顶吹熔炼过程冰铜品位控制实践

1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2016.11.003顶吹熔炼过程冰铜品位控制实践李科，罗永春，徐祥，袁海滨（云南锡业股份有限公司铜业分公司，云南个旧 661000）摘要：介绍了Ausmelt“双顶吹”炼铜工艺，分析了熔炼过程不同物料入炉品位时冰洞品位的控制，得出熔炼过程合理的冰铜品位控制为：入炉品位20%，冰铜品位52%55%；入炉品位20%，冰铜品位55%60%。总结了熔炼炉工况、过程温度、热冰铜样断面形状颜色、电炉炉渣含硫变化等反馈来判断实时冰铜品位的操作经验。关键词：铜；顶吹炉熔炼；冰铜品位；电炉炉渣；枪位中图分类号：TF811文献标志码：A文章编号：1007

2、-7545（2016）11-0000-00Practice on Control of Matte Grade in Top-Blown SmeltingLI Ke, LUO Yong-chun, XU Xiang, YUAN Hai-bin(Copper Branch of Yunnan Tin Limited Company, Gejiu 661000, Yunnan, China)Abstract：Ausmelt double top-blowing smelting process was introduced. Control of matte grade under differe

3、nt material feeding in smelting was analyzed. Reasonable copper matte grade is controlled at 52%55% when feeding material grade is 20%, while matte grade is controlled at 55%60% when feeding material grade is 20. Operating practice for judging real-time matte grade based on feedback of smelting furn

4、ace working condition, smelting temperature, section shapes and colors of hot matte, and sulfur content in slag of electric furnace is summarized to keep stability of matte grade.Key words：copper; top-blown smelting; matte grade; electric furnace slag; spray gun position顶吹熔炼技术是一种富氧顶吹浸没式熔池强化熔炼技术1，云锡铜

5、业采用顶吹熔炼和顶吹吹炼的“双顶吹”炼铜工艺，自2012年3月投料试车，经过几年的生产实践，综合冰铜品位的控制对铜冶炼系统成本和处理负荷等影响，根据不同物料入炉品位来控制相应的冰铜品位范围，总结了稳定冰铜品位控制的实际操作经验。随着冶炼技术自动化程度的提高，现有技术可以通过计算机模拟计算出熔炼过程产出所需冰铜品位和渣型控制，有文献指出，以有效氧为基础的冰铜品位计算方程式的改进，可以实现冰铜品位的预计算；还有文章2指出，根据现场数据，利用AR(p)与指数平滑最优组合法，动态预测冰铜品位的控制。上述预测冰铜品位的方法可以指导冰铜品位控制的操作，但在实际生产中，由于物料成分的变化、喷枪烧损等诸多不确

6、定因数，给上述预测方法造成误差，特别是跟换配料单、两种物料交集时段、沉降电炉实时冰铜品位会有较大的波动，不利于顶吹熔炼炉工况稳定。本文结合三年的顶吹熔炼实践和相应的冰铜品位数据，介绍了通过熔炼工况、堰口排放混合熔体的温度变化，及热铜锍样的形状、沉降电炉炉渣化学成分等来判断冰铜品位反馈，并做出相应的操作调整，为顶吹炉工艺的操作提供现场经验。1 顶吹炉熔炼造锍的原理富氧顶吹熔炼技术实质就是通过喷枪喷入的高速气流搅拌和强氧化熔炼，充分利用物料的化学潜能，为熔炼创造合理的动力学和热力学条件3。由特制喷枪提供一定温度和氧化气氛条件下将硫化铜精矿熔化生成MeS共融体的方法，又称造锍熔炼4。熔炼过程将精矿中

7、的铜富集于冰铜中，而大部分铁的氧化物与加入的熔剂造渣，冰铜和炉渣的混合熔体通过设计的1.7 m高度的堰口虹吸进入沉降电炉，冰铜和炉渣在沉降电炉进行分离。主要工艺流程：铜精矿、返料、熔剂、块煤等物料通过皮带输送系统送至顶吹熔炼炉，混合物料经炉顶料口进入熔炼炉内，熔炼过程所需要的富氧、空气、还原煤通过喷枪喷射入熔池内，冶炼过程通过DCS系统控制物料量、冶炼风系数，并根据实际情况，对冶炼过程系数进行调整。含铜物料经过熔炼后，成高温混合熔体，该高温混合熔体通过炉底堰口溜槽连续排放至沉降电炉内，沉降电炉系统由6 400 kVA功率双系统三相电极供热保持电炉熔池温度，高温混合熔体在沉降电炉相对静态环境下沉

8、降分离出电炉渣和冰铜，电炉渣通过上部渣口排放进渣包内，送缓冷场自然冷却、喷淋水降温冷却后送渣选矿车间，选矿回收其中的硫化铜，而冰铜通过下部排放口排放进冰铜水淬系统，水淬成颗粒状冰铜。收稿日期：2016-05-28基金项目：云南省财政厅、科技厅技术创新暨产业发展专项资金资助项目（2014XB017）作者简介：李科（1974-），男，四川简阳人，工程师.2 冰铜品位对生产的影响2.1 冰铜品位对熔炼系统的影响冰铜品位的高低直接反映熔炼过程氧势控制的强弱，若冰铜品位控制过低，会导致熔炼过程物料的氧化自热低，必须增加煤耗来维持熔炼过程的温度；若冰铜品位控制过高，则导致熔炼炉内Fe3O4含量升高，渣型恶

9、化而喷溅严重，导致炉顶和过渡段结渣，同时也增加了铜在渣中的化学损失，熔炼经济技术指标不理想。2.2 冰铜品位对电炉的影响在顶吹熔炼炉过程中，当Fe3O4含量低于7%时，Fe3O4基本都可以溶解于冰铜中，冰铜品位越来越高时，Fe3O4溶解度会越来越小。当冰铜品位大于60%时就会造成渣中Fe3O4含量升高，在电炉长时间沉降后析出形成冻结层，影响了电炉的沉降炉床面积，增加了电炉的电耗，甚至影响了电炉排渣速度，制约熔炼进料量。2.3 对吹炼过程的影响冰铜品位越高，Fe、S含量则越低，吹炼过程产渣量少，作业周期短，但是吹炼作业的氧化自放热不够，不能维持正常吹炼工况造渣温度，势必要增加外供热；另外，冰铜品

10、位越低，吹炼过程产渣量大，炉能率低，产能小。3 生产实践中影响冰铜目标品位的控制因数3.1 配料造锍其实也是一个氧化造渣过程，主要是S、Fe、Cu三种化合物间的反应，生产实践中，Cu/S为1.01.2时，熔炼工况易控，冰铜品位能够稳定控制在55%60%。随着铜精矿日趋高杂，特别是杂质(Pb+Zn)7%时，需考虑杂质锌、铅对冰铜品位的影响，有文章5-6指出，冰铜品位的提高会导致锌在炉渣中的分配率升高，炉渣含锌高时黏度大，引起熔体在炉顶的喷溅，导致炉顶结渣严重而停料处理，不利于熔炼炉连续平稳生产，因此配料时，以混合铜精矿Cu/S为0.71.1、(Pb+Zn)3%为宜。3.1.1块煤粒度及用量块煤主

11、要在熔炼熔池上层和喷溅区域（熔炼还原区）发生还原反应，抑制了磁性铁的形成，控制炉内氧势，所以对铜锍品位有一定的影响7。加入的少量块煤大部分浮在渣层上燃烧，并且燃烧主要是靠熔池上方少量的过剩空气，对于冰铜品位的影响可以不考虑。但粒度较大的块煤，直接落入熔池中，将对冰铜的品位造成影响，取风煤比71，则1 t块煤完全燃烧所需空气量相当于10 t精矿所需风量，块煤量的增加会影响到冰铜品位，在炉况稳定时块煤给料率一般保持一定或小范围调整。在生产实践中，调整粒度小的碎煤加入量和比例，用煤量为精矿量的2%4%，碎煤与块煤之比为1.21，就可以减少对冰铜品位的影响，同时利用碎煤容易在未落入熔池前燃烧，增加了熔

12、池上部的燃烧，对炉顶结渣还有抑制作用。3.1.2 吹炼渣量双顶吹正常作业时，一年可产出10万t吹炼渣，目前暂没有对吹炼渣的开路处理，吹炼渣水淬后作返料全部投入熔炼炉。吹炼渣含铜20%，磁性铁35%40%、氧化亚铜15%，含硫低，还夹杂部分金属铜，这部分金属铜在熔炼过程中首先发生氧化反应然后与硫化亚铁发生交互反应，形成硫化亚铜进入铜锍相，吹炼渣的大量加入会引起熔炼炉渣Fe3O4增加，从而急速提高冰铜品位。在生产实践中，吹炼渣投入量控制在20%精矿量，因特殊情况吹炼渣不能配料时，要注意各种参数的控制，防止熔炼过程温度过高，冰铜品位降低的现象发生。3.2 熔炼过剩系数过剩系数是对熔炼风料比的修正，实

13、质是控制炉内有效氧量参与造锍的多少，即炉内氧化反应的强弱。过剩系数跟冰铜品位控制有直接的影响，一般情况下只需微调，当发现冰铜品位不在控制范围时，则根据熔炼过程温度调整过剩系数，过程温度低，则冰铜品位低，应加大过剩系数，同时慢慢减小块煤量。在实践操作中，有效氧量是通过喷枪风含氧量和氧气总量控制，喷枪风量决定熔炼的搅拌强度，在调整过剩系数时要控制实际情况所需的搅拌强度，保证炉内的热力学和动力学条件。实际操作中，控制喷枪风量18 00022 000 m3/h（标态），富氧浓度50%60%。3.3 喷枪枪位控制喷枪作为顶吹熔炼的核心，枪位的控制是稳定工况的关键，可以影响炉内的热力学反应和动力学反应强度

14、，对冰铜品位持续稳定在要求范围有直接的影响。熔炼过程目标枪位要求是插入渣层150250 mm，喷枪在熔炼作业过程有不同程度的损坏，但损坏的程度很难估计，这对合适枪位的控制造成困难，而导致冰铜品位的波动。4 冰铜品位控制判断同一批配料要求入炉品位稳定，Cu/S波动较小，吹炼渣按20%精矿量配入。在实际生产中，由于喷枪烧损导致枪位控制不合理或更换配料比以及其他因素时，影响熔炼过程冰铜品位的实时控制，甚至冰铜品位在短时间内较大波动导致炉况恶化，不利于顶吹炉的平稳控制和延长炉寿。冰铜品位控制判断：从顶吹熔炼炉堰口混合溜槽取样，送化验分析，同时比对沉降电炉冰铜的当班化验分析数据，如果冰铜品位在控制范围内

15、，比如50%60%，则顶吹熔炼炉只需要保持正常冶炼操作即可；如果取样分析冰铜品位低于控制目标品位，可能熔体温度偏低，这可通过堰口溜槽快速测温装置以及堰口热电偶测温装置所测温度来判断，该情况需要提枪检查，喷枪是否烧损严重，可考虑是否换枪，此外，可能入炉混合料含Cu/S偏低，即铜品位低，而物料含硫高，这可通过入炉物料化验数据来分析，可通过调配物料来解决；如果取样分析冰铜品位高于控制目标品位，可能熔体温度偏高，还有一个表现特征是电炉渣含硫低于正常冶炼值，这可能与喷枪位深操作有关，也可能与入炉混合料含Cu/S偏高所致，这时需要搭配些高硫低铜品位的铜精矿来平衡Cu/S比，确保顶吹熔炼炉稳定产出需要的目标

16、品位的冰铜。4.1 熔炼炉工况入炉物料成分稳定，给料率平稳，喷枪风背压波动较小的情况下，炉况较好，冰铜品位在要求的控制范围内。熔炼炉实时冰铜品位较大变化时，炉况开始波动，最直观的现象是喷枪风背压升高及顶吹炉炉顶连续喷溅，喷溅主要有两种原因，炉内熔池带生料或炉渣过氧化，有生料时喷溅的熔体成棉花状，说明炉内氧化气氛不够，需加大喷枪风系数；过氧化时喷溅的熔体成散状，则降低喷枪风系数，适当增加块煤配入量。4.2 熔炼过程温度变化熔炼过程的温度控制范围在1 1801 200 ，熔体温度主要是靠物料的自热反应，炉内温度变化反映了炉内物料氧化反应的强弱，即冰铜品位控制，上述温度变化由一种测温装置直接插入混合

17、熔体内测得熔体温度并实时反馈在DCS电脑控制画面，在生产实践中可借鉴熔体温度变化来判断冰铜品位变化，在燃料、配料比一定的条件下，温度降低可能是枪位不合理或是炉内氧势不够，特别是温度持续降低时表明冰铜品位可能降低；而在一定条件下温度持续升高则可能是冰铜品位升高。4.3 热冰铜样断面颜色与形状通过以上炉况和熔池温度实时变化基本可判断冰铜品位的变化，当更换入炉物料配比时，熔炼过程冰铜品位的实时控制有点困难，这时可通过观察熔炼炉堰口取样热冰铜断面颜色和形状来判断冰铜品位。表1是热冰铜样断面颜色和形状与相应的冰铜品位估计，有文献指出，70%的冰铜颜色为青白色，但是在实际取样中由于混合熔体沉降时间不够，观

18、察到的颜色为青色夹杂黄色。表1 堰口溜槽热冰铜样的特征Table1 Characteristic of hot matter in weir sluice冰铜品位/%颜色形状代表性冰铜品位的断面颜色4555青黄色大块粒状52.6%5565淡青色和黄色混合短细柱状66.24%6575青色和黄色相间粗长的柱状73.0%4.4 沉降电炉渣样混合熔体经电炉沉降实现冰铜与炉渣的分离，对冰铜品位几无影响，冰铜品位高低主要取决于顶吹熔炼过程的氧势强弱，可从电炉炉渣含硫状况推断顶吹熔熔炼的氧势强弱，反馈冰铜品位的高低。表2为电炉炉渣含硫量和冰铜品位之间的对应关系。表2 电炉渣含硫和冰铜品位之间的关系Table2 Relationships between sulfuric content in slag of electric furnace and matte grade炉渣含硫/%冰铜品位/%1.31.548501.11.350520.91.152540.70.955580.40.758655 结