頂吹熔煉過程冰銅品位控制實踐

1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2016.11.003頂吹熔煉過程冰銅品位控制實踐李科，羅永春，徐祥，袁海濱（云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司，云南個舊 661000）摘要：介紹了Ausmelt“雙頂吹”煉銅工藝，分析了熔煉過程不同物料入爐品位時冰洞品位的控制，得出熔煉過程合理的冰銅品位控制為：入爐品位20%，冰銅品位52%55%；入爐品位20%，冰銅品位55%60%?？偨Y(jié)了熔煉爐工況、過程溫度、熱冰銅樣斷面形狀顏色、電爐爐渣含硫變化等反饋來判斷實時冰銅品位的操作經(jīng)驗。關(guān)鍵詞：銅；頂吹爐熔煉；冰銅品位；電爐爐渣；槍位中圖分類號：TF811文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1007

2、-7545（2016）11-0000-00Practice on Control of Matte Grade in Top-Blown SmeltingLI Ke, LUO Yong-chun, XU Xiang, YUAN Hai-bin(Copper Branch of Yunnan Tin Limited Company, Gejiu 661000, Yunnan, China)Abstract：Ausmelt double top-blowing smelting process was introduced. Control of matte grade under differe

3、nt material feeding in smelting was analyzed. Reasonable copper matte grade is controlled at 52%55% when feeding material grade is 20%, while matte grade is controlled at 55%60% when feeding material grade is 20. Operating practice for judging real-time matte grade based on feedback of smelting furn

4、ace working condition, smelting temperature, section shapes and colors of hot matte, and sulfur content in slag of electric furnace is summarized to keep stability of matte grade.Key words：copper; top-blown smelting; matte grade; electric furnace slag; spray gun position頂吹熔煉技術(shù)是一種富氧頂吹浸沒式熔池強(qiáng)化熔煉技術(shù)1，云錫銅

5、業(yè)采用頂吹熔煉和頂吹吹煉的“雙頂吹”煉銅工藝，自2012年3月投料試車，經(jīng)過幾年的生產(chǎn)實踐，綜合冰銅品位的控制對銅冶煉系統(tǒng)成本和處理負(fù)荷等影響，根據(jù)不同物料入爐品位來控制相應(yīng)的冰銅品位范圍，總結(jié)了穩(wěn)定冰銅品位控制的實際操作經(jīng)驗。隨著冶煉技術(shù)自動化程度的提高，現(xiàn)有技術(shù)可以通過計算機(jī)模擬計算出熔煉過程產(chǎn)出所需冰銅品位和渣型控制，有文獻(xiàn)指出，以有效氧為基礎(chǔ)的冰銅品位計算方程式的改進(jìn)，可以實現(xiàn)冰銅品位的預(yù)計算；還有文章2指出，根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，利用AR(p)與指數(shù)平滑最優(yōu)組合法，動態(tài)預(yù)測冰銅品位的控制。上述預(yù)測冰銅品位的方法可以指導(dǎo)冰銅品位控制的操作，但在實際生產(chǎn)中，由于物料成分的變化、噴槍燒損等諸多不確

6、定因數(shù)，給上述預(yù)測方法造成誤差，特別是跟換配料單、兩種物料交集時段、沉降電爐實時冰銅品位會有較大的波動，不利于頂吹熔煉爐工況穩(wěn)定。本文結(jié)合三年的頂吹熔煉實踐和相應(yīng)的冰銅品位數(shù)據(jù)，介紹了通過熔煉工況、堰口排放混合熔體的溫度變化，及熱銅锍樣的形狀、沉降電爐爐渣化學(xué)成分等來判斷冰銅品位反饋，并做出相應(yīng)的操作調(diào)整，為頂吹爐工藝的操作提供現(xiàn)場經(jīng)驗。1 頂吹爐熔煉造锍的原理富氧頂吹熔煉技術(shù)實質(zhì)就是通過噴槍噴入的高速氣流攪拌和強(qiáng)氧化熔煉，充分利用物料的化學(xué)潛能，為熔煉創(chuàng)造合理的動力學(xué)和熱力學(xué)條件3。由特制噴槍提供一定溫度和氧化氣氛條件下將硫化銅精礦熔化生成MeS共融體的方法，又稱造锍熔煉4。熔煉過程將精礦中

7、的銅富集于冰銅中，而大部分鐵的氧化物與加入的熔劑造渣，冰銅和爐渣的混合熔體通過設(shè)計的1.7 m高度的堰口虹吸進(jìn)入沉降電爐，冰銅和爐渣在沉降電爐進(jìn)行分離。主要工藝流程：銅精礦、返料、熔劑、塊煤等物料通過皮帶輸送系統(tǒng)送至頂吹熔煉爐，混合物料經(jīng)爐頂料口進(jìn)入熔煉爐內(nèi)，熔煉過程所需要的富氧、空氣、還原煤通過噴槍噴射入熔池內(nèi)，冶煉過程通過DCS系統(tǒng)控制物料量、冶煉風(fēng)系數(shù)，并根據(jù)實際情況，對冶煉過程系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。含銅物料經(jīng)過熔煉后，成高溫混合熔體，該高溫混合熔體通過爐底堰口溜槽連續(xù)排放至沉降電爐內(nèi)，沉降電爐系統(tǒng)由6 400 kVA功率雙系統(tǒng)三相電極供熱保持電爐熔池溫度，高溫混合熔體在沉降電爐相對靜態(tài)環(huán)境下沉

8、降分離出電爐渣和冰銅，電爐渣通過上部渣口排放進(jìn)渣包內(nèi)，送緩冷場自然冷卻、噴淋水降溫冷卻后送渣選礦車間，選礦回收其中的硫化銅，而冰銅通過下部排放口排放進(jìn)冰銅水淬系統(tǒng)，水淬成顆粒狀冰銅。收稿日期：2016-05-28基金項目：云南省財政廳、科技廳技術(shù)創(chuàng)新暨產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金資助項目（2014XB017）作者簡介：李科（1974-），男，四川簡陽人，工程師.2 冰銅品位對生產(chǎn)的影響2.1 冰銅品位對熔煉系統(tǒng)的影響冰銅品位的高低直接反映熔煉過程氧勢控制的強(qiáng)弱，若冰銅品位控制過低，會導(dǎo)致熔煉過程物料的氧化自熱低，必須增加煤耗來維持熔煉過程的溫度；若冰銅品位控制過高，則導(dǎo)致熔煉爐內(nèi)Fe3O4含量升高，渣型惡

9、化而噴濺嚴(yán)重，導(dǎo)致爐頂和過渡段結(jié)渣，同時也增加了銅在渣中的化學(xué)損失，熔煉經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)不理想。2.2 冰銅品位對電爐的影響在頂吹熔煉爐過程中，當(dāng)Fe3O4含量低于7%時，F(xiàn)e3O4基本都可以溶解于冰銅中，冰銅品位越來越高時，F(xiàn)e3O4溶解度會越來越小。當(dāng)冰銅品位大于60%時就會造成渣中Fe3O4含量升高，在電爐長時間沉降后析出形成凍結(jié)層，影響了電爐的沉降爐床面積，增加了電爐的電耗，甚至影響了電爐排渣速度，制約熔煉進(jìn)料量。2.3 對吹煉過程的影響冰銅品位越高，F(xiàn)e、S含量則越低，吹煉過程產(chǎn)渣量少，作業(yè)周期短，但是吹煉作業(yè)的氧化自放熱不夠，不能維持正常吹煉工況造渣溫度，勢必要增加外供熱；另外，冰銅品

10、位越低，吹煉過程產(chǎn)渣量大，爐能率低，產(chǎn)能小。3 生產(chǎn)實踐中影響冰銅目標(biāo)品位的控制因數(shù)3.1 配料造锍其實也是一個氧化造渣過程，主要是S、Fe、Cu三種化合物間的反應(yīng)，生產(chǎn)實踐中，Cu/S為1.01.2時，熔煉工況易控，冰銅品位能夠穩(wěn)定控制在55%60%。隨著銅精礦日趨高雜，特別是雜質(zhì)(Pb+Zn)7%時，需考慮雜質(zhì)鋅、鉛對冰銅品位的影響，有文章5-6指出，冰銅品位的提高會導(dǎo)致鋅在爐渣中的分配率升高，爐渣含鋅高時黏度大，引起熔體在爐頂?shù)膰姙R，導(dǎo)致爐頂結(jié)渣嚴(yán)重而停料處理，不利于熔煉爐連續(xù)平穩(wěn)生產(chǎn)，因此配料時，以混合銅精礦Cu/S為0.71.1、(Pb+Zn)3%為宜。3.1.1塊煤粒度及用量塊煤主

11、要在熔煉熔池上層和噴濺區(qū)域（熔煉還原區(qū)）發(fā)生還原反應(yīng)，抑制了磁性鐵的形成，控制爐內(nèi)氧勢，所以對銅锍品位有一定的影響7。加入的少量塊煤大部分浮在渣層上燃燒，并且燃燒主要是靠熔池上方少量的過?？諝猓瑢τ诒~品位的影響可以不考慮。但粒度較大的塊煤，直接落入熔池中，將對冰銅的品位造成影響，取風(fēng)煤比71，則1 t塊煤完全燃燒所需空氣量相當(dāng)于10 t精礦所需風(fēng)量，塊煤量的增加會影響到冰銅品位，在爐況穩(wěn)定時塊煤給料率一般保持一定或小范圍調(diào)整。在生產(chǎn)實踐中，調(diào)整粒度小的碎煤加入量和比例，用煤量為精礦量的2%4%，碎煤與塊煤之比為1.21，就可以減少對冰銅品位的影響，同時利用碎煤容易在未落入熔池前燃燒，增加了熔

12、池上部的燃燒，對爐頂結(jié)渣還有抑制作用。3.1.2 吹煉渣量雙頂吹正常作業(yè)時，一年可產(chǎn)出10萬t吹煉渣，目前暫沒有對吹煉渣的開路處理，吹煉渣水淬后作返料全部投入熔煉爐。吹煉渣含銅20%，磁性鐵35%40%、氧化亞銅15%，含硫低，還夾雜部分金屬銅，這部分金屬銅在熔煉過程中首先發(fā)生氧化反應(yīng)然后與硫化亞鐵發(fā)生交互反應(yīng)，形成硫化亞銅進(jìn)入銅锍相，吹煉渣的大量加入會引起熔煉爐渣Fe3O4增加，從而急速提高冰銅品位。在生產(chǎn)實踐中，吹煉渣投入量控制在20%精礦量，因特殊情況吹煉渣不能配料時，要注意各種參數(shù)的控制，防止熔煉過程溫度過高，冰銅品位降低的現(xiàn)象發(fā)生。3.2 熔煉過剩系數(shù)過剩系數(shù)是對熔煉風(fēng)料比的修正，實

13、質(zhì)是控制爐內(nèi)有效氧量參與造锍的多少，即爐內(nèi)氧化反應(yīng)的強(qiáng)弱。過剩系數(shù)跟冰銅品位控制有直接的影響，一般情況下只需微調(diào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)冰銅品位不在控制范圍時，則根據(jù)熔煉過程溫度調(diào)整過剩系數(shù)，過程溫度低，則冰銅品位低，應(yīng)加大過剩系數(shù)，同時慢慢減小塊煤量。在實踐操作中，有效氧量是通過噴槍風(fēng)含氧量和氧氣總量控制，噴槍風(fēng)量決定熔煉的攪拌強(qiáng)度，在調(diào)整過剩系數(shù)時要控制實際情況所需的攪拌強(qiáng)度，保證爐內(nèi)的熱力學(xué)和動力學(xué)條件。實際操作中，控制噴槍風(fēng)量18 00022 000 m3/h（標(biāo)態(tài)），富氧濃度50%60%。3.3 噴槍槍位控制噴槍作為頂吹熔煉的核心，槍位的控制是穩(wěn)定工況的關(guān)鍵，可以影響爐內(nèi)的熱力學(xué)反應(yīng)和動力學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度

14、，對冰銅品位持續(xù)穩(wěn)定在要求范圍有直接的影響。熔煉過程目標(biāo)槍位要求是插入渣層150250 mm，噴槍在熔煉作業(yè)過程有不同程度的損壞，但損壞的程度很難估計，這對合適槍位的控制造成困難，而導(dǎo)致冰銅品位的波動。4 冰銅品位控制判斷同一批配料要求入爐品位穩(wěn)定，Cu/S波動較小，吹煉渣按20%精礦量配入。在實際生產(chǎn)中，由于噴槍燒損導(dǎo)致槍位控制不合理或更換配料比以及其他因素時，影響熔煉過程冰銅品位的實時控制，甚至冰銅品位在短時間內(nèi)較大波動導(dǎo)致爐況惡化，不利于頂吹爐的平穩(wěn)控制和延長爐壽。冰銅品位控制判斷：從頂吹熔煉爐堰口混合溜槽取樣，送化驗分析，同時比對沉降電爐冰銅的當(dāng)班化驗分析數(shù)據(jù)，如果冰銅品位在控制范圍內(nèi)

15、，比如50%60%，則頂吹熔煉爐只需要保持正常冶煉操作即可；如果取樣分析冰銅品位低于控制目標(biāo)品位，可能熔體溫度偏低，這可通過堰口溜槽快速測溫裝置以及堰口熱電偶測溫裝置所測溫度來判斷，該情況需要提槍檢查，噴槍是否燒損嚴(yán)重，可考慮是否換槍，此外，可能入爐混合料含Cu/S偏低，即銅品位低，而物料含硫高，這可通過入爐物料化驗數(shù)據(jù)來分析，可通過調(diào)配物料來解決；如果取樣分析冰銅品位高于控制目標(biāo)品位，可能熔體溫度偏高，還有一個表現(xiàn)特征是電爐渣含硫低于正常冶煉值，這可能與噴槍位深操作有關(guān)，也可能與入爐混合料含Cu/S偏高所致，這時需要搭配些高硫低銅品位的銅精礦來平衡Cu/S比，確保頂吹熔煉爐穩(wěn)定產(chǎn)出需要的目標(biāo)

16、品位的冰銅。4.1 熔煉爐工況入爐物料成分穩(wěn)定，給料率平穩(wěn)，噴槍風(fēng)背壓波動較小的情況下，爐況較好，冰銅品位在要求的控制范圍內(nèi)。熔煉爐實時冰銅品位較大變化時，爐況開始波動，最直觀的現(xiàn)象是噴槍風(fēng)背壓升高及頂吹爐爐頂連續(xù)噴濺，噴濺主要有兩種原因，爐內(nèi)熔池帶生料或爐渣過氧化，有生料時噴濺的熔體成棉花狀，說明爐內(nèi)氧化氣氛不夠，需加大噴槍風(fēng)系數(shù)；過氧化時噴濺的熔體成散狀，則降低噴槍風(fēng)系數(shù)，適當(dāng)增加塊煤配入量。4.2 熔煉過程溫度變化熔煉過程的溫度控制范圍在1 1801 200 ，熔體溫度主要是靠物料的自熱反應(yīng)，爐內(nèi)溫度變化反映了爐內(nèi)物料氧化反應(yīng)的強(qiáng)弱，即冰銅品位控制，上述溫度變化由一種測溫裝置直接插入混合

17、熔體內(nèi)測得熔體溫度并實時反饋在DCS電腦控制畫面，在生產(chǎn)實踐中可借鑒熔體溫度變化來判斷冰銅品位變化，在燃料、配料比一定的條件下，溫度降低可能是槍位不合理或是爐內(nèi)氧勢不夠，特別是溫度持續(xù)降低時表明冰銅品位可能降低；而在一定條件下溫度持續(xù)升高則可能是冰銅品位升高。4.3 熱冰銅樣斷面顏色與形狀通過以上爐況和熔池溫度實時變化基本可判斷冰銅品位的變化，當(dāng)更換入爐物料配比時，熔煉過程冰銅品位的實時控制有點困難，這時可通過觀察熔煉爐堰口取樣熱冰銅斷面顏色和形狀來判斷冰銅品位。表1是熱冰銅樣斷面顏色和形狀與相應(yīng)的冰銅品位估計，有文獻(xiàn)指出，70%的冰銅顏色為青白色，但是在實際取樣中由于混合熔體沉降時間不夠，觀

18、察到的顏色為青色夾雜黃色。表1 堰口溜槽熱冰銅樣的特征Table1 Characteristic of hot matter in weir sluice冰銅品位/%顏色形狀代表性冰銅品位的斷面顏色4555青黃色大塊粒狀52.6%5565淡青色和黃色混合短細(xì)柱狀66.24%6575青色和黃色相間粗長的柱狀73.0%4.4 沉降電爐渣樣混合熔體經(jīng)電爐沉降實現(xiàn)冰銅與爐渣的分離，對冰銅品位幾無影響，冰銅品位高低主要取決于頂吹熔煉過程的氧勢強(qiáng)弱，可從電爐爐渣含硫狀況推斷頂吹熔熔煉的氧勢強(qiáng)弱，反饋冰銅品位的高低。表2為電爐爐渣含硫量和冰銅品位之間的對應(yīng)關(guān)系。表2 電爐渣含硫和冰銅品位之間的關(guān)系Table2 Relationships between sulfuric content in slag of electric furnace and matte grade爐渣含硫/%冰銅品位/%1.31.548501.11.350520.91.152540.70.955580.40.758655 結(jié)