雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉代替PS轉(zhuǎn)爐吹煉

韓志

(赤峰云銅有色金屬有限公司，內(nèi)蒙古赤峰 024400)

雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉代替PS轉(zhuǎn)爐吹煉

韓志

(赤峰云銅有色金屬有限公司，內(nèi)蒙古赤峰 024400)

雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉是赤峰云銅有色金屬有限公司和赤峰金峰冶金技術(shù)發(fā)展有限公司開發(fā)的新工藝，該工藝是將粗銅吹煉所必須經(jīng)過的造渣期和造銅期，分開到兩個吹煉空間、分先后次序連續(xù)進行，真正意義上實現(xiàn)粗銅吹煉生產(chǎn)過程的連續(xù)。通過對赤峰云銅投運至今主要技術(shù)指標、樣品檢驗數(shù)據(jù)的分析，可知該工藝具備代替?zhèn)鹘y(tǒng)PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝的技術(shù)優(yōu)勢。

雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉；PS轉(zhuǎn)爐；造渣爐；造銅爐；硅鐵渣型

1 銅冶煉吹煉工藝簡述

隨著我國在能耗、環(huán)保等方面的要求越來越嚴格，部分新建、改擴建的火法銅冶煉廠引進了閃速法、澳斯麥特等國外技術(shù)，部分采用國內(nèi)自主研發(fā)的銅冶煉技術(shù)，如金峰富氧雙側(cè)吹、氧氣底吹等熔池熔煉技術(shù)。從目前火法銅冶煉廠運行效果看，銅精礦熔煉技術(shù)已相對成熟可靠，節(jié)能、環(huán)保效果好的工藝較多,但銅锍吹煉絕大部分仍采用傳統(tǒng)的間歇式吹煉工藝，如PS轉(zhuǎn)爐。該工藝由于存在液態(tài)冰銅需用冶金包轉(zhuǎn)運，且每個吹煉周期需轉(zhuǎn)動爐體7～8次，裝料和出銅出渣時爐口不能密閉，存在大量SO2煙氣逸散、低空污染、爐體密封性差、送風時率低、耐火材料壽命短、煙氣量大、二氧化硫濃度低、煙氣不連續(xù)波動大、不利于后續(xù)制酸，以及安全性等問題。

為解決傳統(tǒng)PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝存在的諸多問題，技術(shù)人員一直在尋求和探索著更好的吹煉工藝。20世紀后期，國外開發(fā)了三菱法和閃速吹煉等連續(xù)吹煉工藝，雖解決了SO2煙氣無組織排放問題，卻仍存在著投資高、能耗大、直收率低等問題[1-2]。近年來，赤峰云銅有色金屬有限公司不斷鉆研和探索，通過技術(shù)創(chuàng)新，聯(lián)合赤峰金峰冶金技術(shù)發(fā)展有限公司研發(fā)了“雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉工藝技術(shù)”，該技術(shù)采用固定的冶金爐代替轉(zhuǎn)爐，熔體采用溜槽轉(zhuǎn)運，溜槽上有密閉煙罩，爐口密閉性好，操作過程中不存在無組織排放煙氣，自動化控制水平高；而且還具有投資小、能耗低、煙塵率低、吹煉渣含銅低、直收率、高粗銅含硫低等優(yōu)點。該技術(shù)在國內(nèi)首次于2014年11月在赤峰云銅有色金屬有限公司年產(chǎn)130 kt粗銅項目中實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，至今運行平穩(wěn)，翻開了我國銅冶煉技術(shù)新篇章。

2 工藝技術(shù)思路

雙爐側(cè)頂吹粗銅吹連續(xù)吹煉工藝技術(shù)是根據(jù)PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝技術(shù)的原理和借鑒銅冶煉金峰富氧雙側(cè)吹熔池熔煉爐、頂吹爐和已有的幾種連續(xù)吹煉工藝的技術(shù)經(jīng)驗，集中了目前所有吹煉工藝技術(shù)的優(yōu)點。該工藝的主要技術(shù)思路就是將粗銅吹煉所必須經(jīng)過的造渣期和造銅期，由原先的在一個吹煉空間分先后次序間斷進行，改變?yōu)榉珠_到兩個吹煉空間，分先后次序連續(xù)進行，從而真正意義上實現(xiàn)銅吹煉生產(chǎn)過程的連續(xù)，進而解決PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝存在的一系列問題。

1）造渣吹煉：熔煉爐產(chǎn)出的55%～60%左右冰銅通過溜槽連續(xù)流入造渣爐，同時DCS自動化控制系統(tǒng)控制供風設備和熔劑加入設備，按設計好的風料比和熔劑加入量，向熔池中鼓入富氧空氣，并通過爐頂加料口向熔池內(nèi)加入熔劑；同時根據(jù)爐溫，調(diào)節(jié)富氧濃度，并適量向爐內(nèi)加入造銅爐渣和火法精煉渣等低品位含銅冷料。吹煉形成的渣浮在熔池上面，經(jīng)沉淀分離后連續(xù)從溢流口排出，進入渣包，再用橋式起重機吊出運到緩冷場，進行浮選貧化處理；吹煉形成的白冰銅沉入熔池下部，從虹吸口連續(xù)放出并通過溜槽進入造銅爐；造渣吹煉產(chǎn)生的煙氣經(jīng)出口煙道進入余熱鍋爐，降溫后進入冶煉煙氣除塵、脫硫處理系統(tǒng)。

2）造銅吹煉：白冰銅進入造銅爐后，由DCS自動化控制系統(tǒng)同時控制供風設備和熔劑加入設備，按照計算出的風料比和熔劑加入量，向熔池中鼓入富氧空氣，并通過爐頂加料口向熔池內(nèi)加入熔劑；同時根據(jù)爐溫的高低，適量向爐內(nèi)加入殘陽極等高品位含銅冷料，并調(diào)節(jié)富氧濃度。造銅期由于白冰銅中含鐵量很少，且還含有少量的造渣劑，所以只需加入少量熔劑；由于造銅期的渣量僅為總渣量的1/10，渣量很小，因此采用間斷放出的操作模式（約12 h放一次渣）。間斷放出的造銅期渣通過渣包倒入渣冷卻場，自然冷卻破碎后均勻返回造渣爐。由于赤峰云銅有色金屬有限公司下游工序為固定式陽極爐精煉，采用了間斷操作模式，因此造銅爐中的粗銅也相應采用間斷放出的操作模式，粗銅流入冶金包后由冶金橋式起重機吊運倒入陽極爐；造銅吹煉煙氣經(jīng)煙道出口進入余熱鍋爐，經(jīng)降溫后進入除塵、脫硫系統(tǒng)。

圖1 雙爐粗銅連續(xù)吹煉工藝流程

3 工藝裝備

雙爐側(cè)頂吹連續(xù)吹煉的主要工藝裝備為2臺獨立的臥式長方體形爐，1臺用于粗銅吹煉過程中的造渣，稱為造渣爐；另1臺用于造銅，稱為造銅爐。

造渣爐為銅水套和鉻鎂磚混合砌筑，采用雙側(cè)吹爐型，爐體的一端設有冰銅進口和觀察口，另一端設有白冰銅虹吸放口和吹煉渣溢流口，爐頂設有煙道出口、溶劑和粒狀冷料加入口，兩側(cè)各設有多個風嘴。

造銅爐采用多槍管懸空頂吹爐型；爐體的一端設有白冰銅進口，另一端設有粗銅虹吸放口，粗銅虹吸放口的爐頂部設有煙道出口，煙道下的正面?zhèn)葔ι弦苍O有吹煉渣溢流放出口，背面?zhèn)葔ι显O有一個殘陽極加入口，爐頂設有噴槍插口，插口在爐頂寬度方向的中間延爐體軸線方向一字排開，同造渣爐一樣，造銅爐爐頂也設有一個溶劑和粒狀冷料加入口。造銅爐外殼為鋼板，內(nèi)襯耐火材料。

熔煉爐與造渣爐、造渣爐與造銅爐均通過溜槽連接，造渣爐和造銅爐各配備1臺余熱鍋爐，2臺爐的煙道出口分別與各自的余熱鍋爐進口相連接。雙爐粗銅連續(xù)吹煉爐連接示意見圖2。

圖2 雙爐粗銅連續(xù)吹煉爐工藝裝備連接示意

4 技術(shù)特征及創(chuàng)新點

4.1 主要技術(shù)特征

雙爐粗銅連續(xù)吹煉的主要技術(shù)特征如下：將粗銅吹煉所必須經(jīng)過的造渣和造銅兩個階段分開在兩個吹煉空間、分先后次序連續(xù)進行。由于造渣和造銅兩個冶金反應過程分段連續(xù)，所以既能獲得含硫很低的優(yōu)質(zhì)粗銅，又能獲得較低的吹煉渣含銅。造渣爐和造銅爐均為固定式,煙道與爐體密實接觸,微負壓操作條件下,漏風率較低、無煙氣泄漏。上道工序通過溜槽向下道工序轉(zhuǎn)移熔融態(tài)物料，逸散煙氣量小且易收集，有利于匯入制酸系統(tǒng)進行處理。渣爐和造銅爐在關鍵部位均采用了銅水套冷卻掛渣保護技術(shù)，從而保證了爐窯的使用壽命。

4.2 創(chuàng)新點

雙爐粗銅連續(xù)吹煉的創(chuàng)新點如下：1）創(chuàng)新性地開發(fā)了雙側(cè)吹造渣爐和頂吹造銅爐組成的粗銅連續(xù)吹煉系統(tǒng)，實現(xiàn)了粗銅吹煉過程的連續(xù)化，生產(chǎn)的粗銅品質(zhì)高，粗銅含硫低、渣含銅低，粗銅含硫、渣含銅分別從原來PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝的0.3%、4.0%降到現(xiàn)在的＜0.03%和2.3%。2）采用硅鐵渣型，對耐火材料腐蝕輕，爐溫穩(wěn)定，爐體耐火材料受熱震損輕，耐火材料單耗低，爐體壽命長，維修費用低。3）熔煉爐、造渣爐、造銅爐和陽極爐之間用溜槽連接，冰銅、白冰銅和粗銅以液態(tài)的方式流動轉(zhuǎn)移。4）該工藝徹底解決了銅冶煉生產(chǎn)吹煉工序中存在的含硫煙氣無組織排放，煙氣處理費用高及其難收集的環(huán)境保護難題。5）該工藝煙氣量小，SO2濃度高且穩(wěn)定，煙氣連續(xù)穩(wěn)定，利于高溫煙氣余熱的回收利用，粗銅綜合能耗比傳統(tǒng)PS轉(zhuǎn)爐吹煉工藝降低30 kgce/tCu。

5 總體性能指標

從2014年11月7日起，在赤峰云銅工業(yè)化生產(chǎn)過程達到的主要技術(shù)指標見表1。

表1 主要技術(shù)指標和工藝參數(shù)

由表1數(shù)據(jù)可以看出，各項主要技術(shù)經(jīng)濟指標（217天平均值）均已達到行業(yè)領先水平：1）粗銅品位：99.02%；2）粗銅含硫：0.022%；3）噸粗銅吹煉渣量造渣爐約為0.52 t/tCu，造銅爐約為0.095 t/tCu；4）吹煉渣含銅造渣爐約為2.253%（217天平均數(shù)）。5）造銅期吹煉渣直接返回造渣爐，噸粗銅渣量按0.52 t計，造渣期吹煉渣含銅按2.253%計，煙塵帶走的銅量為4.35 kg/tCu計，則計算冰銅到粗銅的直收率為（1 000-520×2.253%-4.35）/1 000=98.39%。

雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉爐在赤峰云銅于2014年11月7日點火投料生產(chǎn)，造渣爐初始進料量為25 t/h冰銅，品位55%～57%之間。由于入爐冰銅品位波動小、流量穩(wěn)定，所以造渣爐和造銅爐的爐況非常穩(wěn)定,爐內(nèi)反應狀況良好，渣含銅、粗銅含硫、Fe/SiO2、渣溫、銅溫等控制指標正常，粗銅質(zhì)量優(yōu)于國家行業(yè)標準 《粗銅 （YS/T70-2005）》規(guī)定的牌號98.50產(chǎn)品的化學成分要求。在試生產(chǎn)期間，連續(xù)吹煉系統(tǒng)實際生產(chǎn)能力達到并超過冰銅處理量的設計值25.43 t/h，冰銅品位穩(wěn)定在55%～57%之間，正常情況按冰銅量24~26 t/h均衡組織生產(chǎn)，見表2、表3。

表2 造渣爐吹煉渣抽檢樣品檢驗報告※

表3 粗銅產(chǎn)品抽檢樣品檢驗報告※

6 結(jié)論

綜上，雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)PS轉(zhuǎn)爐吹煉的技術(shù)優(yōu)勢如下：1）投資小，建設工期短。用一套連吹爐代替3臺轉(zhuǎn)爐，系統(tǒng)簡單，投資少，既不需要建設環(huán)集煙氣處理設施，也不需要像PS轉(zhuǎn)爐工藝那樣建設高強度廠房、配備大噸位吊車。2）爐子密封好，銅锍以熱態(tài)形式通過溜槽直接流入連吹爐，徹底解決SO2煙氣無組織排放問題，無煙氣泄漏。3）漏風率小、噸銅煙氣量少，煙氣處理系統(tǒng)投資小、運行費用低。4）環(huán)集煙氣量小，可匯入制酸系統(tǒng)進行統(tǒng)一脫硫處理。5）煙氣SO2濃度高且穩(wěn)定，有利于制酸系統(tǒng)采取三轉(zhuǎn)三吸法制酸脫硫，從而可以取消制酸尾氣脫硫工序。6）煙氣連續(xù)、穩(wěn)定、溫度高，余熱回收利用效果好。7）采用硅鐵渣型，對耐火材料腐蝕輕，爐溫穩(wěn)定，爐體耐火材料受熱震損輕，耐火材料單耗低，爐體壽命長，維修費用低。

雙爐側(cè)頂吹粗銅連續(xù)吹煉工藝將粗銅吹煉所必須經(jīng)過的造渣期和造銅期，分開到兩個吹煉空間、分先后次序連續(xù)進行，真正意義上實現(xiàn)粗銅吹煉生產(chǎn)過程的連續(xù)。該技術(shù)在赤峰云銅投入運行至今一切順利，運行平穩(wěn)，未遇到任何生產(chǎn)問題，且各項技經(jīng)指標均達到行業(yè)領先水平，具備代替?zhèn)鹘y(tǒng)PS轉(zhuǎn)爐吹煉的條件。

[1] 任鴻九，王立川.有色金屬提取手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2000.

[2] 達文波特.金.銅冶煉技術(shù)[M].4版.北京:化學工業(yè)出版社，2007.

PS Converter Converting Replaced by Double-furnace Side Top-blown Blister Copper Continuous Converting

HAN Zhi
(Yunnan Copper Chifeng Nonferrous Metals Co.,Ltd.,Chifeng,Inner Mongolia 024400,China)

Double-furnace side top-blown blister copper continuous converting is developed by Yunnan Copper Chifeng Nonferrous Metals Co.,Ltd.and Chifeng Jinfeng Metallurgical Technology Development Co.,Ltd.,this process will divide slag forming period and copper forming period into two converting spaces and the process is carried out continuously in sequence.The paper analyzes main technical indexes and samples inspection data of Chifeng Company;it can be known from the analysis that this process has technical advantage to replace traditional PS converter converting process.

double-furnace side top-blown blister copper continuous converting;PS converter;slag forming furnace;copper forming furnace;ferrosilicon slag type

TF811

B

1004-4345(2015)05-0018-04

2015-09-08

韓志（1962—），男，工程師，主要從事經(jīng)營管理、生產(chǎn)技術(shù)管理及工藝裝備研發(fā)工作。