铜阳极炉作业周期优化实践

吴长林， 万 军， 向 阳

(大冶有色金属有限责任公司 有色金属冶金与循环利用湖北省重点实验室， 湖北 黄石 435005)

重金属

铜阳极炉作业周期优化实践

吴长林， 万 军， 向 阳

(大冶有色金属有限责任公司 有色金属冶金与循环利用湖北省重点实验室， 湖北 黄石 435005)

对阳极炉系统生产作业周期进行优化，通过缩短加料间隔时间、转炉过吹实现无氧化作业、采取浅氧化带硫还原缩短还原时间等，阳极炉单炉作业周期由17 h缩短至12 h，阳极铜产能由1 100 t/d提高到1 500 t/d，大大提高了阳极炉的作业效率，降低了生产成本。

铜冶炼； 阳极炉； 作业周期； 浅氧化带硫还原

0 前言

大冶有色金属有限责任公司冶炼厂现有吹炼转炉5台(Φ4 m×11.7 m)，回转式阳极炉3台，其中2#、3#阳极炉为Φ4.6 m×13 m，共用1套双18模圆盘浇铸机组，4#阳极炉为Φ3.92 m×9.2 m，配有1套双16模圆盘浇铸机。正常生产过程中转炉采取4H3B不完全期交换作业，阳极炉以开2#、3#阳极炉为主， 4#阳极炉作为检修替换备用，两台阳极炉进行交替作业。2#、3#阳极炉(450 t/炉)单炉作业总周期长达17 h以上，同开2#、3#阳极炉的情况下，阳极铜的生产能力为1 100 t/d，，而要完成阳极铜40万t/a的生产任务需3台阳极炉同开作业，导致阳极炉系统作业效率低、生产劳动强度大、燃料成本高。

1 工艺概述

正常生产时，转炉进行4H3B作业，2#、3#阳极炉交替作业。转炉产出的粗铜通过行车吊运由包子加入阳极炉，阳极炉单炉作业周期分为保温、加料、氧化、还原、浇铸五个阶段，作业过程中通过燃料燃烧加热保温，氧化期鼓入压缩空气进行氧化除杂，还原期鼓入还原剂进行还原，产出的阳极铜液经活动溜槽、固定溜槽、中间包、浇铸包、圆盘浇铸机定量浇铸成阳极板。阳极炉高温烟气经“S”型烟道进入余热锅炉回收余热、除尘后由烟囱排放，环集烟气通过环保烟罩收集后组织排放。精炼氧化渣浇铸后冷态返回转炉。

2 作业周期优化实践

为提高阳极炉的作业效率，避免同开3台阳极炉生产，进一步降低生产成本，对阳极炉生产作业周期进行优化。

2.1 优化转炉生产，缩短阳极炉加料间隔时间

转炉按期交换模式组织生产，出铜时间间隔约2.5～3 h/炉，阳极炉加料阶段总的时间(从加第一炉铜开始到加完第三炉铜的总时间)为6～7 h。优化转炉生产，缩短转炉第一炉铜与第三炉铜的出铜间隔时间(如图1)。

图1 转炉生产优化示意图

调整转炉每炉冰铜的处理量，转炉第一、二、三炉铜分别按10、9、8包冰铜量组织生产，延长第一炉吹炼时间同时缩短第三炉吹炼时间，阳极炉加料间隔时间缩短了约1 h。

利用转炉4H3B不完全期交换作业方式的灵活性，将第一炉铜的B期分为B1和B2，根据阳极炉的进料时间，调整B2期吹炼的出铜时间。

通过以上措施，优化转炉生产，阳极炉加料阶段的总时间缩短至3～4 h。

2.2 缩短氧化时间

转炉B期吹炼风量约40 000 m3/h，阳极炉氧化风量约800 m3/h，理论上，转炉吹炼1 min相当于阳极炉氧化50 min。因此，利用转炉风氧量大、氧化速度快的优势，将阳极炉的氧化作业部分转移到转炉，由转炉适当过吹1～3 min替代阳极炉的氧化作业。

其优化过程：阳极炉进第一、二炉铜后进行氧化作业，第三炉铜由转炉适当过吹出平板铜，加入到阳极炉混合后即可达到氧化终点，无需再进行氧化作业[1]。

转炉适当过吹，阳极炉进完第三炉铜放完渣即可进行还原作业，无需氧化，基本上省去了氧化作业阳极炉作业周期缩短1～2 h。

2.3 缩短还原时间

2.3.1 浅氧化带硫还原

阳极炉氧化过程是为了进一步将杂质氧化造渣除去，同时一部分铜也被氧化成氧化亚铜，因此放渣后需要加入还原剂将氧化亚铜还原。氧化越深对杂质的除去越有利，但还原时间会越长，还原成本也越大。

利用透气砖底吹氮气的搅拌吸附除杂作用，在氧化还原阶段增大透气砖的氮气流量，进行浅氧化带硫丝还原，缩短还原操作时间。图2为不同氧化终点试样。

3种不同氧化终点下，3#阳极炉使用天然气还原操作的时间及单耗如表1所示。

图2 不同氧化终点试样

由表1可知：浅氧化带硫丝还原在单炉次还原操作时间上缩短了1～2 h，还原单耗降低了38.5%～50%。阳极板主品位>99%，但当矿源和粗铜杂质含量较高时，这种操作对阳极板质量有一定的影响。

2.3.2 开发新型还原工艺

目前阳极炉还原使用的还原剂主要有重油、柴油、煤基、天然气、液化气等[2]，各还原剂单独还原作业时各有其优缺点：

重油、柴油：还原速度快，但还原时会产生大量黑烟，且成本高，已逐渐淘汰。

天然气：比较清洁环保，但还原速度较慢，还原时间长，效率低。

煤基：还原速度快，但用量大时产生的煤浮渣浮在熔体表面，影响铜水提温和阳极板质量，不能连续稳定的生产，且导致周围粉尘污染较大。

结合煤基还原速率快、天然气清洁环保的优点，开发煤基- 天然气混合还原工艺，即同时采用煤基和天然气进行还原作业。不同还原剂的效果对比如表2。

表2 450 t铜阳极炉传统氧化终点下采用不同还原剂的效果对比

采用煤基- 天然气混合还原工艺，实现了节能、环保及稳定生产：

(1)由于煤基的用量减少近50%，产生的煤浮渣大大减少，另外未还原完天然气的搅拌、燃烧，使表面煤浮渣燃烧充分并卷吸带入烟气，从而大大减少了铜水表面的煤渣，避免了煤浮渣的影响，可持续稳定的生产。

(2)相对于纯天然气还原操作时间缩短了50%以上，还原总成本最低。

(3)还原过程为固- 熔(液)- 气三相接触反应，提高了还原剂的利用效率，不会产生大量粉尘污染和黑烟排放，实现了清洁生产。

2.4 缩短放渣时间

阳极炉氧化渣除了氧化过程中部分铜和杂质氧化产生的以外，大部分是由转炉粗铜夹杂带入阳极炉内的。氧化渣含铜高达40%，氧化渣量高达2～3包/炉，放渣操作时间约0.5～1 h。因此，减少氧化渣量可缩短阳极炉放渣时间，同时为实现无氧化作业创造良好的条件。

对转炉进行压渣作业，优化压渣的工艺操作条件，逐步制定完善压渣操作规程， 大大减少了粗铜的带渣量，2#、3#阳极炉平均每炉氧化渣量减少到1包，缩短放渣操作时间0.5 h以上。

2.5 运行实践

通过优化，大大缩短了阳极炉的作业周期，提高了其作业效率。阳极炉作业周期优化效果如表3。

经过优化，2#、3#阳极炉的单炉作业总周期由17 h缩短至12 h，作业效率提高约30%。同开2#、3#阳极炉的条件下，阳极铜产能由1 100 t/d可提高到1 500 t/d，避免了需同开3台阳极炉的生产情况，大大降低了生产成本。

表3 阳极炉作业周期优化效果比较 h

3 结语

缩短阳极炉作业周期是提高阳极铜产能、降低生产成本最有效的方法。目前该厂还存在进一步优化的空间。

(1)受阳极板质量与浇铸阳极板重量的影响，双圆盘浇铸能力为85～90 t/h，未达到设计浇铸能力110 t/h。

(2)由于外购国内杂矿、冷杂铜等杂质元素含量高且波动较大，为确保阳极板质量，阳极炉浅氧化带硫丝还原工艺只能在矿源较好的情况下采用。

(3)生产过程中应加强阳极炉与转炉岗位的沟通，协调转炉第三炉铜的吹炼终点。

[1] 黄永峰.无氧化阳极铜生产工艺研究与应用[J].有色金属(冶炼部分),2007,(2):51-54.

[2] 朱祖泽，贺家齐.现代铜冶金学[M].北京：科学出版社，2003.

Practice of optimizing operation cycle of copper anode furnace

WU Chang-lin，WAN Jun，XIANG Yang

The operation cycle of copper anode furnace system was optimized. Through shortening the interval time of charging, using converter over blowing to cancel oxidation, and shortening the reduction time by means of partial oxidation and reduction along with sulfur, the single operation cycle of anode furnaces was reduced from 17 h to 12 h, and the production capacity of anode copper increased from 1 100 t/d to 1 500 t/d, which greatly improved the working efficiency of the anode furnace and saved production cost.

copper smelting； anode furnace; operation cycle; partial oxidation and reduction along with sulfur

吴长林(1981—)，男，湖南省永州市人，本科，冶金工程师，主要从事铜冶炼生产、技术及管理工作。

2016-10-17

TF811

B

1672-6103(2017)03-0005-04