韓志

(赤峰云銅有色金屬有限公司，內(nèi)蒙古赤峰 024400)

雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉代替PS轉(zhuǎn)爐吹煉

韓志

(赤峰云銅有色金屬有限公司，內(nèi)蒙古赤峰 024400)

雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉是赤峰云銅有色金屬有限公司和赤峰金峰冶金技術(shù)發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)的新工藝，該工藝是將粗銅吹煉所必須經(jīng)過(guò)的造渣期和造銅期，分開(kāi)到兩個(gè)吹煉空間、分先后次序連續(xù)進(jìn)行，真正意義上實(shí)現(xiàn)粗銅吹煉生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)。通過(guò)對(duì)赤峰云銅投運(yùn)至今主要技術(shù)指標(biāo)、樣品檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可知該工藝具備代替?zhèn)鹘y(tǒng)PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉；PS轉(zhuǎn)爐；造渣爐；造銅爐；硅鐵渣型

1 銅冶煉吹煉工藝簡(jiǎn)述

隨著我國(guó)在能耗、環(huán)保等方面的要求越來(lái)越嚴(yán)格，部分新建、改擴(kuò)建的火法銅冶煉廠(chǎng)引進(jìn)了閃速法、澳斯麥特等國(guó)外技術(shù)，部分采用國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的銅冶煉技術(shù)，如金峰富氧雙側(cè)吹、氧氣底吹等熔池熔煉技術(shù)。從目前火法銅冶煉廠(chǎng)運(yùn)行效果看，銅精礦熔煉技術(shù)已相對(duì)成熟可靠，節(jié)能、環(huán)保效果好的工藝較多,但銅锍吹煉絕大部分仍采用傳統(tǒng)的間歇式吹煉工藝，如PS轉(zhuǎn)爐。該工藝由于存在液態(tài)冰銅需用冶金包轉(zhuǎn)運(yùn)，且每個(gè)吹煉周期需轉(zhuǎn)動(dòng)爐體7～8次，裝料和出銅出渣時(shí)爐口不能密閉，存在大量SO2煙氣逸散、低空污染、爐體密封性差、送風(fēng)時(shí)率低、耐火材料壽命短、煙氣量大、二氧化硫濃度低、煙氣不連續(xù)波動(dòng)大、不利于后續(xù)制酸，以及安全性等問(wèn)題。

為解決傳統(tǒng)PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝存在的諸多問(wèn)題，技術(shù)人員一直在尋求和探索著更好的吹煉工藝。20世紀(jì)后期，國(guó)外開(kāi)發(fā)了三菱法和閃速吹煉等連續(xù)吹煉工藝，雖解決了SO2煙氣無(wú)組織排放問(wèn)題，卻仍存在著投資高、能耗大、直收率低等問(wèn)題[1-2]。近年來(lái)，赤峰云銅有色金屬有限公司不斷鉆研和探索，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，聯(lián)合赤峰金峰冶金技術(shù)發(fā)展有限公司研發(fā)了“雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉工藝技術(shù)”，該技術(shù)采用固定的冶金爐代替轉(zhuǎn)爐，熔體采用溜槽轉(zhuǎn)運(yùn)，溜槽上有密閉煙罩，爐口密閉性好，操作過(guò)程中不存在無(wú)組織排放煙氣，自動(dòng)化控制水平高；而且還具有投資小、能耗低、煙塵率低、吹煉渣含銅低、直收率、高粗銅含硫低等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)在國(guó)內(nèi)首次于2014年11月在赤峰云銅有色金屬有限公司年產(chǎn)130 kt粗銅項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，至今運(yùn)行平穩(wěn)，翻開(kāi)了我國(guó)銅冶煉技術(shù)新篇章。

2 工藝技術(shù)思路

雙爐側(cè)頂吹粗銅吹連續(xù)吹煉工藝技術(shù)是根據(jù)PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝技術(shù)的原理和借鑒銅冶煉金峰富氧雙側(cè)吹熔池熔煉爐、頂吹爐和已有的幾種連續(xù)吹煉工藝的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，集中了目前所有吹煉工藝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。該工藝的主要技術(shù)思路就是將粗銅吹煉所必須經(jīng)過(guò)的造渣期和造銅期，由原先的在一個(gè)吹煉空間分先后次序間斷進(jìn)行，改變?yōu)榉珠_(kāi)到兩個(gè)吹煉空間，分先后次序連續(xù)進(jìn)行，從而真正意義上實(shí)現(xiàn)銅吹煉生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)，進(jìn)而解決PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝存在的一系列問(wèn)題。

1）造渣吹煉：熔煉爐產(chǎn)出的55%～60%左右冰銅通過(guò)溜槽連續(xù)流入造渣爐，同時(shí)DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制供風(fēng)設(shè)備和熔劑加入設(shè)備，按設(shè)計(jì)好的風(fēng)料比和熔劑加入量，向熔池中鼓入富氧空氣，并通過(guò)爐頂加料口向熔池內(nèi)加入熔劑；同時(shí)根據(jù)爐溫，調(diào)節(jié)富氧濃度，并適量向爐內(nèi)加入造銅爐渣和火法精煉渣等低品位含銅冷料。吹煉形成的渣浮在熔池上面，經(jīng)沉淀分離后連續(xù)從溢流口排出，進(jìn)入渣包，再用橋式起重機(jī)吊出運(yùn)到緩冷場(chǎng)，進(jìn)行浮選貧化處理；吹煉形成的白冰銅沉入熔池下部，從虹吸口連續(xù)放出并通過(guò)溜槽進(jìn)入造銅爐；造渣吹煉產(chǎn)生的煙氣經(jīng)出口煙道進(jìn)入余熱鍋爐，降溫后進(jìn)入冶煉煙氣除塵、脫硫處理系統(tǒng)。

2）造銅吹煉：白冰銅進(jìn)入造銅爐后，由DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)同時(shí)控制供風(fēng)設(shè)備和熔劑加入設(shè)備，按照計(jì)算出的風(fēng)料比和熔劑加入量，向熔池中鼓入富氧空氣，并通過(guò)爐頂加料口向熔池內(nèi)加入熔劑；同時(shí)根據(jù)爐溫的高低，適量向爐內(nèi)加入殘陽(yáng)極等高品位含銅冷料，并調(diào)節(jié)富氧濃度。造銅期由于白冰銅中含鐵量很少，且還含有少量的造渣劑，所以只需加入少量熔劑；由于造銅期的渣量?jī)H為總渣量的1/10，渣量很小，因此采用間斷放出的操作模式（約12 h放一次渣）。間斷放出的造銅期渣通過(guò)渣包倒入渣冷卻場(chǎng)，自然冷卻破碎后均勻返回造渣爐。由于赤峰云銅有色金屬有限公司下游工序?yàn)楣潭ㄊ疥?yáng)極爐精煉，采用了間斷操作模式，因此造銅爐中的粗銅也相應(yīng)采用間斷放出的操作模式，粗銅流入冶金包后由冶金橋式起重機(jī)吊運(yùn)倒入陽(yáng)極爐；造銅吹煉煙氣經(jīng)煙道出口進(jìn)入余熱鍋爐，經(jīng)降溫后進(jìn)入除塵、脫硫系統(tǒng)。

圖1 雙爐粗銅連續(xù)吹煉工藝流程

3 工藝裝備

雙爐側(cè)頂吹連續(xù)吹煉的主要工藝裝備為2臺(tái)獨(dú)立的臥式長(zhǎng)方體形爐，1臺(tái)用于粗銅吹煉過(guò)程中的造渣，稱(chēng)為造渣爐；另1臺(tái)用于造銅，稱(chēng)為造銅爐。

造渣爐為銅水套和鉻鎂磚混合砌筑，采用雙側(cè)吹爐型，爐體的一端設(shè)有冰銅進(jìn)口和觀察口，另一端設(shè)有白冰銅虹吸放口和吹煉渣溢流口，爐頂設(shè)有煙道出口、溶劑和粒狀冷料加入口，兩側(cè)各設(shè)有多個(gè)風(fēng)嘴。

造銅爐采用多槍管懸空頂吹爐型；爐體的一端設(shè)有白冰銅進(jìn)口，另一端設(shè)有粗銅虹吸放口，粗銅虹吸放口的爐頂部設(shè)有煙道出口，煙道下的正面?zhèn)葔ι弦苍O(shè)有吹煉渣溢流放出口，背面?zhèn)葔ι显O(shè)有一個(gè)殘陽(yáng)極加入口，爐頂設(shè)有噴槍插口，插口在爐頂寬度方向的中間延爐體軸線(xiàn)方向一字排開(kāi)，同造渣爐一樣，造銅爐爐頂也設(shè)有一個(gè)溶劑和粒狀冷料加入口。造銅爐外殼為鋼板，內(nèi)襯耐火材料。

熔煉爐與造渣爐、造渣爐與造銅爐均通過(guò)溜槽連接，造渣爐和造銅爐各配備1臺(tái)余熱鍋爐，2臺(tái)爐的煙道出口分別與各自的余熱鍋爐進(jìn)口相連接。雙爐粗銅連續(xù)吹煉爐連接示意見(jiàn)圖2。

圖2 雙爐粗銅連續(xù)吹煉爐工藝裝備連接示意

4 技術(shù)特征及創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 主要技術(shù)特征

雙爐粗銅連續(xù)吹煉的主要技術(shù)特征如下：將粗銅吹煉所必須經(jīng)過(guò)的造渣和造銅兩個(gè)階段分開(kāi)在兩個(gè)吹煉空間、分先后次序連續(xù)進(jìn)行。由于造渣和造銅兩個(gè)冶金反應(yīng)過(guò)程分段連續(xù)，所以既能獲得含硫很低的優(yōu)質(zhì)粗銅，又能獲得較低的吹煉渣含銅。造渣爐和造銅爐均為固定式,煙道與爐體密實(shí)接觸,微負(fù)壓操作條件下,漏風(fēng)率較低、無(wú)煙氣泄漏。上道工序通過(guò)溜槽向下道工序轉(zhuǎn)移熔融態(tài)物料，逸散煙氣量小且易收集，有利于匯入制酸系統(tǒng)進(jìn)行處理。渣爐和造銅爐在關(guān)鍵部位均采用了銅水套冷卻掛渣保護(hù)技術(shù)，從而保證了爐窯的使用壽命。

4.2 創(chuàng)新點(diǎn)

雙爐粗銅連續(xù)吹煉的創(chuàng)新點(diǎn)如下：1）創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)了雙側(cè)吹造渣爐和頂吹造銅爐組成的粗銅連續(xù)吹煉系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了粗銅吹煉過(guò)程的連續(xù)化，生產(chǎn)的粗銅品質(zhì)高，粗銅含硫低、渣含銅低，粗銅含硫、渣含銅分別從原來(lái)PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝的0.3%、4.0%降到現(xiàn)在的＜0.03%和2.3%。2）采用硅鐵渣型，對(duì)耐火材料腐蝕輕，爐溫穩(wěn)定，爐體耐火材料受熱震損輕，耐火材料單耗低，爐體壽命長(zhǎng)，維修費(fèi)用低。3）熔煉爐、造渣爐、造銅爐和陽(yáng)極爐之間用溜槽連接，冰銅、白冰銅和粗銅以液態(tài)的方式流動(dòng)轉(zhuǎn)移。4）該工藝徹底解決了銅冶煉生產(chǎn)吹煉工序中存在的含硫煙氣無(wú)組織排放，煙氣處理費(fèi)用高及其難收集的環(huán)境保護(hù)難題。5）該工藝煙氣量小，SO2濃度高且穩(wěn)定，煙氣連續(xù)穩(wěn)定，利于高溫?zé)煔庥酂岬幕厥绽?，粗銅綜合能耗比傳統(tǒng)PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝降低30 kgce/tCu。

5 總體性能指標(biāo)

從2014年11月7日起，在赤峰云銅工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)和工藝參數(shù)

由表1數(shù)據(jù)可以看出，各項(xiàng)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（217天平均值）均已達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平：1）粗銅品位：99.02%；2）粗銅含硫：0.022%；3）噸粗銅吹煉渣量造渣爐約為0.52 t/tCu，造銅爐約為0.095 t/tCu；4）吹煉渣含銅造渣爐約為2.253%（217天平均數(shù)）。5）造銅期吹煉渣直接返回造渣爐，噸粗銅渣量按0.52 t計(jì)，造渣期吹煉渣含銅按2.253%計(jì)，煙塵帶走的銅量為4.35 kg/tCu計(jì)，則計(jì)算冰銅到粗銅的直收率為（1 000-520×2.253%-4.35）/1 000=98.39%。

雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉爐在赤峰云銅于2014年11月7日點(diǎn)火投料生產(chǎn)，造渣爐初始進(jìn)料量為25 t/h冰銅，品位55%～57%之間。由于入爐冰銅品位波動(dòng)小、流量穩(wěn)定，所以造渣爐和造銅爐的爐況非常穩(wěn)定,爐內(nèi)反應(yīng)狀況良好，渣含銅、粗銅含硫、Fe/SiO2、渣溫、銅溫等控制指標(biāo)正常，粗銅質(zhì)量?jī)?yōu)于國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《粗銅 （YS/T70-2005）》規(guī)定的牌號(hào)98.50產(chǎn)品的化學(xué)成分要求。在試生產(chǎn)期間，連續(xù)吹煉系統(tǒng)實(shí)際生產(chǎn)能力達(dá)到并超過(guò)冰銅處理量的設(shè)計(jì)值25.43 t/h，冰銅品位穩(wěn)定在55%～57%之間，正常情況按冰銅量24~26 t/h均衡組織生產(chǎn)，見(jiàn)表2、表3。

表2 造渣爐吹煉渣抽檢樣品檢驗(yàn)報(bào)告※

表3 粗銅產(chǎn)品抽檢樣品檢驗(yàn)報(bào)告※

6 結(jié)論

綜上，雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)PS轉(zhuǎn)爐吹煉的技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：1）投資小，建設(shè)工期短。用一套連吹爐代替3臺(tái)轉(zhuǎn)爐，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，投資少，既不需要建設(shè)環(huán)集煙氣處理設(shè)施，也不需要像PS轉(zhuǎn)爐工藝那樣建設(shè)高強(qiáng)度廠(chǎng)房、配備大噸位吊車(chē)。2）爐子密封好，銅锍以熱態(tài)形式通過(guò)溜槽直接流入連吹爐，徹底解決SO2煙氣無(wú)組織排放問(wèn)題，無(wú)煙氣泄漏。3）漏風(fēng)率小、噸銅煙氣量少，煙氣處理系統(tǒng)投資小、運(yùn)行費(fèi)用低。4）環(huán)集煙氣量小，可匯入制酸系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一脫硫處理。5）煙氣SO2濃度高且穩(wěn)定，有利于制酸系統(tǒng)采取三轉(zhuǎn)三吸法制酸脫硫，從而可以取消制酸尾氣脫硫工序。6）煙氣連續(xù)、穩(wěn)定、溫度高，余熱回收利用效果好。7）采用硅鐵渣型，對(duì)耐火材料腐蝕輕，爐溫穩(wěn)定，爐體耐火材料受熱震損輕，耐火材料單耗低，爐體壽命長(zhǎng)，維修費(fèi)用低。

雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉工藝將粗銅吹煉所必須經(jīng)過(guò)的造渣期和造銅期，分開(kāi)到兩個(gè)吹煉空間、分先后次序連續(xù)進(jìn)行，真正意義上實(shí)現(xiàn)粗銅吹煉生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)。該技術(shù)在赤峰云銅投入運(yùn)行至今一切順利，運(yùn)行平穩(wěn)，未遇到任何生產(chǎn)問(wèn)題，且各項(xiàng)技經(jīng)指標(biāo)均達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平，具備代替?zhèn)鹘y(tǒng)PS轉(zhuǎn)爐吹煉的條件。

[1] 任鴻九，王立川.有色金屬提取手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2000.

[2] 達(dá)文波特.金.銅冶煉技術(shù)[M].4版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

PS Converter Converting Replaced by Double-furnace Side Top-blown Blister Copper Continuous Converting

HAN Zhi
(Yunnan Copper Chifeng Nonferrous Metals Co.,Ltd.,Chifeng,Inner Mongolia 024400,China)

Double-furnace side top-blown blister copper continuous converting is developed by Yunnan Copper Chifeng Nonferrous Metals Co.,Ltd.and Chifeng Jinfeng Metallurgical Technology Development Co.,Ltd.,this process will divide slag forming period and copper forming period into two converting spaces and the process is carried out continuously in sequence.The paper analyzes main technical indexes and samples inspection data of Chifeng Company;it can be known from the analysis that this process has technical advantage to replace traditional PS converter converting process.

double-furnace side top-blown blister copper continuous converting;PS converter;slag forming furnace;copper forming furnace;ferrosilicon slag type

TF811

B

1004-4345(2015)05-0018-04

2015-09-08

韓志（1962—），男，工程師，主要從事經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)技術(shù)管理及工藝裝備研發(fā)工作。