大型转炉铜锍吹炼中的冷料生产控制

李林山

（铜陵有色金属集团控股有限公司，安徽 铜陵 244100）

1 引言

转炉作为现阶段较主流的铜锍吹炼工艺用炉，相对于其他炉型而言，最突出的特点是冷料处理能力大。铜陵有色金冠铜业分公司共有3台Ф4.49×13m大型转炉，采用2H1B模式进行作业，两开一备。每台转炉配备有熔剂加料系统、残极加料系统、环保集烟系统、收尘系统、捅风眼机和炉口清理机等机械化设备。

朱祖泽［1］就转炉的炉体结构、吹炼实践、吹炼过程的技术经济指标及富氧吹炼做过详细的阐述。转炉冷料的重要性在程永红［2］的生产实践探索中有所体现。朱勇强［3］和李嘉桂［4］谈到过转炉物料平衡的认识。何建平［5］指出冷料率对转炉生产和炉寿命等经济指标的优化具有重要意义。李新［6］提出转炉科学的冷料配比能有效提升炉龄寿命、降低吨铜镁砖的消耗。范进军［7］和金泽志［8］利用红外成像检测和光谱检测技术成功追踪了铜冶炼过程关键成分的分别及终点判断。然而，在众多转炉生产实践的探索中鲜有关于大型转炉冷料控制的论述。前期就温度控制对大型转炉铜锍吹炼的影响做过简要论述［9］，本文在此基础上就大型转炉铜锍吹炼中在冷料的选择、添加方式的选择、添加时机及添加量再做简要概述。

2 冷料的分类及组成

转炉处理的冷料种类繁多、选择性大，主要分为内部自产冷料和外部冷料。自产冷料主要有烟尘块、床下物、锢铍、白铍、冰铜包壳和粗铜包壳，外部冷料可分为残极、废阳极板、紫杂铜、黑铜、精炼渣、溜槽铜、电积铜和大块铜等。冷料的成分情况如表1和表2所示。

表1 自产冷料的部分组成成分 %

表2 外部冷料的部分组成成分 %

转炉冷料的选择以不影响粗铜产品质量或对质量影响较小为原则。铜锍吹炼过程中与Cu电位相近的As、Sb、Bi元素含量必须控制在低水平，同时保持一定的铜品位，确保终端产品质量。自产冷料始终处于内部循环，其冷料成分、含杂量相对较低且可控。外部冷料中废阳极板、黑铜和大块铜多为外部商务采购，存在杂质含量波动较大的情况。根据化验含杂的实际情况，涉及As、Sb和Bi过高的冷料实行与内循环的残极、废阳极板搭配添加使用，平衡其杂质含量，防止局部炉次粗铜含杂质过高，影响阳极板质量。

3 冷料的添加方式和时机

转炉冷料的添加方式可分为以下三种：

（1）熔剂加入系统，在铜锍吹炼不停风时加入。

（2）残极加料机系统添加，在铜锍吹炼不停风时投入。

（3）炉口直投，在停风时通过船型料斗由行车吊包从炉口投入。

转炉冷料的添加方式主要受冷料物理规格尺寸和含水量影响。物理规格表现不规整的如锢铍、包壳和白铍经颚式破碎机破碎后，通过熔剂添加系统加入炉内；残极、废阳极板和大块铜长、宽、高尺寸相对固定，统一可由残极加料机系统投入炉内；其他含铜冷料（溜槽铜、精炼渣、紫杂铜、电积铜、黑铜、床下物、烟尘块等）因处理量较小、不易破碎、粉状料不利于皮带和链板运输等因素，则通过炉口直投方式倒入炉内。另含水分较高的冷料（如电积铜）只能在转炉空炉时通过炉口直投方式加入，避免放炮引发安全事故。

冷料的加入时机一般取决于冷料的铜品位。一般高铜品位（白冰铜品位在75%以上）的冷料在B期（造铜期）加入炉内，而低铜品位（白冰铜品位在75%以下）的冷料在S期（造渣期）投入，另外水分含量大的冷料在空炉时直接投入炉内。转炉常见的冷料添加时机如下表3所示。

表3 多种冷料的添加时机和方式

冷料的加入方式和时机选择，要根据具体情况而定，综合考虑四个因素：

（1）对炉况及产品质量的影响小。

（2）对转炉的送风作业影响小。

（3）加入时尽量减少冷料的飞散损失。

（4）容易装入，不至于出现堵塞等故障。

4 冷料的添加量

冷料的添加量取决于炉内熔体温度的高低，即热量的多少。铜锍吹炼自身反应放出大量热量，炉内冷料量添加过少，会致使炉内温度迅速升高，温度过高导致炉衬加速消耗，减少转炉炉龄，同时炉内反应加剧，熔体喷溅严重，不利于工艺操作和提高冷料率。炉内冷料添加过多，则会致使炉内温度过低，热量不足又难以维持自热反应，延长吹炼周期，同时可能改变渣型，影响正常吹炼甚至导致喷炉和放渣困难等异常情况。

在不影响转炉正常吹炼的情况下，应尽可能处理更多的冷料，尽最大可能利用富余热量提高转炉单产，同时保持炉内温度均衡，防止温度骤升骤降，保护炉衬，提升转炉炉龄。转炉铜锍吹炼过程中冷料的控制可由经验公式［10］计算：

式中：ts1、ts2、tB分别为常氧吹炼时S1、S2和B期冷料需求量（t）；W为单炉冰铜总量（t）；Ws1、Ws2分别为造渣1期和2期的冰铜量；MGB为单炉平均冰铜品位（%），MGs1和MGs2分别为造渣1期和造渣2期的平均冰铜品位（%）；a1、a2和a3为冷料修正系数。

其中，转炉常见的冷料吸热值可参照表4。

转炉铜锍吹炼过程中炉内实际热值始终是变动的，其与当地气候、耐火材料蓄热值、炉内底渣和底铜量、送风量大小以及等料时间长短均有关系，由上一炉的操作及条件决定下一炉次炉内热量影响的复杂程度，当前炉次的冷料计算无法体现炉内真实的热值状态，应根据实际炉况结合实践经验给予适当的调整、修正。

转炉铜锍吹炼分造渣和造铜两个时期，根据铜锍吹炼反应方程式（4）～（7）可知，造渣期产生的热量更多。

根据结合表4常见冷料的吸热值，可尽可能在造渣期加大冷料处理，将热能利用最大化。

表4 常见冷料吸热值 MCal/t

以锢铍的吸热量为例，按照表5中设定生产投入参数，结合公式（1）～（3）和实际生产锢铍的添加量，可分别得出：a1=691.15；a2=469.00；a3=2909.61。继而再小幅度增加实际添加量（保证炉况稳定和粗铜产品质量），获得最终的a1、a2和a3修正系数作为冷料的添加依据。根据炉体尺寸、漏风率及氧效影响，a1、a2和a3数值略有波动。其他冷料的修正参数以此类推，即可根据冰铜投入量和冰铜品位波动获得不同冷料的指导添加量。

表5 锢铍的修正系数计算

5 结语

利用转炉强大的冷料处理能力可有效处理废杂料，在不影响生产炉况和产品质量的前提下，合理安排冷料的添加方式和添加时机至关重要，低品位的自产冷料和含铜杂料应尽可能安排在造渣期处理，高品位的残极、废阳极板以及外购的高纯度冷铜应安排在造铜期处理，残极、废阳极板和大块铜可在转炉吹炼不停风状态下有限通过残极加料机系统投入炉内，尺寸较小的包壳和锢铍应优先通过熔剂系统的溜槽加入炉内，细小的床下物、自产冷料、不符合残极加料机系统和熔剂系统加入要求的外部冷铜可通过炉前直投加入炉内。根据经验公式结合工艺操作、炉况条件，确认冷料的最大添加量，能够提高转炉单炉产量，保持炉内熔体温度均衡，减少能源浪费，促进生产效益最大化。