關于富氧底吹爐冰銅品位的探討

鄧川南

（北方銅業垣曲冶煉廠， 山西 垣曲 043700）

北方銅業垣曲冶煉廠（以下簡稱垣曲冶煉廠）采用富氧底吹熔池熔煉技術，從爐子底部的12只氧槍鼓入氧氣和空氣，強烈攪拌熔池熔體，迅速完成反應，使爐料完成加熱、脫水、分解、熔化、氧化、造硫、造渣反應，反應產生液體冰銅和爐渣因密度不同而分層，分別從銅硫口和渣口間斷放出，冰銅通過包子運至轉爐，產生的爐渣運到熱渣緩冷場進行緩冷，然后運到選廠。

冰銅是底吹爐熔煉過程的重要產物之一。它是一種中間產品，是轉爐吹煉的主要原料，冰銅的化學成分和物理性質對底吹爐熔煉和轉爐吹煉的生產有較大影響，冰銅品位是底吹爐控制的核心。

1 冰銅品位的選擇

國內富氧底吹爐煉銅廠通過入爐精礦成分、主工藝要求以及經濟效益最佳確定冰銅品位，一般冰銅品位（質量分數）有60%和70%兩種。低品位冰銅生產依靠轉爐增加處理冷料量提高產量，高品位冰銅操作通過增加冰銅銅含量，縮短轉爐操作時間，提高轉爐爐次提高產量[1]。

垣曲冶煉廠火法工藝：1臺底吹爐（Φ4.8m×20m）+3臺PS轉爐（Φ3.6 m×8.8 m）+2臺回轉式陽極爐（Φ3.8 m×11.5 m）。2014年生產初期采用60%品位操作，每天產出冰銅24～26包，轉爐完全處理，全廠完成10萬t設計產能。2015年底吹爐提升產能，每天產出冰銅30～34包，低品位冰銅轉爐吹煉時間過長，轉爐處理能力不足問題暴露出來，造成底吹爐減產生產。2015年大修后垣曲冶煉廠采用高品位冰銅生產操作，有效縮短轉爐吹煉時間，全廠順利提升產能，但對主工藝操作帶來一些不利因素。不同冰銅品位下操作影響見表1。

表1 不同冰銅品位下的操作變化

2 影響品位的因素

2.1 物料中的 m（S）/m（Cu）

物料中的m（S）/m（Cu）是物料中硫質量和銅質量的比值。反應如下：

根據底吹爐的熱平衡計算，熱收入主要來精礦的氧化反應，當需要的熱量一定時，隨著物料中m（S）/m（Cu）升高，保留在冰銅中的硫越多，產出冰銅品位越低。m（S）/m（Cu）是決定冰銅品位的關鍵。各底吹爐廠冰銅品位和m（S）/m（Cu）的關系見下頁表2。

表2 各底吹爐廠冰銅品位和m（S）/m（Cu）的關系

2.2 氧料比

氧料比是入爐總氧氣量和加料量的比值。氧料比控制在135～155之間。冰銅的化學成分為Cu2SFeS，當氧料比提高時，冰銅主要發生2FeS+3O2=2FeO+2SO2，脫硫率提高，冰銅品位升高，進一步放出熱量。氧料比是調節冰銅品位的手段，但調節效果有限，范圍在2%左右[2]。根據底吹爐熱平衡計算，熱收入必須保證在范圍內，當過度降低氧料比時，精礦反應放熱量減少，熱收入減少，底吹爐放渣困難，易造成工藝事故，提高氧料比則反之。

2.3 氧濃

目前垣曲冶煉廠氧濃控制約為72%，氧濃的控制可以影響冰銅的品位，氧濃高，冰銅品位就高，反之就低。過高的氧濃操作，氧槍及周圍磚有燒損現象，影響爐壽命；過低的氧濃操作時，若壓力偏高則蘑菇頭快速生長，同樣增加阻力，都會影響正常生產。

2.4 煤和冷料

煤進入富氧底吹爐內主要發生以下兩個反應：2Fe3O4+C=6FeO+CO2；C+O2=CO2。由于煤具有良好的還原性，還原磁性鐵，改善渣型。煤可以和氧氣反應放出熱量，保證熱量供給，另一方面可以降低冰銅脫硫率，降低冰銅品位。在奧斯麥特爐、閃速爐工藝中，煤和精礦同時從噴槍噴出，充分接觸氧氣，釋放大量的熱，硫和鐵保留在冰銅中，煤可以較大范圍的調節冰銅品位。在富氧底吹爐工藝中，氧氣從熔池底部吹入冰銅層，底部氧勢較高，首先和冰銅發生反應，氧氣進入渣層后氧勢大大降低，由于煤通過和物料配比從頂端加入，煤和氧氣無法充分反應，便從渣口排出，利用率偏低，所以通過煤調節冰銅品位的效果有限，范圍在2%左右。底吹爐入爐精礦配煤率通常不超過1%。

冷料主要是轉爐高含銅爐渣，由于高品位操作，轉爐造渣困難，過吹造成Fe3O4與Cu2O生成流動性好的Cu2O·Fe2O3，含銅約35%，硫含量較低。冷料化學成分見表3。

表3 垣冶冷料化學成分 %

轉爐渣含銅較高，無法渣選，返底吹爐消化，垣冶每月轉爐產渣量約4 000 t，富氧底吹爐加入轉爐渣后，過氧化渣惡化底吹爐渣型，由于冷料基本不放熱，冰銅進一步脫硫放熱，冰銅品位升高，影響工藝指標。

3 冰銅品位控制措施

1）根據需要產出的冰銅品位，通過合理配料，保證入爐精礦m（S）/m（Cu）。保證精礦庫存量，便于快速調節。

2）氧料比、氧濃保持在合理范圍內，操作人員根據爐況要勤調微調，對品位變化要有預見性，切記突然提高氧料比，造成品位升高。

3）冷料和煤的加入量要根據化驗單及時調整。

4 結語

冰銅品位是底吹爐控制的關鍵，各廠要根據物料的成分、熔煉、吹煉的工藝條件、經濟指標及最終產品的質量和產量等因素來控制冰銅品位。通過合理的配料、主控人員的精心操作，冰銅品位可嚴格控制，達到工藝的穩定。

[1]彭容秋.銅冶金[M].長沙：中南大學出版社，2004.

[2]李明照，許并社.銅冶煉工藝[M].北京：化學工業出版社，2012.