大型轉爐銅锍吹煉中的冷料生產控制

李林山

（銅陵有色金屬集團控股有限公司，安徽 銅陵 244100）

1 引言

轉爐作為現階段較主流的銅锍吹煉工藝用爐，相對于其他爐型而言，最突出的特點是冷料處理能力大。銅陵有色金冠銅業分公司共有3臺Ф4.49×13m大型轉爐，采用2H1B模式進行作業，兩開一備。每臺轉爐配備有熔劑加料系統、殘極加料系統、環保集煙系統、收塵系統、捅風眼機和爐口清理機等機械化設備。

朱祖澤［1］就轉爐的爐體結構、吹煉實踐、吹煉過程的技術經濟指標及富氧吹煉做過詳細的闡述。轉爐冷料的重要性在程永紅［2］的生產實踐探索中有所體現。朱勇強［3］和李嘉桂［4］談到過轉爐物料平衡的認識。何建平［5］指出冷料率對轉爐生產和爐壽命等經濟指標的優化具有重要意義。李新［6］提出轉爐科學的冷料配比能有效提升爐齡壽命、降低噸銅鎂磚的消耗。范進軍［7］和金澤志［8］利用紅外成像檢測和光譜檢測技術成功追蹤了銅冶煉過程關鍵成分的分別及終點判斷。然而，在眾多轉爐生產實踐的探索中鮮有關于大型轉爐冷料控制的論述。前期就溫度控制對大型轉爐銅锍吹煉的影響做過簡要論述［9］，本文在此基礎上就大型轉爐銅锍吹煉中在冷料的選擇、添加方式的選擇、添加時機及添加量再做簡要概述。

2 冷料的分類及組成

轉爐處理的冷料種類繁多、選擇性大，主要分為內部自產冷料和外部冷料。自產冷料主要有煙塵塊、床下物、錮鈹、白鈹、冰銅包殼和粗銅包殼，外部冷料可分為殘極、廢陽極板、紫雜銅、黑銅、精煉渣、溜槽銅、電積銅和大塊銅等。冷料的成分情況如表1和表2所示。

表1 自產冷料的部分組成成分 %

表2 外部冷料的部分組成成分 %

轉爐冷料的選擇以不影響粗銅產品質量或對質量影響較小為原則。銅锍吹煉過程中與Cu電位相近的As、Sb、Bi元素含量必須控制在低水平，同時保持一定的銅品位，確保終端產品質量。自產冷料始終處于內部循環，其冷料成分、含雜量相對較低且可控。外部冷料中廢陽極板、黑銅和大塊銅多為外部商務采購，存在雜質含量波動較大的情況。根據化驗含雜的實際情況，涉及As、Sb和Bi過高的冷料實行與內循環的殘極、廢陽極板搭配添加使用，平衡其雜質含量，防止局部爐次粗銅含雜質過高，影響陽極板質量。

3 冷料的添加方式和時機

轉爐冷料的添加方式可分為以下三種：

（1）熔劑加入系統，在銅锍吹煉不停風時加入。

（2）殘極加料機系統添加，在銅锍吹煉不停風時投入。

（3）爐口直投，在停風時通過船型料斗由行車吊包從爐口投入。

轉爐冷料的添加方式主要受冷料物理規格尺寸和含水量影響。物理規格表現不規整的如錮鈹、包殼和白鈹經顎式破碎機破碎后，通過熔劑添加系統加入爐內；殘極、廢陽極板和大塊銅長、寬、高尺寸相對固定，統一可由殘極加料機系統投入爐內；其他含銅冷料（溜槽銅、精煉渣、紫雜銅、電積銅、黑銅、床下物、煙塵塊等）因處理量較小、不易破碎、粉狀料不利于皮帶和鏈板運輸等因素，則通過爐口直投方式倒入爐內。另含水分較高的冷料（如電積銅）只能在轉爐空爐時通過爐口直投方式加入，避免放炮引發安全事故。

冷料的加入時機一般取決于冷料的銅品位。一般高銅品位（白冰銅品位在75%以上）的冷料在B期（造銅期）加入爐內，而低銅品位（白冰銅品位在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爐時直接投入爐內。轉爐常見的冷料添加時機如下表3所示。

表3 多種冷料的添加時機和方式

冷料的加入方式和時機選擇，要根據具體情況而定，綜合考慮四個因素：

（1）對爐況及產品質量的影響小。

（2）對轉爐的送風作業影響小。

（3）加入時盡量減少冷料的飛散損失。

（4）容易裝入，不至于出現堵塞等故障。

4 冷料的添加量

冷料的添加量取決于爐內熔體溫度的高低，即熱量的多少。銅锍吹煉自身反應放出大量熱量，爐內冷料量添加過少，會致使爐內溫度迅速升高，溫度過高導致爐襯加速消耗，減少轉爐爐齡，同時爐內反應加劇，熔體噴濺嚴重，不利于工藝操作和提高冷料率。爐內冷料添加過多，則會致使爐內溫度過低，熱量不足又難以維持自熱反應，延長吹煉周期，同時可能改變渣型，影響正常吹煉甚至導致噴爐和放渣困難等異常情況。

在不影響轉爐正常吹煉的情況下，應盡可能處理更多的冷料，盡最大可能利用富余熱量提高轉爐單產，同時保持爐內溫度均衡，防止溫度驟升驟降，保護爐襯，提升轉爐爐齡。轉爐銅锍吹煉過程中冷料的控制可由經驗公式［10］計算：

式中：ts1、ts2、tB分別為常氧吹煉時S1、S2和B期冷料需求量（t）；W為單爐冰銅總量（t）；Ws1、Ws2分別為造渣1期和2期的冰銅量；MGB為單爐平均冰銅品位（%），MGs1和MGs2分別為造渣1期和造渣2期的平均冰銅品位（%）；a1、a2和a3為冷料修正系數。

其中，轉爐常見的冷料吸熱值可參照表4。

轉爐銅锍吹煉過程中爐內實際熱值始終是變動的，其與當地氣候、耐火材料蓄熱值、爐內底渣和底銅量、送風量大小以及等料時間長短均有關系，由上一爐的操作及條件決定下一爐次爐內熱量影響的復雜程度，當前爐次的冷料計算無法體現爐內真實的熱值狀態，應根據實際爐況結合實踐經驗給予適當的調整、修正。

轉爐銅锍吹煉分造渣和造銅兩個時期，根據銅锍吹煉反應方程式（4）～（7）可知，造渣期產生的熱量更多。

根據結合表4常見冷料的吸熱值，可盡可能在造渣期加大冷料處理，將熱能利用最大化。

表4 常見冷料吸熱值 MCal/t

以錮鈹的吸熱量為例，按照表5中設定生產投入參數，結合公式（1）～（3）和實際生產錮鈹的添加量，可分別得出：a1=691.15；a2=469.00；a3=2909.61。繼而再小幅度增加實際添加量（保證爐況穩定和粗銅產品質量），獲得最終的a1、a2和a3修正系數作為冷料的添加依據。根據爐體尺寸、漏風率及氧效影響，a1、a2和a3數值略有波動。其他冷料的修正參數以此類推，即可根據冰銅投入量和冰銅品位波動獲得不同冷料的指導添加量。

表5 錮鈹的修正系數計算

5 結語

利用轉爐強大的冷料處理能力可有效處理廢雜料，在不影響生產爐況和產品質量的前提下，合理安排冷料的添加方式和添加時機至關重要，低品位的自產冷料和含銅雜料應盡可能安排在造渣期處理，高品位的殘極、廢陽極板以及外購的高純度冷銅應安排在造銅期處理，殘極、廢陽極板和大塊銅可在轉爐吹煉不停風狀態下有限通過殘極加料機系統投入爐內，尺寸較小的包殼和錮鈹應優先通過熔劑系統的溜槽加入爐內，細小的床下物、自產冷料、不符合殘極加料機系統和熔劑系統加入要求的外部冷銅可通過爐前直投加入爐內。根據經驗公式結合工藝操作、爐況條件，確認冷料的最大添加量，能夠提高轉爐單爐產量，保持爐內熔體溫度均衡，減少能源浪費，促進生產效益最大化。