探讨底吹炉炉周期中 m（Fe）/m（SiO2）的控制

陆宏亮

（北方铜业垣曲冶炼厂， 山西 垣曲 043700）

北方铜业垣曲冶炼厂采用的底吹炉是1台可旋转的卧式圆筒形炉子，直径4.8 m，长度20 m，采用厚度为70 mm的Q345R钢板焊接而成。富氧底吹熔炼属于熔池熔炼，熔池熔炼的优点是过程简单、操作方便、生产效率高、炉料不必深度干燥和磨细、烟尘率低、燃料消耗少、对燃料的种类和质量无严格要求。用富氧空气熔炼，烟气SiO2高，硫酸生产条件好，有利于环境保护。现在富氧底吹炉（以下简称底吹炉）是我国拥有自主知识产权，在国内外使用越来越多，开拓了熔池熔炼的新篇章[1]。

1 FeO-SiO2 二元系渣中 m（Fe）/m（SiO2）

底吹炉熔炼生产是一个FeO-SiO2二元系化学反应体系，严格的说，FeO-SiO2不是一个真正的二元系。正如已经知道的，FeO是一个被称为浮士体的铁氧化合物，它不像Fe2O3和Fe3O4那样是化学计量化合物，而是非化学计量化合物，它的含氧量是随温度和氧分压而变动的。浮士体实际上是溶解了Fe3O4的固溶体。由浮士体和二氧化硅组成的二元系中，液相下的Fe2O3的含量是随SiO2的含量而变化的。

表1 FeO-SiO2体系中化合物与共晶物的熔点

图1 FeO-SiO2二元系在不同温度下的情况

通过表1、图1可以看出在FeO—SiO2二元系渣型中，铁橄榄石附近，熔化温度最低，单就这一性质而言，是能较好地满足炉渣的要求。按照成分计算，铁橄榄石中：ω（Fe）=54.83，ω（SiO2）=29.5，m（Fe）/m（SiO2）=54.83÷29.5=1.86。

理论上认为渣中的FeO全部转换成铁橄榄石，溶剂石英完全利用。

实际生产中，m（Fe）/m（SiO2）控制是以熔炼渣中作为控制变量，石英溶剂输出比率作为操作变量并以配料计算作前馈控制，熔炼渣的成分检查作反馈控制来实现的，最终调节到生产所需要的数值，并以化验结果为最终依据。例如：生产中某渣样X-荧光分析报告 w（Fe）为 42.41%,w（SiO2）为 24.80%，m（Fe）/m（SiO2）=1.71，这时认为现在控制的 m（Fe）/m（SiO2）为1.71。

2 炉周期中 m（Fe）/m（SiO2）的控制

底吹炉炉周期定义为从造熔池到投入生产一直到熔池里液体全部放空，一般为12个月，大约分为前期、中期、尾期三个阶段。

1）炉周期的前期。炉周期的前期，为了给耐火砖提供保护，希望Fe3O4以单独相析出，这个期间炉渣要以浮士体 + 铁橄榄石出现，m（Fe）/m（SiO2）控制要高于1.86，这样有部分的Fe3O4以单独相析出，挂在耐火砖表面，形成高铁渣炉结。炉结过厚会减小炉膛有效空间，对底吹炉正常生产带来诸多影响，炉结厚度达到合适即可。实际生产中高品位冰铜占70%～75%，m（Fe）/m（SiO2）控制在 2.0～2.3 实际测得，生产10天炉结70mm，20天炉结90mm，30天炉结100mm，满足保护耐火砖的要求，同时对底吹炉正常生产不造成多大影响[2]。

2）炉周期的中期。这个时期是底吹炉正常生产，炉渣成分是铁橄榄石，理论 m（Fe）/m（SiO2）控制在1.86左右，炉渣温度低，排渣带走炉内热量最少，减少高温对耐火砖的侵蚀，不再产生高铁渣炉结，保证炉膛内的有效空间，石英溶剂合理经济使用。由于实际生产受很多因素影响，例如产渣量的大小，渣含铜的高低，等等，所以 m（Fe）/m（SiO2）控制范围较大，控制在1.6～2.0能满足正常生产，底吹炉稳定运行。

3）炉周期的尾期。到了炉周期的尾期，为停炉检修做准备，需要对炉体内的炉结进行清洗，将炉衬表层粘结的高铁渣逐渐熔化掉，溶剂石英必须达到过饱和加入，这个时期 m（Fe）/m（SiO2）控制在 1.4～1.6 在高温下可以将炉体内炉结清洗，由于底吹炉熔炼温度不宜过高，时间比P-S转炉洗炉时间长，这个时期要持续两周才能达到效果。

通过以上分析，FeO-SiO2二元系渣型中，单对底吹炉渣的特性总结见表2。

表2 底吹炉炉周期各时期m（Fe）/m（SiO2）

3 结语

由于底吹炉炉周期时间长，冶炼产物不止炉渣，出现各种冶炼问题，在实际中 m（Fe）/m（SiO2）的控制不一定在表2的范围里，实际生产中按照表2各时间段控制 m（Fe）/m（SiO2）较符合底吹炉炉周期的使用，能发挥底吹炉在一个炉周期较好的经济效益，满足工厂实际要求。

[1]朱祖泽，马克.铜冶金学[M].昆明：云南科技出版社，1995.

[2]彭容秋.铜冶金[M].长沙：中南工业大学出版社，2004.