两步炼铜的原理及优势

孙健康

（东营鲁方金属材料有限公司多元炉车间，山东 东营 257100）

我国是世界上最大的精炼铜生产国和消费国，但是我国目前普遍采用的炼铜工艺，多为传统的将铜精矿进行熔炼、吹炼和精炼的“三步炼铜法”，大多存在流程长、能耗高、热量损失大，SO2低空烟害等问题，针对这一现状，研制出了集吹炼和精炼于一体的火精炉，将三步炼铜缩短为两步炼铜，大大缩短了工艺流程，对推动我国铜行业的发展具有重大意义。

1 火精炉的研发和产业化

目前，国内外多通过连续吹炼法生产铜阳极板，即通过熔炼、吹炼和精炼三步处理铜精矿，主要有三菱法和双闪连续炼铜法[1]，在生产过程中存在铜锍倒运、产能受限、低空污染等一系列技术难题。方圆公司于2010年左右提出了“两步炼铜法”的工艺理论，并付诸于实践，设计和制造了底吹+侧吹、熔炼+吹炼+烟化于一体的多元炉，吹炼+精炼一体化的火精炉，及新型喷枪等核心装置，缩短了冶炼工序。其中，方圆公司自主研发和制造的火精炉较同类产品更为清洁高效：多元炉产出的冰铜经导锍管流入火精炉后即可产出合格的阳极铜，首次实现了于同一炉内完成白冰铜的造渣、造铜、氧化、还原，省却了铜锍倒运的过程，解决了该过程中存在的热能损失、低空污染、制酸烟气不稳等问题。在设计和制造的过程中，方圆公司分析了国内外铜精炼设备的生产实践经验，结合本公司在一期项目“年处理多金属矿50万吨生产线（即“底吹熔炼-PS转炉吹炼-火法精炼”）”[2]上多年的生产经验，研发过程中进行了大胆的试验和创新。

2 火精炉的工作原理和主要参数

（1）组成。该工艺需配套有两台火精炉，与多元炉成品字型布置，两台火精炉交替作业，产出的阳极铜经溜槽流入圆盘浇铸机进行浇铸。火精炉由炉体、热料进料口、冷料加料口、烟道口、导锍管、枪区、放渣口、阳极铜放出口、阳极铜溜槽等组成。

（2）工作原理。由多元炉产出的冰铜，经导锍管连续流入转出状态的火精炉内，在炉体内形成熔池，当熔池液位达到供风要求后，炉体转入正常位，由氧枪向炉内供风，供风时控制一定比例的氧气、氮气、空气，以进行脱硫作业（脱硫期），当熔池内的液位达到排渣位时，停止进料，冰铜经导锍管进入2号火精炉内，同时转动1号炉炉体，将熔渣经放渣口排出，脱硫期结束；脱硫期结束后，调整氧气、空气、氮气、天然气的比例和送入量，进行烧炼作业（烧炼期），最终产出阳极铜。之后转动炉体，打开阳极铜放出口，铜液经阳极铜溜槽流入圆盘浇铸机进行浇铸作业，浇铸过程中，若浇铸温度较低，可适当打开天然气进行保温。浇铸完成后，开炉进行下次精炼作业。

（3）主要经济技术参数。火精炉的技术性能在国内外同类设备中处于领先地位，其各项经济技术指标如下表所示。

表1 主要经济技术指标

3 火精炉系统的工艺特点和结构特点

与其他铜锍精炼系统相比，火精炉系统在工艺流程和炉体结构上做了较大的改进，既缩短了工序，又增大了生产量，较国内外同类产品更为先进合理。先介绍如下。

（1）两步炼铜。传统的三步炼铜工艺中，铜精矿经熔炼炉产出高品位铜锍，送往吹炼炉吹炼成粗铜，再将粗铜送往精炼炉产出阳极铜，流程较长。

并且在铜锍倒运和粗铜吊运的过程中，均存在热损高、SO2烟气低空污染等技术难题。在两步炼铜法中，冰铜经密封的导锍管流入火精炉内，减少了行吊、铜包及配套装置投入，解决了SO2烟气低空逸散的问题；火精炉将冰铜氧化吹炼成粗铜后直接在炉内完成后续的氧化、还原工序，产出阳极铜，省却了阳极炉工序，省去两台阳极炉及配套的烟气收尘等系统，将原有的冰铜与粗铜的两次转移创新为冰铜的一次转移，投资比传统三步法减少了10%～15%，实现了低投入、短流程、连续稳定生产。

（2）进料系统。传统的炼铜工艺中，加料操作较为繁琐。需先转动炉体，打开端盖，然后用行吊将铜包内的冰铜和粗铜送入炉口，然后关闭炉盖，转动炉体进行冶炼，存在工艺不连续、时间长、劳动生产率低等问题。火精炉设计为卧式回转炉，热料进料口设置于端墙中心部位，保证了供气进料与停气进料互不干涉，无论火精炉处于供气生产位还是停气安全位均能保证冰铜稳定进入火精炉内，与传统的炼铜法相比，火精炉的启停对冰铜的进料没有影响，实现了工艺的连续性，提高了生产效率。

（3）氧枪。火精炉采用底部和侧部供气，共布置有17支氧枪，位于炉体的底部，呈两排分布。氧枪采用特殊的结构设计，外层通入氮气和天然气，内层通入氧气和空气，可根据生产要求调整氧气、氮气、空气和天然气四种气体的比例与送入量。于火精炉进行浇铸作业时，可对氧枪进行更换，避免了因更换氧枪而造成的烟气波动。

（4）排渣口。火精炉设计有两个排渣口，位于筒体侧部，靠近放铜口。两个放渣口位于不同的操作位置（生产位置和安全位置），需根据生产周期转动炉体进行放渣操作。生产位置的渣口根据炉内熔池液位的高低来转动炉体，调整渣口高度，实时排渣；安全位置的渣口则是在脱硫期结束后，转动炉体，排出炉渣。

（5）导锍管。两步炼铜法中，采用高温、密闭的导锍管输送冰铜，解决了冰铜输送过程中诸如SO2低空污染、热损高等问题。在生产实践过程中，对导锍管的结构进行了创新设计，采用了导锍管上部进料、底部出料的结构，并采用了特殊的内衬材料。相比传统的溜槽具有出料流速稳定、冲击力小、保温性能好、耐火材料损耗小、不粘结、维护周期长等特点。

（6）炉渣。由于多元炉产出的冰铜品位较高，火精炉精炼产生的炉渣很少，缓解了吹炼渣处理的压力。

4 结语

方圆公司自主开发研制的火精炉，缩短了炼铜工序，实现了铜冶炼的三步到两步，省却了阳极炉，省去了铜包吊运，解决和制酸烟气不稳定等技术难题，改变了传统的PS转炉吹炼和连续吹炼的间断作业，产出的阳极铜品位高，渣量少，具有短流程、低投入、环保高效、过程连续等优点，整体技术达到了国际先进水平，具有较高的市场竞争力。