提高陽極爐工序銅直收率的生產實踐

2018-03-22 10:32:54李昱民

銅業工程 2018年1期

關鍵詞：措施

李昱民

（江西銅業集團公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424）

1 引言

江銅集團貴溪冶煉廠（簡稱貴冶）熔煉一系統日均生產陽極銅1300t。工藝流程采用閃速熔煉—PS轉爐吹煉—回轉式陽極爐精煉。陽極爐工序則分為回轉式陽極爐精煉和圓盤澆鑄機兩部分，主要工藝流程見圖1。

轉爐產出的高溫液態粗銅含銅98.5%以上，由行車加入陽極爐后經過氧化還原精煉為含銅99.2%以上的陽極銅，再由溜槽導流至圓盤澆鑄機，進行陽極板澆鑄作業，合格的陽極板作為工序的主產品交付電解車間進行電解精煉。本文結合生產實際，分析了精煉澆鑄過程中影響銅直收率的主要因素；通過制定相關措施、精細管理，使陽極爐工序銅直收率得到提高。

2 直收率影響因素分析

經生產分析得出：影響陽極爐工序銅直收率高低的關鍵工藝為：陽極爐精煉過程和圓盤澆鑄過程。在整個工藝過程中，投入的物料為轉爐來粗銅，產出主要中間物料為：精煉渣、廢陽極板、廢銅模、廢銅。

要提高銅直收率須降低精煉渣、廢陽極板、廢銅模、廢銅的含銅量入手。即控制銅在精煉渣、廢銅、廢陽極板、廢銅模中的損失。

陽極爐工序部分中間物料的銅損失率技術指標匯總于表1

圖1 工藝流程

表1 精煉澆鑄過程中各產物的銅損失率匯總

以上可以看出，陽極爐銅直收率的主要影響要素為：

（1）在氧化結束后排渣過程中，銅在精煉渣中的損失。

（2）液態陽極銅由陽極爐導流至圓盤澆鑄機的過程中，銅水飛濺損失，澆鑄包粘結和活動溜槽內剩的廢銅。

（3）圓盤澆鑄過程中廢陽極板的產出。

（4）澆鑄銅模消耗的陽極銅。

因此要提高陽極爐銅直收率須從以下四個方面進行。

（1）減少精煉渣內含銅量。

（2）減少圓盤澆鑄過程中液態銅水流失產生的廢銅。

（3）減少廢陽極板的產出。

（4）減少澆鑄銅模的消耗。

3 制定提高銅直收率的相關措施

3.1 減少排渣時精煉渣的含銅量

在精煉排渣過程中，銅金屬以氧化亞銅的形式隨精煉渣一同排出，同時還夾帶少量的單質銅，精煉渣再次加入轉爐造成銅的流失；直接降低了銅直收率。

3.1.1 精煉渣含銅高的原因

粗銅氧化精煉的基本原理［1］在于銅液中存在的大多數雜質對氧的親和力都大于銅對氧的親和力，且多數雜質的氧化物在銅液中的溶解度很小，當空氣或壓縮空氣中的氧通入銅液中便優先將雜質氧化除去。但是熔體中，銅占絕大數，而雜質占極少數，故其氧化機理可認為銅首先發生氧化作用。反應方程式如下。

所生成的Cu2O立即溶解于熔融銅液中，其溶解度隨溫度升高而增加，其關系見表2。

表2 氧化亞銅在銅液中的溶解度

雜質氧化是放熱反應，隨著溫度的升高，則殘留雜質濃度增大。同時，溫度過高，溶體中飽和Cu2O亦多，造成渣含銅高。

3.1.2 減少精煉渣含銅的措施

針對以上原因制定措施。

（1）精準判斷氧化終點樣，及時排渣。

（2）氧化精煉過程的溫度不宜過高，一般在1130～1150℃；減少渣含銅量。

（3）排渣時如爐口結銅不平，單質銅會隨氧化渣流失，所以放渣前爐口必須清理干凈。制定措施后精煉渣部分技術指標列于表3。

表3 精煉渣部分技術指標匯總表

3.2 減少圓盤澆鑄過程中銅水流失產生的廢銅

3.2.1 圓盤澆鑄過程中廢銅形成的方式

（1）澆鑄生產過程中，銅液通過爐體出銅口到活動溜槽、固定溜槽、中間包再通過澆鑄包澆鑄成合格的陽極板，銅水飛濺以及澆鑄包粘結而造成的廢銅。

（2）澆鑄結束后：活動溜槽、固定溜槽、中間包、澆鑄包內剩余的廢銅

（3）行車加粗銅灑落、氧化渣帶銅等等。

3.2.2 改進澆鑄包、活動溜槽的制作減少廢銅損失

（1）改進澆鑄包的制作［2］，減少澆鑄包嘴子結廢銅。圓盤澆鑄期間，澆鑄包嘴子易結銅，粘結到一定量時需人工及時清理，如廢銅落入模內會導致陽極板偏重，嘴子下部粘結過大頂到模面影響電子秤計量。廢銅作為中間物料回爐，直接影響了銅直收率。

在銅液含氧量達標的情況下，澆鑄包易結銅的主要原因為：澆鑄包嘴子磚澆鑄結束返回時，澆鑄包嘴子制作水平度太平（側面圖如圖2）；銅液在嘴子磚處停留，易形成粘結。通過加大嘴子磚的斜度（側面圖如圖3）；讓澆鑄包返回時銅水在澆鑄返回時不容易沉積；熔體倒出時離銅模面的也落差變小；這樣澆鑄包嘴子不容易粘結，減少了廢銅的產出。

改進前：每爐次清理澆鑄包嘴子次數在16次以上，改進后：清理澆鑄包嘴子數在8次以內，每月按120爐次數，少清理澆鑄包嘴子8次算，每個澆鑄包嘴子清下的廢銅約3kg，月減少廢銅產出量：120*8*3*2=5760kg=5.76t

（2）改進活動溜槽制作、減少活動溜槽內剩的廢銅。現用活動溜槽，澆鑄結束后每爐次會剩余約5t大塊廢銅在活動溜槽內，直接響銅直收率。

主要原因為：活動溜槽嘴子制作太高，澆鑄結束后，活動溜槽內的銅水不能完全流出，剩銅多。通過改進活動溜槽的制作，把活動活動溜槽嘴子做淺，澆鑄結束后，使活動溜槽內的銅水盡可能的流干凈，減少活動溜槽內剩的廢銅。活動溜槽嘴子改進后：活動溜槽內剩銅約3t/爐。

改進后，澆鑄包結廢銅量及活動溜槽內剩的廢銅量部分技術指標列于表4。

其它如澆鑄時中間包、澆鑄包的飛濺以及行車加粗銅灑落不可避免也沒法考量。

表4 澆鑄包、溜槽改進后，部分技術指標匯總表

3.3 減少廢陽極板的產出

3.3.1 圓盤澆鑄［3］過程中廢陽極板產生的原因

（1）陽極爐精煉過程中：終點樣判斷失誤，銅液含氧高，澆鑄陽極銅時流動性差，陽極板耳部缺陷，造成物理規格不合格的陽極板。

（2）圓盤澆鑄過程中：生產出物理規格不好的陽極板，產生的廢陽極板。

（3）固定溜槽結銅的影響：固定溜槽內結銅多，爐子傾轉開始澆鑄時，銅液在固定溜槽內要熔化結銅，造成（中間包、澆鑄包）內銅液溫低，澆鑄出物理規格不好的陽極板。

結合貴溪冶煉廠陽極爐一系列生產實踐確定：采用終點測氧儀，精準判斷銅終點液含氧量；通過制定措施、精細管理，減少圓盤澆鑄期間廢陽極板的產出，達到提高銅直收率的目標。

3.3.2 利用終點測氧儀,精準判斷銅液含氧量

通過生產的實踐摸索，在保證陽極銅澆鑄溫度1180～1190℃的情況下，還原終點含O量控制在0.20%以下，可以保證銅液的流動性，陽極板物理規格可以得到基本保證；采用終點測氧儀后，可以精準判斷銅液含氧量。很大程度上避免了人為誤判情況的發生，對提高銅直收率達到了很好的效果。

3.3.3 減少圓盤澆鑄期間廢陽極板的產出

（1）圓盤澆鑄期間廢陽極板產生的原因。

①銅模溫度的影響：回轉式精煉陽極爐生產過程屬間歇性生產過程，生產間歇時間越長，銅模溫度就越低。而附著在銅模上的脫模劑和水汽不容易蒸發，生產出來的陽極板飛邊毛刺較多，底后部飛邊較普遍。影響到陽極板的物理規格，直接影響銅直收率。澆鑄間歇時間與銅模溫度關系見表5。

表5 澆鑄間歇時間與銅模溫度關系對照圖

由表可見間歇時間越長，銅模溫度越低。銅模在6個小時的時間內已經完全散熱冷卻，水蒸汽不能蒸發。冬季氣溫低的情況下，降溫更快廢陽極板更多。

②銅模冷卻水噴淋不夠均勻，銅模變形嚴重導致陽極板整體物理規格差。

③設備故障［4］需要單包澆鑄時：對銅水溫度、流動性要求較高，單包澆鑄出現流動性較差及銅水溫度較低時，澆鑄整體物理規格較差的陽極板產生的廢陽極板。

（2）針對自身工藝條件制定相應的措施。

江西銅業貴溪冶煉廠陽極爐擁有：兩套系統4臺350t回轉式精煉爐（一套系統各兩臺陽極爐，一用一備）；兩套澆鑄系統（一套單圓盤28模澆鑄系統、一套雙16模澆鑄系統）。針對自身情況制定了相應的措施。

澆鑄前期整改措施。

①對噴淋水進行改進，對底部水噴頭進行固定，增加噴淋頭以達到均衡冷卻效果；并在噴淋水總管安裝過濾器，防止噴淋水雜物堵塞噴頭。

②對開裂的銅模進行捶打，開裂嚴重的銅模及時更換。

③銅模自然冷卻超過4個小時的提前烘烤（去除水蒸汽）。

④澆鑄前期，對圓盤澆鑄機多點檢試車；避免澆鑄期間發生設備故障。

澆鑄期間整改措施。

①嚴格噴涂配比。

②對銅模底部進行抹粉作業。

③澆鑄開始上部水開啟量必須達到兩個要求：一方面上部水不能過大（水不能流入銅模尾部邊框），另一方面保證陽極板在廢陽極處不會被預頂起頂穿。

④廢陽極崗位人員必須對表面有渣及小包進行處理，以達到合格陽極板的目的要求。

⑤澆鑄正常情況下，銅模溫度控制在140～180℃之間，銅模溫度要保持均衡；并控制好澆鑄速度。

澆鑄結束后

對陽極銅成品(合格陽極板)進行修正

制定措施后廢陽極板量部分技術指標列于表6。

表6 制定措施后，廢陽極板部分技術指標匯總表

3.3.4 加強固定溜槽管控

固定溜槽內剩銅多，不但直接影響到銅直收率，也對下次澆鑄的質量好壞產生影響；如果后期固定溜槽結銅多產生的廢陽極板也會相應增多。所以必須加強固定溜槽的管控措施：（1）每爐銅快澆鑄結束時，利用陽極爐爐內的銅水溫度及時化掉固定溜槽內結銅，減少下次澆鑄時固定溜槽內熔化結銅量。（2）縮短固定溜槽的使用時間，結銅多時及時清做。