、降熔池时熔体越来越少喷枪所受端压逐步减小， 那么将端压设定在涨熔池较排放熔体时大1kpa左右， 目的是使喷枪在涨熔池和排熔体过程中插入熔体深 度都一致，使炉内能维持较稳定的氧气利用率、气 体动力学条件，控制平稳的温度和适中的排放速度， 同时还能保护喷枪端部。 生产中喷枪端压自动控制在喷枪枪位达到 2.05m时自动跳出，必须根据端压手动调整喷枪枪 位，当排放一段时

38、间后端压逐步下降到自动控制设 定值附近，此时手动将喷枪往下运动一些距离，当 喷枪枪位低于2.05m后，才能继续使用端压自动控 制。 手动运行喷枪次数尽量少，幅度也最好小一些，因 为人为的运行喷枪很难掌握较准的尺度，一般不是 插入深就是浅，严重时还造成喷枪灌渣，影响喷入 炉内气流的方向和稳定性，造成端压波动大，影响 炉内正常的化学反应并造成排放困难。在喷枪刚使 用完燃油后由于燃油对应的空气不再提供，并且燃 油火焰和气体给熔池额外的搅动力减少，炉内熔体 会有一个从炉壁四周回流的过程，这就造成端压短 时间失真（一般是使用燃油时造成端压偏高，停燃 油后造成端压又偏小），此时更不要立刻手动运行 喷枪，因

39、为灌渣的几率非常高。 喷枪燃油量根据具体情况进行设定，必须注意 的是超过400L/h时喷枪必须手动控制在炉内的位置。 9、排放速度的控制 控制适中、合理的排放速度，对减轻排放人 员的劳动强度、稳定生产、降低能耗和延长炉子 寿命都有好处。所谓减轻排放工劳动强度，即： 在原料经制粒的情况下，必定会夹杂部分大块物 料，同时锅炉、喷枪掉渣也是频繁的，这些情况 发生在排放过程中肯定会造成熔体排放不畅，所 以捅口子是正常的，是排放工主要的工作内容之 一；排放工在排放过程中捅口子的次数不能太多， 排放一趟就捅到手软说明排放情况不是很理想； 排放一趟一下都不需要捅口子是不正常的（温度 肯定高了，表现为溜槽旁熔

40、体飞溅剧烈、溜槽粘 结物很少且薄）； 清理溜槽时溜槽内粘结物过多、过厚又相应的增加 了劳动强度。多少时间排放完一趟为适中的排放速 度呢？如果以110t/h5t/h的处理量来为例，排放 速度大约控制在233（即2026）分钟为较合适 的时间。相应的如果料量更高、在120t/h以上时排 放时间还会延长24分钟，因为单位时间入炉的物 料增加了，单位时间产生的熔体相应增加了，而排 放口大小、每一定时间流出的熔体量都固定不变， 势必使排放时间延长。 如果能控制在较低的温度即满足排放的正常，补入 的燃煤量自然就减少，节约了生产成本。例如一个 班生产控制的好，少用2吨煤，那么估算： 节约生产成本：2吨120

41、0元/吨360天2个班 1,728,000元。 控制合理的熔体流速，可减少熔体对炉内排放口耐 火砖的冲刷（可有效的延长艾萨炉使用寿命）、对 内外水套的冲刷、对溜槽和三通的冲刷（这几种水 冷元件的安全对艾萨炉和排放操作员的安全都很重 要，一旦发生水套或溜槽被冲刷穿孔的情况会漏水 爆炸）、对溜槽耐火材料的冲刷。 由于原料成分的波动、各种掉渣、品位控制的变化、 磁性铁控制的变化等都会导致渣型不断的变化，炉 内每时每刻的炉渣、冰铜熔点都不尽相同，相应的 熔体粘度不同而使排放流速不同。如何能较直观的 判断出熔体温度适合、排放速度适合呢？首先从主 控室的排放枪位曲线就能看出，主要是看曲线的斜 率，如下图：

42、线条1和线条2对比，1的斜率更垂直一 些，也就是说斜率更大一些，如果这两条线是排放 的曲线的话，线条1的排放速度肯定比2快。 线 条1 线 条2 图6-排放曲线简图1 还有的情况为图7：由于喷枪端部 憋压，开口机开口以后枪位在较 长时间一直居高不下，但排放流 动情况良好，在一段时间以后枪 位以极快的速度降下来，整个排 放时间也许在我们控制范围内， 但这种情况还是属于排放速度过 快，因为熔体排放曲线的斜率还 是很高的。图8：放冰铜很快，到 放渣时由于液面降低而使大块生 料漂到排放口附近，造成排放口 堵塞，捅口子不及时，熔池面又 升高；等捅开以后排放又很好， 整个排放时间在控制范围之内， 但由于曲

43、线打折，也说明排放速 度偏快了。 图7排放曲线简图2 图8排放曲线简图3 图9排放曲线简图4 图9：排放期内多数时间都是不顺畅，需要不断的 捅口子；端压波动大；这种情况属于3种可能：a、 掉渣改变渣型；b、渣型差导致熔体熔点升高，即 温度偏低；c、制粒质量差，大量生料连续式的堵加 料口。到底是什么原因造成的在排放过程中排放人 员能够粗略判断出来。如果是掉渣，一般是在放渣 时排放时间肯定要延长一些，因为掉渣进入炉内改 变了渣型，同时块状渣也可能漂浮到排放口附近， 用钎子捅时接触到很硬的块，很难捅。渣型差时一 般表现为整个渣发粘，流速慢，捅一钎子流一下， 不捅就很难流出，夹杂大量生料，并且溜槽内粘

44、结 物越来越多，熔体颜色偏暗；大块生料堵塞表现为 排放时熔体流动性好，但会间断性堵，一捅口子会 冒烟，捅开后熔体流动性好。 排放情况好不好，可以通过肉眼观察。 A熔体颜色：发亮、偏白为温度高、一般此时排放 速度快；较暗为温度较低。 B口子观察：熔体所受的压力大，喷出的熔体一大 股，喷出来后落点较远、飞溅起来的颗粒多时为温 度高、排放速度快；熔体粘度大、所受压力小，流 出来的熔体截面小，并且在溜槽上的落点近，飞溅 起来的熔体液滴少排放速度慢。 C熔体在三通口的情况：熔体流速快时三通口周围 喷溅量大，流速慢时三通口附近无明显的喷溅。 D溜槽里的粘结物：当粘结物多、厚时排放速度不 快；当粘结物又少又

45、薄，排放偏快。 当遇到各种掉渣情况时，主控室要及时通知排放人 员，提前做好心理准备，一般本趟的排放时间会延 长，通口子的次数会增加；如果排放到根本不会淌 熔体了，就要考虑堵口或换一个排放口进行排放， 掉渣都需要花时间（一般12趟）处理，让足够的 时间来慢慢熔化固体状的渣，此时最好不要采取大 幅度提温操作，因为即使提温1015也不见得对 缓解排放情况有多大效果，反而使耐火砖过热，伤 害其使用寿命。总之，控制合理的排放速度在人身、 设备安全上和经济效益上都是有利的。 10、磁性铁和渣型的控制 Fe3O4和渣型控制应该是殊途同归，控制目标是 同一个方向的。主要的手段都是以目标品位和补硅量 的增减来进

46、行调整。艾萨炉的产物主要是冰铜、炉渣、 烟气、烟尘，控制好Fe3O4和渣型，就能将冰铜品位 控制好。由于艾萨炉是富氧顶吹熔池熔炼，这就决定 了产物冰铜和炉渣是相互混合的，所以艾萨炉冰铜和 炉渣成分都需要校正。 Fe3O4的熔点高，在炉渣内的含量多少能间接影响到 炉渣的熔点；但同时补硅量的多少也能影响炉渣熔点 （SiO2的熔点在1700以上）。 从平衡测试结果我们可以看出，SiO2在炉渣中还有 相当一部分以游离的单体形式存在，即加入的SiO2 由于被熔体夹带、或过量等原因影响而没有参与造 渣，致使炉渣熔点升高。 根据工艺要求，艾萨炉的磁性铁一般控制在 7.10.5之间，渣型（SiO2/Fe）控制

47、在 0.850.08，大体上能维持正常的生产。如果不考 虑电炉的要求，艾萨炉磁性铁控制还可以适当提高 到810（慎防泡沫渣）可以适当降低燃料需 要量，也能维系生产。通过每趟取磁性铁样对掌握 炉内实际情况有利，便于进行及时调整。 从感观上来判断渣型： A、溜槽粘结情况。一般溜槽粘结物厚且疏松为高 渣型、低磁性铁；粘结物少且薄为低渣型。 B、加料口喷溅情况。当加料口喷出来的熔体呈一 大片一大片的，落在炉顶上也很难再分散成几小块， 为高磁性铁低渣型；喷出来的熔体发散，落在炉顶 上还四处分散为高渣型、低磁性铁。 C、溜槽喷溅情况。观察熔体冲在溜槽上、飞溅起 来的熔体落在溜槽周围，四散或再次飞溅起来比较

48、 多，或者在溜槽边上有很多小颗粒熔体不断在滚动， 为渣型较高；当飞溅起来的熔体少，或落下后很少 再次飞溅，一般为渣型较低。 D、喷枪端压和背压。端压和背压如果一直维持在 比较高的数值，主要是由于炉渣粘度大，喷枪喷入 炉内的气体很难进入到熔体内部，使喷枪端部受到 很大的阻力，造成偏大的端压和背压。炉渣粘度大 由多种因素造成，如磁性铁含量高所形成的渣熔点 升高；原料中含CaO低，炉渣并不是FeO-SiO2- CaO三元系渣，而是熔点更高的FeOSiO2渣型； SiO2加入量过多，在炉渣内还有很多没有参与造渣 的熔点较高的SiO2存在；当熔池由于大量掉渣或操 作不当造成温度偏低，没有达到炉内生成炉渣

49、的熔 点，也会造成喷枪的端压和背压长时间偏高，至于 是哪种原因视具体情况而定。 E、熔池上涨速度。如果熔池一直上涨快，一般为 渣发泡、渣型高。 11、中间料斗的控制 由于圆盘给料机的给料量不稳定性，制粒机 在制粒的过程中落入到运输粒子的皮带上的粒子 量也不稳定，这二者就造成了艾萨炉入炉物料的 不稳定性，这些不稳定不但带来了温度波动的幅 度大，同时还给制氧站造成很大的供氧波动，尤 其在料量偏大时，制氧站达到最高负荷也难以满 足艾萨炉短时间的需氧量，从而给制氧设备带来 一定的困难甚至拖垮制氧设备。控制稳定的中间 料斗，能控制稳定的给氧量和温度，使工艺控制 稳定。 当中间料斗发生大幅度波动：1、积料

50、过多时，可能 会造成30皮带被这些料压死，或造成打滑，使物 料的传送中断；2、积料过少或没有料，这就使入 炉的物料大幅度波动，同时入炉的氧气和燃煤也会 大幅度波动。温度也会造成大幅度波动，炉内的磁 性铁、渣型、冰铜都会造成相应的波动，不利于生 产的稳定。当中间料斗里的精矿粒子已经很多或相 对较少时，必须调整该皮带转速，料多时增加皮带 转速或对制粒机下料量进行短时间减少，料少时降 低转速或对制粒机下料量 进行短时间增加，确保料 斗出料稳定（雨季精矿水份高时尤其要注意30皮 带被压死）。 12、负压的控制 加料口保持微负压控制。显示值大致范围为- 70Pa，实际控制为使加料口不长时间冒烟或间断 性

51、、有节奏的冒小烟。 影响负压的因素主要有电收尘ID风机的抽力 （表现为转速，以百分比显示）；硫酸的风机抽力 （表现为硫酸系列的负荷，百分比显示）；处理量 的大小直接影响负压的低和高（产生的烟气量不一 样）。 负压偏高或偏低的影响：负压偏高时，说明ID 风机的抽力大，加料口漏风量大，烟气流速快，带 走的粉尘量大，提高烟道粘结的可能性，增加烟尘 量，锅炉出口温度升高 使烟尘在烟道内烧结，进一步恶化烟道系统的结渣 情况；负压小至正压或者加料口长时间冒烟时，炉 顶环境差（烟气呛人、粉尘量大），炉墙上部的结 渣由于烟气温度高而被熔化，有可能使12皮带头 部烧损，漏风量小、烟气残氧量低，使挥发的部分 燃煤

52、燃烧不充分，从而降低燃煤的利用率，严重时 可能产生大量的CO到收尘，可能会引起爆炸。 控制手段：时刻监视加料口及显示的负压数值， 时刻进行调整；如增减负荷要提前主动进行调整； 如果ID风机转速已经提的很高还在冒烟，可向厂调 申请硫酸提负荷。 13、炉寿的影响因素 火法冶炼用的耐火砖，一般影响其寿命的因素 有以下几种：热冲击、化学侵蚀和熔体机械冲刷。 当耐火砖被突然加热或冷却时就会发生热冲击。温 度的变化使耐火砖过度疲劳导致碎裂；当耐火砖的 温度允许上下调整时就会在艾萨炉内部发生热冲击。 当停炉时风机抽力过高也会发生热冲击。甚至当烧 嘴操作时，流经熔炼炉的大量的气流也会冷却顶部 的耐火砖。由于这

53、种高速的气流，常常都可以看到 顶部耐火砖的颜色转为黑色。然后，在熔炼炉重新 启动后，耐火砖又迅速地返回到操作温度，这又再 一次使耐火砖产生内部疲劳。 有时可用肉眼观察到顶部耐火砖由于内部应力而产 生的细微裂纹，既而是耐火砖呈薄片状剥落，就象 生锈的钢板一样。在观察炉内的耐火砖时，如果耐 火砖发生所谓的“鹅卵石”效应时（耐火砖已不平 滑，而象鹅卵石一样突起，层层叠靠），就证明耐 火砖受到了热冲击。一些耐火砖的表面在剥裂的过 程中已经破裂。 在芒特艾萨的实践中，热冲击是熔炼炉上方的 耐火砖磨损的主要因素。因此，在努力确保熔池温 度稳定的同时，也要在力所能及的操作条件下，保 证炉顶和炉子上部温度的均

54、匀稳定。 在停炉时减小抽力的重要性 在熔池高度下降到喷枪头的位置以下而又没有使用 燃油的时候，另外一个产生热冲击的因素就发生了。 喷枪内流动的空气，在正常情况下，被熔池中的化 学反应放热所加热的。如果空气不再穿入熔池（由 于喷枪不在熔池里），那么冷空气就会喷向耐火砖， 造成温度急速下降。除了熔炼炉正在启动或关闭的 情况，必须把喷枪保持在熔池中，这是极端重要的。 同样，在停炉时减小抽力也具有同样的意义。 化学侵蚀 炉渣的腐蚀性极大。随着时间的流逝，它会缓慢的 溶解耐火砖。 耐火砖溶解的速度取决于渣型和温度。氧化镁含量 低的炉渣要比氧化镁含量高的炉渣更迅速地把耐火 砖中的氧化镁分解出来。总的规律为

55、，熔炼炉内的 操作温度每升高10，耐火砖分解的速度就加快一 倍。也就是说，熔炼炉内的操作温度每升高10， 耐火砖的使用寿命就减少一半。 需要牢记的另一个因素就是当温度超过1250 时， 耐火砖中氧化镁和铬铁矿的粘结力就会被破坏。熔 炼炉在超过1250的温度上操作，会迅速地毁坏耐 火砖。 熔体冲刷 喷枪向熔池供入约8.59.5Nm3/s的富氧空气，提 供各类氧化反应所需氧气，并成为维持熔池搅拌的 主要动力。但熔体的翻腾搅拌无可避免地会对炉衬 内壁造成冲刷，操作不当时，强烈的机械冲刷和加 速的化学溶解，将造成熔池区的快速蚀损。由于喷 枪是浅插在熔体渣层中，则熔池区的耐火砖蚀损在 渣线附近表现尤其明

56、显。总的情况是，喷枪插入过 浅则对炉衬的机械冲刷加剧；喷枪插入深则冲刷小， 但喷枪端部易被搅动起的冰铜腐蚀。须根据熔炼情 况的不同，保持合适的喷枪插入深度，表现为喷枪 端部压力的合适、稳定。 .怎样保护耐火砖 *把熔炼炉的操作温度保持在一个尽可能低的水平上 （如：1170 左右）。平均操作温度每升高10%， 耐火砖的使用寿命就减少一半。 *在熔炼过程中防止喷枪脱离熔池。 *在停炉后尽快地把保温烧嘴放进炉内，及时通过调 整ID风机转速，将炉子负压保持在5Pa。 *除了发生炉渣泡沫化的情况以外，只要熔炼停止就 必须保证保温烧嘴处于操作状态。 *保持合适的喷枪插入深度。 *新熔炼炉升温时严格按照升温

57、曲线进行；生产中熔 炼炉停料保温时，须保证熔炉温度在900 以上， 最好在1000 以上，并通过上下动作保温烧嘴保 持整个炉膛的温度均匀、稳定。 不只是艾萨炉，所有用耐火砖砌筑的冶金炉，都需 要炉墙上挂渣来保护耐火砖被熔体或烟气侵蚀，以 提高冶金炉的寿命。让耐火砖上能挂一定的渣可有 效延长其使用时间。 14、烟道结渣的控制 艾萨炉烟道结渣分五个部分：三米过渡段、1烟道、 12烟道连接段、2烟道、3烟道。 这几个不同的部位结渣的形式也不竟相同。 3米过渡段：主要由喷溅物和部分粉状精矿粘结在一起； 1烟道：部分喷溅物、粉状精矿和挥发物粘结； 12烟道连接段：粉状精矿和挥发物粘结； 2烟道：粉状精矿

58、和挥发物粘结； 3烟道：粉状精矿烧结、挥发物粘结。 结渣的原因：喷枪搅动形成喷溅物最高时能达到 1020米高，粘结在1烟道下半段和3米过渡段；Pb、 Zn、As这些熔点相对较低的易挥发物在1170的 冶炼温度和氧化氛围下部分以氧化物挥发进入烟道 系统，当遇到较低温度的烟道壁时，逐步富集其上； 由于烟道内烟气温度通常在3501200，粉状精 矿在烟道内被高温烧结而粘结。 控制措施：1、控制原料中的Pb、Zn含量。原 料中的这些挥发性杂质总量加以控制，可有效的降 低烟道结渣量。2、控制喷溅量，包括控制喷枪的 插入深度和喷枪总空气量。控制插入深度即控制喷 枪在较低的端压下进行生产； 控制总空气量至9

59、Nm3/s以下，降低气流对熔体的 搅动力，从而减少喷溅物。3、控制烟气温度。控 制较低烟气温度（通过降低熔池温度、提高原料的 Fe、S以减少补煤量）可以降低三烟道的烟气温度， 避免该处的烟尘被高温烧结，加速结渣。4、控制 粒子质量。减少粉状精矿的量以降低烟尘量。5、 控制微负压。减少随烟气抽入烟道的烟尘量。6、 停产。停产所产生的烟气温度的急剧变化能对烟道 内的结渣热胀冷缩，使其掉落；人工对三烟道管屏、 管束进行清理。 15、喷枪结渣的控制 喷枪内通富氧空气对枪壁有冷却的作用。喷枪 外表面喷溅起来的熔体与温度较低的喷枪表面接触 时就凝固在上面，一层一层的发生粘结，即是结渣。 其结渣本身能保护喷枪与高温烟气和熔体直接接触， 减小了被侵蚀的危险和高温熔化，使喷枪在高温下 的使用寿命得以有效延长。 喷枪结渣多的