富氧侧吹炉熔池熔炼铜镍矿的生产实践

刘清漓

（新疆喀拉通克矿业有限责任公司 富蕴 836107）

富氧侧吹炉熔池熔炼铜镍矿的生产实践

刘清漓

（新疆喀拉通克矿业有限责任公司 富蕴 836107）

介绍了富氧侧吹炉的结构以及富氧侧吹熔池熔炼的工艺特点及生产实践。实践表明，富氧侧吹炉熔池熔炼铜镍矿具有品位易于调整、处理量大、易操作、烟气浓度高、燃料便宜(相对块焦)等优点，有很好的发展前景。

富氧侧吹炉 熔池熔炼 低冰镍 二次风 单体S

0 前言

铜镍矿冶炼车间1988年建厂，采用8m2敞开式鼓风炉熔炼铜镍矿，2001年敞开式鼓风炉改建为10.5m2密闭式鼓风炉。鼓风炉工艺产能低、能耗高、环境污染严重，属于国家淘汰工艺，2008年立项改造，选用富氧侧吹炉熔池熔炼工艺。项目于2008年启动，2009年开始施工，2010年12月基本建成，2011年3月15日正式投料进行试生产。

1 结构

富氧侧吹炉见图1。

图1 富氧侧吹炉

富氧侧吹熔池熔炼炉呈长方形立式结构，主要由炉缸、炉身、炉顶、钢架等部分组成。炉缸由耐火材料砌筑而成，炉缸以上部分为炉身，炉身由铜水套组成。沿长度方向，侧吹炉可分为熔炼池、上升烟道、虹吸池三部分。在炉身两侧一层铜水套上各开15个一次风口，用于向熔体渣层鼓入富氧空气。在炉身两侧三层铜水套上各开10个二次风口，用于向炉内鼓入空气，使烟气中的可燃成分燃烧完全。三层铜水套以上以及炉顶是由钢水套组成。炉顶钢水套设有固态加料口、液态加料口以及排烟口。

2 工艺介绍

铜镍特富矿、铜镍精矿、石英石、粒焦等炉料从炉顶加料管连续地加到熔融的熔池,一次风口浸没在渣层的中上部,向渣层内鼓入富氧空气,剧烈地搅动风口上方的熔体,在熔池内部完成硫化物的熔化、氧化和造渣,同时使熔池温度上升到1 250～1 350℃。

熔剂与难熔组分在搅动的高温炉渣中被溶解，生成的冰铜小珠在熔体搅动时相互碰撞而凝聚长大，与炉渣同时向下沉降到风口下方的静止区域。溜槽后部汇合流入贫化电炉。熔炼产生的高温烟气从上升烟道进入余热锅炉，余热锅炉产饱和蒸汽送发电车间，余热锅炉出口烟气经过电收尘器捕尘后送制酸系统。贫化电炉渣间断放出水淬，电炉放出低冰镍送转炉吹炼。转炉产出高冰镍水淬后送阜康冶炼厂湿法处理，转炉渣返回富氧侧吹炉熔炼。

由于整个反应在熔体中进行，且因采用高富氧熔炼，反应速度较快，炉内的温度要求较高，因此各项操作要求较为严格。

3 工艺特点

（1）富氧风送至熔渣层进行造锍熔炼。

（2）熔池深，渣与低冰镍在炉内分离完全。

（3） 炉身采用铜水套结构，生产过程中铜水套内壁形成10～30mm厚的渣层，渣层对铜水套起到保护作用。

4 生产实践

（1） 对物料的要求

主要表现在粒度及水分上,粒度要求5～20mm。冶炼车间技改前使用的是鼓风炉熔炼工艺，除精矿外，块状物料粒度通常都在80mm左右。从而忽略了对物料粒度的要求，开炉时物料粒度多在40mm左右，对处理量有影响，炉子尾部易形成堆料现象；即送风区抛过来的块状物料，在此处聚集不熔化形成堆料，严重时，甚至扩展到了加料区域。

对水分要求≤8%。因技改前选厂所产精矿水份多在15%～17%，降水分工作有一定的难度，开炉时精矿水分较高，对生产造成较大影响。从生产实践看，精矿水分≥10.5%，则精矿圆盘给料机出料不均，造成炉温、品位的大幅波动，精矿水分7%～9%，则给料稳定，炉子温度、低锍品位波动范围较小。除对精矿有水分要求外，其余物料也有水分要求。其余物料含水分高时，炉膛温度下降，水冷梁区域结瘤大甚至影响二次风的送入；加料管结瘤严重时，结瘤插入熔体，结瘤剥落时易产生大的熔体喷溅，存在安全隐患；有时加料管结瘤导致加料管堵塞，被迫停风处理。此外，炉料含水分偏高还对电收尘器、烟气制酸等产生不利影响。

因此，熔池熔炼，对物料规格的要求，严于传统熔炼炉型。

（2） 处理量

本文的处理量指侧吹炉处理的固态物料，不含液态渣。处理量随入炉氧量的增大而增大。同氧量下，高浓度富氧处理量又比低浓度富氧处理量要大。开炉至七月底，氧浓跨度48%～60%，处理量从30 t/m2d提高到60 t/m2d。五月份，液态转炉渣完全返入侧吹炉。液态渣是否返入侧吹炉，对侧吹炉固态物料的处理影响不大。若氧量可以提高，处理量还能进一步增大。从侧吹炉操作来看，高氧浓、大气量、大处理量，侧吹炉操作更稳定。

（3） 渣型选择

表1 设计渣型 %

设计渣型，Fe/SiO2达到1.43，较高，炉温低时或停风时间较长，侧吹炉虹吸池及电炉易生成横隔膜，严重时液面无法测量。新工艺才开始生产，处于磨合期，停风很多，一个月的停风时间，比老工艺一年停风时间都长。为避免横隔膜对生产的不利影响，逐渐探索改变渣型，后渣型定为：Fe 36%～39%、SiO231%～34%、CaO 2%～3%、Fe/SiO21.15～1.25，这样的渣型，不易产生横隔膜，渣密度也减小，渣含金属下降。

（4） 品位控制

表2 设计品位 %

原鼓风炉工艺，低冰镍品位在15%～18%，而侧吹炉品位相对于鼓风炉工艺，低冰镍品位升高到30%～40%，低冰镍中FeS量减少，在转炉吹炼中热量减少，炉长在没有适应前，吹炼温度控制不好，常常造成粘炉。不但产量低、产出大量冷料，还打乱了生产节奏。为此，工艺上降低侧吹炉低冰镍品位，在炉长适应后逐步提高，现炉长已能吹炼35%左右的低冰镍，但炉温控制仍存在一定问题。

从侧吹炉操作来看，高品位有利于侧吹炉操作。但从整个生产流程来看，品位并非越高越好。因品位提高，不仅转炉冷料投入困难，电炉虹吸放料也难度增加，且弃渣量增大、渣含金属也升高。从实践看，目前低冰镍品位控制在30%左右，产量相对较高，系统直收率也比高品位要高。今后，随设备的改善，操作水平的提高，品位才可进一步提高。

(5） 温度控制

表3 温度控制设计 ℃

从生产实践看，不管是侧吹炉还是电炉，设计渣温有些偏高。侧吹炉渣，渣温达到设计值，流动性非常好，但渣溜槽损坏加剧，只能维持3～5 d。频繁修溜槽，操作人员劳动强度大，侧吹炉渣温控制在1 270℃左右，渣溜槽寿命可提高到15 d。

电炉渣温,超过1 290℃,渣槽“放炮”现象严重,开始以为是渣含金属高所致。取特样分析,“放炮”时渣含金属并无明显升高。渣槽放炮时,限制渣流量,放炮减轻或消除。

由此显示,渣槽放炮与冲渣水量有关。但冲渣水量现已达到最大能力,而限制渣流量会造成渣口凝结增大操作强度及电炉渣面过高的矛盾。为此,在现有条件下，通常采取的是降低渣温的做法：保持渣温在1 270～1 290℃,低于设计渣温80～60℃,以此解决渣槽“放炮”问题。

低冰镍温度一般比渣温低100℃，只要控制了渣温，低冰镍温度就控制住了。

侧吹炉烟气温度，实际值远低于设计值。测温装置显示，侧吹炉烟气温度约900℃左右。按常规经验，烟气温度比渣温低100℃算，实际烟气温度应高于测出的温度。因为测烟气的热电偶经常烧坏，烟温在900℃左右，不至于造成热电偶的频繁烧坏。

（6） 焦率

初步设计上的焦率是3.8%(对炉料),含液态渣。实际生产中,焦率波动大。在开炉初期,焦率在7%～8%之间，炉况稳定后，精矿投入量逐渐加大，且在焦粒中开始配入焦粉。随着这种变化，焦率逐渐升高，最高时达到10.5%，此时精矿与特富矿的比例为1∶1，焦粒与焦粉的比例亦为1∶1，且精矿水分约10.5%～12%。10.5%的焦率对于熔池熔炼来说偏高，经分析，认为焦率升高是掺入焦粉所至。在7月中旬，停止焦粉的配入后，根据炉温焦率逐渐下调，一周后，焦率降至7%～7.5%，焦炭投入量降低约1 t/h。焦率仍高于设计值，但设计中侧吹炉低锍品位达到40%时的氧量，远远高于生产实践。因此，可以认为，设计的焦率偏低，与生产实践有较大差异。

从生产实践看，高氧浓、大风量、大料量，有助于降低焦率。

（7） 二次风的影响

侧吹炉需配入二次风，以氧化烟气中的单体S及焦炭不完全燃烧产生的CO。在投产前期，工艺上对二次风的认识不足，也不够重视，另外二次风入炉，降低了炉膛温度，造成二次风口区域结瘤严重，加料管也结瘤。当时生产处于调试过程，停风很多。一停风，温度下降后，结瘤在热胀冷缩作用下即脱落，影响开风。为此，前期二次风量基本保持在4 000Nm3/h左右，远远低于配料计算值。在6月份，制酸系统出现单体S大量析出的问题，导致制酸系统被迫停车检修。此时，工艺上才开始正视单体S问题。经过分析，认为单体S的大量析出,二次风量不足是主要原因之一,7月份工艺上增大了入炉二次风量,二次风量由4 000 Nm3/h增加到7 000 Nm3/h。经比较二次风口区域结瘤情况与单体S析出情况，此二次风量最后选定为6 500Nm3/h。此值仍低于计算值，但综合考虑炉膛降温与氧化单体S情况，此值较合适。

单体S析出问题，目前仍处于摸索阶段。二次风量只是其中的一个影响因素，要彻底解决该问题，还有大量的工作要做。

5 生产实践存在的问题

（1）Y型槽不合理：虹吸溜、渣溜集中在同一端面，散热集中，环境温度过高，不利操作。

（2）备用虹吸、渣口无走向，给检修带来困难。

（3） 安全口走向困难。

（4）耐火浇注料作用不明显：侧水套及炉顶水套的浇注料，在生产不久，即开始大面积脱落，目前水套的保护，是靠挂渣实现。

（5） 余热锅炉出口烟气温度低，210℃左右，不利于单体S的氧化。

（6） 单体S结晶析出。

（7）余热锅炉除氧器温度偏低，余热锅炉工作压力偏低。

6 结论

侧吹炉做为熔池熔炼的一种炉型，有其优越性：品位易于调整、处理量大、易操作、烟气浓度高、燃料便宜(相对块焦)，有很好的发展前景。

熔池熔炼，对物料规格的要求严于传统鼓风炉熔炼，在物料的粒度及水分上，一定要达到要求，否则会产生一系列的问题，使生产难于顺畅；传统鼓风炉熔炼的经验、印象，在熔池熔炼中大多不可用、不可借鉴。

侧吹炉熔炼，对于铜镍矿来说，是新鲜事物，目前的生产实践，只是初步打通了工艺。至于侧吹炉本身结构存在的问题及侧吹炉与整个系统的配合，还有很多未知领域有待在今后的生产实践中继续探索。

收稿：2013-11-28