富氧侧吹熔池熔炼炉炼铜的生产实践

孙林权，王举良

（烟台鹏晖铜业有限公司，山东 烟台 264002）

0 前言

烟台鹏晖铜业有限公司原炼铜工艺为富氧密闭鼓风炉熔炼－连续吹炼炉吹炼，冶炼烟气送入硫酸系统采用两转两吸工艺制酸。2007年烟台鹏晖铜业有限公司与中国恩菲工程技术有限公司合作研发了富氧侧吹熔池熔炼工艺。该工艺是一种高效、节能、环保的炼铜新工艺，熔炼炉、沉降电炉、连续吹炼炉从高到低布置，炉子之间通过流槽输送熔体，克服了熔体由桥式起重机和铜锍包倒运的弊端。经过论证、设计、制造、安装、试车等环节，富氧侧吹熔池熔炼炉于2008年2月投产。

1 工艺概况及主要设备

1.1 工艺原理

富氧侧吹熔池熔炼炉是富氧熔池熔炼炉型之一，集物料的干燥、焙烧和熔炼于一炉。富氧空气从炉子两侧浸没入熔体的风眼鼓入熔池内，精矿、熔剂、返渣、煤等按一定的比例混合均匀，经过定量带式输送机，由带式加料机从炉顶的加料口加入炉中，鼓入炉内的富氧空气使炉料和熔体剧烈搅动，在炉中形成气-液-固三相间的传热和传质，加快入炉物料的干燥、分解、熔化速度，完成造渣、造锍反应，产出的铜熔体经虹吸口和流槽进入沉降电炉，完成澄清分离，得到冰铜和熔炼炉渣；产生的烟气经余热锅炉降温、电收尘器收尘后送到硫酸系统。

1.2 系统主要配置及主要设备

富氧侧吹熔池熔炼系统主要配置有：34.14 m2富氧侧吹熔池熔炼炉1台；3 000 kVA沉降电炉1台；15.5 m2连续吹炼炉2台；QFC25/1200-15-4.2余热锅炉1台；年产15万t硫酸系统1套；20 t/h脱盐水处理站1座；3 700 m3/h深冷式制氧站1座；24 000 m3/h、D400-32离心鼓风机2台。

1.2.1 富氧侧吹熔池熔炼炉

富氧侧吹熔池熔炼炉是一座有耐火材料衬里，关键部位嵌有铜水套的固定式长方形炉子（见图1），主体结构由基础、炉底、炉墙、炉顶、虹吸池及外围钢结构等部分组成。炉体长13.76 m，宽4.48 m，渣线以下容积31 m3。炉顶采用镁铝砖呈弦拱形砌筑，垂直烟道为特制铜水套结构，炉顶设置有2组加料口，配备有气封密封。炉头设有铜熔体的虹吸外放口，通过溜槽与沉降电炉连接。

1.2.2 电热沉降贫化炉

电热沉降贫化炉(简称沉降电炉)是1座椭圆形钢板做外壳、耐火材料衬里、关键部位嵌有铜水套的椭圆形炉子，内衬捣打料钢制拱形炉顶，1组3 000 kVA的石墨电极成品字形布置，炉底采用阶梯形，使铜锍池与熔炼炉渣池有一个高差，铜锍池两侧的虹吸式铜口通过冰铜溜槽与连续吹炼炉相连。

图1 富氧侧吹熔池熔炼炉结构示意图

1.2.3 连续吹炼炉

连续吹炼炉采用的是侧吹固定式炉体，由炉底、炉墙、炉顶、烟道组成。炉内分吹炼区和澄清区两部分。炉身外侧为带风眼的水冷铜水套，内侧为镁铬材质的衬砖。炉顶为内衬镁质捣打料的水冷钢水套，并设有石英砂加料口。

1.3 工艺参数的检测及控制

富氧侧吹熔池熔炼工艺中定量工艺参数的检测及控制见表1。

表1 定量工艺参数的检测及控制

另外，富氧侧吹熔池熔炼炉熔体的流动速度和熔体表面反应条件通过观察孔对炉内进行可视性观察，连续吹炼炉渣的流动速度和渣表面条件通过渣口进行可视性观察。

2 生产实践

2.1 生产操作

2.1.1 技术性能参数

富氧侧吹熔池熔炼炉技术性能参数及操作控制参数见表2。

表2 富氧侧吹熔池熔炼炉技术性能参数及操作控制参数

2.1.2 参数控制

由于炉料只有在适宜的温度下才能快速熔化和反应，因此工艺控制中的冰铜品位、渣型、炉温三大重要指标应按炉温、渣型、冰铜品位顺序控制，优先控制炉温。

渣型合适，渣的性质好时控制方式如下：

（1）冰铜品位低、炉温低。首先控制氧气流量、富氧浓度为范围内的最大值。如果氧气流量、富氧浓度均为最大值，则说明此时的加料量可能过大，因此减料是最好的措施。

（2）冰铜品位低、炉温高。此种情况一般是高硫矿比例过大所致，故增大低硫矿比例，降低高硫矿比例；同时在冰铜品位低时，减少一定的加料量。

（3）冰铜品位高、炉温低。此种情况的调整原则为“先提温，再降冰铜品位”。因为降低冰铜品位的办法是增大加料量，而在低温的条件下增大加料量反而会使炉温降至更低，由此将导致炉内出现未熔化的“浮料”。出现这种情况，可采取以下措施中的任意一种进行调整：①全部采用高硫矿或增大高硫矿的比例，先提温，待炉温稳定后，再增大加料量来降低冰铜品位；②配料比不变或稍增大高硫矿的比例，先减少一定的加料量，待炉温提高后再增大加料量来降低冰铜品位，熔池冰铜品位降低后再提温。

（4）冰铜品位高、炉温高。此种情况是炉料加入量过少所致，采取的措施是增大加料量来调整冰铜品位和炉温，至合适即可。

（5）渣型不好时及时调整熔剂配比，并密切关注虹吸口，防止虹吸口堵塞、炉况向恶性循环方向发展。

2.1.3 渣含铜控制

熔炼炉渣处理采用沉降电炉对渣锍分离，产生含铜约0.5%的弃渣。电炉使用交流电源，3根石墨电极供电，电流通过渣层产生热量，这种供热方式产生的紊流很弱，可以提高沉降速度。

吹炼炉渣由连续吹炼炉渣口流出，经铸渣机铸块冷却后，高品位吹炼炉渣破碎后直接返回富氧侧吹熔池熔炼炉，低品位吹炼炉渣破碎浮选成精矿再返回富氧侧吹熔池熔炼炉。

2.2 存在的问题及解决措施

2.2.1 单体硫的产生

富氧侧吹熔池熔炼炉属于高强度熔炼炉，脱硫率高，投产初期烟气中单体硫含量高，严重影响了硫酸系统及富氧侧吹熔池熔炼炉的正常运行。通过采取稳定控制料量、控制煤的粒度及煤块的加入方式、控制炉温、补充二次风、控制余热锅炉出口烟气含O2为3%～5%等措施有效地解决了这一问题。

2.2.2 余热锅炉振动

试生产阶段，余热锅炉本体及其操作台振动幅度大，频率快。由于余热锅炉与富氧侧吹熔池熔炼炉、厂房有关联性，其振动不仅影响余热锅炉的安全运行，也对富氧侧吹熔池熔炼炉、厂房的稳定性造成严重影响。这种状况是余热锅炉管束内水汽循环造成的。对余热锅炉骨架及操作台进行了二次加固，并将富氧侧吹熔池熔炼炉烟气与连续吹炼炉烟气分别通过两侧电收尘器，以减少负压相互影响，稳定余热锅炉负压，余热锅炉本体及其操作台振动问题得到解决，避免由此带来的安全隐患。

2.2.3 炉墙腐蚀

在对富氧侧吹熔池熔炼炉停炉检修时发现，炉内衬砖腐蚀严重。造成腐蚀的原因是：入炉物料均为粉粒状，对炉内衬砖造成冲刷腐蚀。二次风的增加使冲刷腐蚀进一步加剧。入炉二次风为冷风，与炉气的冷热交替造成了二次风口炉端墙砖体的剥落。

改进措施：对炉体增加部分水冷件，提高炉体衬砖寿命；将二次风口装置改为铜制水冷件，增加其抗腐蚀性。

2.2.4 出口垂直烟道结渣及余热锅炉烟尘烧结

出口垂直烟道结渣及余热锅炉烟尘烧结比较严重。其原因是：

（1）入炉物料属于粉粒状，易被烟气带到烟道及余热锅炉内烧结产生结块。

（2）炉头鼓入的二次风破坏了炉内气相平衡，增加了烟气携带物料、烟尘的量。

（3）混矿杂质含量高，特别是Zn、Pb等低熔点杂质，极易在烟道、余热锅炉内黏结成块。

（4）粉煤质量标准有待提高，目前使用的煤粉只是对灰分、热量、粒度等制订了简单的标准，但对影响其热分解、黏结性、结渣性等指标没有限定。

改进措施：控制入炉物料杂质含量；提高燃料质量；尽可能降低炉头鼓入的二次风量；摸索抑制烟道粘结的新途径。

2.2.5 风眼砖腐蚀

试生产期间，风眼砖的腐蚀是影响富氧侧吹熔池熔炼炉寿命的主要因素。富氧空气由风眼鼓入炉内熔体，受熔体阻力影响在熔体内形成锥形气流股，并卷入气体产生气泡。气体与熔体在发生动量交换的同时，在气流股四周造成压力差，使风口附近形成负压，熔体向风口附近流动，且与气流股界面成垂直方向运行。当入炉风压低时，气流股穿透力差，造成风口处后墙受气流股冲刷侵蚀，而气泡在风口处的连续产生，不仅使风口遭受磨损，并且易造成风口结块阻塞，增加捅风口的次数。

解决的措施：提高入炉富氧空气的压力；确保入炉气体密度稳定，避免产生脉冲气泡；对风口进行结瘤保护，使反应区远离风口部位；对风口结构进行改进。

3 下一步工作方向

（1）改进风口结构，对风口进行强制冷却，实施风、水或油冷，以提高风口部位的寿命。

（2）强化熔炼需要提高炉气的氧势，但是在硅酸盐体系中，氧势的提高将导致渣含铜升高。解决这一矛盾的途径是提高熔炼温度或改变渣型，采用高钙渣或无硅CaO-Fe2O3渣型。

（3）在提高熔炼强度实施高温熔炼时，可考虑渣层喷吹，风口位于渣层中下部位。

（4）提高仪控精确度，开发熔炼温度连续测量及计算机远程控制系统，降低过程偏差。

（5）将沉降电炉电极配置整体向沉降电炉中心移动，两侧铜口附近均有1根电极，以提高熔体温度，降低铜口操作强度。

4 结语

富氧侧吹熔池熔炼工艺在烟台鹏晖铜业有限公司的成功实施，充分说明了该工艺设计合理，在生产中可行：

（1）富氧侧吹熔池熔炼炉对物料适应性强，操作简单，易于控制。烟气中SO2浓度高且稳定，利于制酸。

（2）富氧侧吹熔池熔炼炉结构简单，配置紧凑，建设投资少。

（3）生产实践证明，富氧侧吹熔池熔炼工艺主要技术经济指标达到了行业准入标准。

（4）富氧侧吹熔池熔炼工艺体现了强化熔炼、适度贫化、余热回收的技术原则，熔体连续流动，运行过程稳定，具有推广使用的良好基础和前景。

[1] 刘麟瑞，王丕珍.冶金炉料手册[M].北京：冶金工业出版社，1991.527-532.

[2] [美]W.G.达文波特等.铜冶炼技术[M].北京：化学工业出版社，2006.150-152.

[3] 刘纯鹏.铜冶金物理化学[M].上海：上海科学技术出版社，1990.402-403.

[4] 姜元顺，王举良.富氧侧吹熔池熔炼炉炼铜烟气中单体硫的产生及处理[J].中国有色冶金,2011,（2）：17-19.

[5] 张洪常，尤廷晏，孙子虎.富氧侧吹熔池熔炼的工业生产实践[J］.中国有色冶金,2009,（6）：12-14.