銅精煉反射爐的生產(chǎn)和實踐（續(xù)）

□文/劉樹景

銅精煉反射爐的生產(chǎn)和實踐（續(xù)）

Use of the Copper Refi ning Furnace

□文/劉樹景

2. 其他形式的銅火法精煉爐

（1）傾動式精煉爐

該爐與吹煉冰銅的轉(zhuǎn)爐相似，整個爐身安裝于可以轉(zhuǎn)動的托輪上。爐身可作一定角度的傾動。這種爐子的優(yōu)點是：易于裝入液態(tài)粗銅和傾出爐渣，不致發(fā)生跑銅事故。缺點是：爐子的排氣口與煙道之間有間隙，使大量的冷空氣滲入煙道，不利于煙氣的余熱利用。另外，該爐加入冷料時，熔化階段消耗的燃料量大。

（2）旋轉(zhuǎn)式精煉爐

該爐兩端是圓錐形的，各有圓孔，一端安裝燒嘴，另一端排出爐氣和進行氧化還原等操作。整個爐子安裝在支架上，可以在滾輪上使爐子沿長軸傾斜，爐子在整個操作時間內(nèi)，以某一速度不停地旋轉(zhuǎn)。這樣爐子的襯里磨損均勻，爐子的壽命也得到延長。爐內(nèi)的傳熱不僅經(jīng)過爐氣、爐頂向熔池表面進行，而且經(jīng)過浸沒在熔體銅內(nèi)的爐襯進行，使得傳熱強化。此外，由于爐子轉(zhuǎn)動，爐襯表面的氧化亞銅進入熔池而使氧化過程加速。這樣爐子的熱效率從固定式反射爐的6%～15%提高到旋轉(zhuǎn)爐的30%。

這種爐型的主要問題是：由于受到支架結(jié)構等因素的限制，不能擴大尺寸和容量。熔體容量一般波動在8～60噸，主要用于規(guī)模不大的工廠。

五、精煉爐的供熱

1. 塊煤銅精煉爐

塊煤常用人工加入固定的水平爐柵之上，燃燒室下部鼓風，側(cè)面向爐內(nèi)補風，產(chǎn)生的火焰較短且不均勻。燃燒室加煤，清灰的勞動強度大（有時會間斷生產(chǎn)），燃燒的空氣過剩系數(shù)難以控制，易產(chǎn)生黑煙，難以大型化，爐壽命低，生產(chǎn)成本高。目前該爐很少有生產(chǎn)廠家使用。

2. 粉煤銅精煉爐

很早以前該種爐子在國內(nèi)就有應用：將碎煤用錘式磨煤機制成粉煤，貯入煤倉，用風力輸送的辦法送到爐前，使用效果尚可，只是粉煤制作這輸流程麻煩。近年來，風扇式磨煤機在銅精煉爐上的應用取得了長足的進展：離爐子2～3米的地下設置風扇式磨煤機，加煤口高于地面0.5米，設置篩網(wǎng)，一名燒火工上煤，磨煤機自備的小型給煤器可調(diào)，磨碎后的粉煤依靠磨煤機自產(chǎn)的風力直接吹入爐內(nèi)，二次風的供給需要調(diào)整。該爐的特點是燃燒穩(wěn)定，爐子可大可小，經(jīng)濟效果良好，只是有粉塵產(chǎn)生，存在著一定的環(huán)保問題。

3. 重油銅精煉爐

以重油為燃料，這種銅精煉爐生產(chǎn)歷史悠久，工藝方法成熟可靠，只是受到資源的限制，價格將決定生產(chǎn)工藝的取舍。

4. 煤氣銅精煉爐

近年來，煤氣發(fā)生爐在冶金、陶瓷、建材、玻璃等行業(yè)得到了廣泛的應用，在銅精煉爐、銅線錠爐上的應用日趨成熟，熱煤氣的主要成分為：CO≥25%，H212%～18%，CH41%～3%，N2≥45%～50%，O20%～0.4%，CO2≥4%～8%；熱值為：5 230～5 640KJ/Nm3（1250～1350kcal/Nm3）；產(chǎn)量范圍為：1 200～9 000Nm3/h（或更高）；燃料煤的種類：無煙煤、煙煤（粒度13～50mm）。

煤氣銅精煉爐的主要優(yōu)點是：

火焰燃料穩(wěn)定，爐子壽命長，有利于環(huán)保工作的展開，可以兩臺銅精煉爐共用一臺煤氣發(fā)生爐。通常情況下，生產(chǎn)成本低于的重油為原料的生產(chǎn)成本。

需要說明的幾點：煤氣發(fā)生不能遠離銅精煉爐； 由于煤氣熱值較低，為提高燃燒溫度，有必要將助燃空氣加熱至300度，單臺煤氣發(fā)生爐對應單臺銅精煉爐時，存在著還原階段和鑄型階段的前段時間煤氣放散的問題。

5. 天然氣精煉爐

天然氣的主要成份為甲烷（CH4），發(fā)熱值為8 000～9 000kcal/Mm3，此煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的煤氣熱值比1 250～1 350kcal/Mm3高的多，因此使用的助燃空氣可加熱，也可不加熱。天然氣著火溫度為650℃，管道輸送壓力通常滿足直接使用，與重油燃料進行比較，燃燒產(chǎn)物不易產(chǎn)生黑煙，但使用天然氣時，應特別注意使其完全燃燒，以免銅熔體吸收天然氣中的氧。

若當?shù)鼐哂刑烊粴獾馁Y源優(yōu)勢，應首選天然氣為銅精煉爐的燃料。

無論選擇何種燃料都應該控制硫的含量小于1%

氧化：氧化期爐膛溫度為1 250℃～1 350℃，銅水溫度為1 180℃～1 200℃。煙道負壓為5～10mmHg柱，爐門維持微正壓，熱供給的空氣過剩系數(shù)為1.1～1.25。

當處理黑銅、次粗銅等劣質(zhì)銅料時，氧化過程可分為幾個周期：

蒸鋅期：蒸鋅初期，將25mm的焦炭鋪滿銅熔體表面，用氧化管攪拌銅熔體，銅熔體表面呈較強的還原氣氛，金屬鋅以蒸氣形成大量揮發(fā)除去。此時應增大煙道抽力。熔體內(nèi)大部分鋅除去后可向爐內(nèi)加入SiO2≥90%，粒度為4～8mm的石英熔劑，若熔體表面形成了氧化鋅硬殼，也可以加入鐵屑造渣，鋅以硅酸鋅，鐵酸鋅狀態(tài)進入爐渣。脫鋅末期氧化

六、銅火法精煉的生產(chǎn)實踐

1.生產(chǎn)作業(yè)

銅火法精煉為周期性作業(yè)，每一作業(yè)階段可清楚地劃分。

加料：加料前通常進行爐膛溫度1 350℃。加料過程中，爐膛溫度不得小于900℃，先進小塊軟料，后進大塊銅料，以免砸壞爐底。第一批料可加入總量的60%～70%，第二批（或者第二批和第三批）將銅料加完。關好爐門，清理工作現(xiàn)場衛(wèi)生，進入熔化階段。

熔化：熔化階段爐膛溫度為1 300℃～1 350℃（或者更高），爐膛為正壓。通常情況下，銅料并未完全熔化就可將氧化管插入銅熔體。處理劣質(zhì)原料時銅料熔化速度慢，氧化銅需要在銅熔化中飽和，更應該提前插管，強化熔化過程。試料斷面呈現(xiàn)現(xiàn)灰紅絲，并向著金屬灰絲消失，呈磚紅色過渡，脫鋅過程中約有一半的鉛和大部分錫同時被脫除。

除鉛，錫期：蒸鋅期過后，銅熔體中還剩余鋅鉛錫。除鉛、錫期開始還要在熔體表面鋪灑一層焦炭，以使爐子邊角處殘留的氧化鋅還原或鋅蒸氣揮發(fā)，同時高價錫氧化物還原成低價可揮發(fā)的易造酸性渣的氧化物。再加入石英熔劑造渣，并及時扒凈。形成的爐渣為硅酸鋅，硅酸錫、錫酸鉛，錫酸鋅等。由于鉛、氧化鉛密度大，容易沉于熔池底部，為使其揮發(fā)或造渣，氧化時必須深插管，勤移動。該期氧化試料斷面從少量氧化緊斑向大量氧化緊斑過渡。

精煉期：精煉期除去的主要雜質(zhì)為錫、砷、銻等。此階段可進行補料面作業(yè)，以利于進一步扒將爐渣。

當原料中砷、銻含量較高，可采取下列方法脫除。

酸堿性熔劑造渣法：在銅熔體氧化亞銅飽和的情況下，加入碳酸鈉或氧化鈣堿等性熔劑將鎳云母破壞，使砷銻以砷酸鈉和銻酸鈉（或砷酸鈣和鍋酸鈣）形態(tài)進入爐渣。扒凈后再加石英熔劑造酸性渣。如此反復2～3次，可將砷銻和其他雜質(zhì)除去到要求的程度。

反復氧化還原法：造完堿性渣后，向銅熔體內(nèi)通入煙煤或重油一類還原劑，使砷、銻的五氧化物還原或形成可揮發(fā)的三氧化物除去。然后，再進行氧化，反復2～3次，也可將砷錫除去。

生產(chǎn)中也可將上述二法交替使用。若熔體中含鎳較低少或沒有鎳云母成份時，也可不加堿性熔劑。只進行反復氧化還原，達到精煉的目的。精煉過程中試料的變化：大量以氧化緊斑至布滿氧化緊斑。并逐步變成結(jié)晶，直至紫色粒狀結(jié)晶均勻，底部出現(xiàn)短而致密的細粒狀結(jié)晶。

當處理常規(guī)雜銅（包括礦石粗銅），銅熔體中也會有一定量的鋅、鉛、錫、（硫）等雜質(zhì)，通常砷、銻含量甚微，只進行石英熔劑造渣若干次（脫硫操作），即可達到精煉氧化期的要求。氧化終點的制定：試料表面中央下陷，斷面呈喑紅色方塊結(jié)晶，即為氧化結(jié)束的標志。若原料品位高，含鉛低，可氧化至大塊渣結(jié)晶變細，無硫生成時，即可終止氧化。

還原期：控制銅水溫度為1 150℃～1 180℃，爐門微正壓。目前國內(nèi)銅精煉使用最為廣泛的還原劑為：重油、煤粉。還原終點的確定：試料表面平整無凹槽，表面細皺紋，斷面結(jié)晶細致，分布均勻，呈玫瑰紅色。使用粉煤還原劑主要控制不能過還原。由于粉煤中含有一定量的硫，如果產(chǎn)生過還原，銅熔體吸硫，銅板起硬泡，即使再氧化也不能將熔體中的硫脫除。

鑄型：銅水溫度1 140℃～1 170℃，爐門嚴禁產(chǎn)生負壓。澆鑄模子的溫度為120℃～140℃。

2. 事故的處理

跑銅：目前，我國煉銅水平較低，機械化、自動化水平不高，所謂的跑銅事故在所難免。就銅精煉爐而言，最常見的跑銅事故發(fā)生在工藝孔門之處。解決的辦法：加強操作，孔門處左路有破損及時更換，孔門處設置類似安全坑之類的設施。也就是說，一旦發(fā)生跑銅，銅熔體有組織地流淌，做到處理跑銅的工作地仍然可以安全作業(yè)，這樣可以最大限度地減少跑銅事故造成的惡果。

爐子的熱補搶修：當銅精煉爐局部出現(xiàn)破損時，需要進行快速熱態(tài)搶修，通常稱為“熱補搶修”。爐頂?shù)臒嵫a搶修：爐頂局部掉磚，沒有必要將爐子冷透搶修，僅需要將掉下來的磚用較為合理的方法補上即可。爐門下部虎頭磚的更換；爐門下部虎頭磚由于受到機械撞擊或造渣的侵蝕，會局部受損?？稍跓釕B(tài)下將剩余的殘磚打掉，重新補上即可。

3. 開停爐

開爐：銅精煉爐的第一次烤爐通常需要兩周時間。首先用木材小火烘爐，將砌體內(nèi)的水份緩慢烤干，烤透。600℃～700℃時使用主燃料。800℃是鎂質(zhì)耐火材料的內(nèi)部晶格轉(zhuǎn)變的溫度，需要恒溫。烤爐后要用純銅進行“洗爐”。整個烤爐過程必須嚴格按照升溫曲線進行，并根據(jù)技術要求調(diào)整拉筋。進料時小料墊底，未使用過的爐子的工藝門最容易受到破壞，必須保證不受到機械撞擊。

停爐：停爐時，必須使爐子緩慢降溫。爐底鋪灑60mm厚的石英熔劑（爐子烘烤前取出）一層，以便在檢修過程中爐底保持較高的溫度。

日常使用中爐溫的控制：在正常生產(chǎn)中，盡可能地做到：爐溫總是保持在鎂質(zhì)耐火材料內(nèi)部晶格轉(zhuǎn)變溫度800℃以上，以防止磚體崩皮。

4. 銅火法精煉的產(chǎn)物

銅火法精煉的產(chǎn)物包括陽極板、精煉爐渣、爐氣和煙塵。