竖式双侧吹熔池熔炼技术

2014-04-12于国海

中国有色金属 2014年8期

于国海｜文

本文总结金峰炉五年来运行情况，介绍该炉技术优势，运行参数，渣型选择进展，将金峰炉与底吹炉及奥斯迈特工艺进行了对比。其具有炉料适应性强、工艺过程及设备简单、作业率高、直收率高、熔炼效率高、炉子寿命长、投资省、能耗低、环保好等优点。

竖式双侧吹熔池熔炼新工艺（金峰炉）于2008年5月1日在内蒙古自治区赤峰市金峰公司建成投产，目前已安全运行五年多，产铜50多万吨，多项技术指标达到了国内领先及国际先进水平。生产实践充分显示了该技术优越性和良好的发展前景。

金峰炉的技术优势

在当代铜熔炼工艺中有闪速炉熔炼和熔池熔炼，产能规模在20万吨/年以下的铜厂多采用熔池熔炼。熔池熔炼有顶吹、底吹和侧吹三种送风方式和多种炉型。顶吹的有艾萨炉和奥斯迈特炉和三菱熔炼炉。底吹的有SKS炉。侧吹的熔池熔炼由于起点和发展过程不同有多种炉型，起源于P-S转炉的有诺兰达炉和肯尼恩特炉；起源于反射炉有白银炉；起源于烟化炉和鼓风炉有瓦纽可夫炉和金峰竖式双侧吹熔炼炉；诺兰达炉在我国已淘汰出局；瓦纽可夫炉由于热稳定性差，10万吨的铜厂需要两套熔炼系统，因而未被我国铜冶炼行业接受。现在国内业界认可的是顶吹艾萨炉/奥斯迈特炉、底吹的SKS炉和金峰竖式双侧吹炉。金峰竖式双侧吹炉有以下优势：

炉料适应性强。可处理铜的硫化矿，也可以在硫化矿中添加一定比例的氧化矿，产品为铜锍。在处理多金属矿如铜金矿、含碳金精矿、包裹性金精矿、高砷金精矿等造锍捕金时，铜回收率可达98.5%，银回收率在96%以上，但产品仍然是铜锍。当然要按照铜熔炼的要求去配料和操作。

工艺过程及设备简单。含水8%～10%的精矿无需干燥或者制粒，直接加入熔炼炉。同闪速炉相比，设备投资少。

作业率高。上升烟道不易黏结，余热锅炉不爆管，不漏冷风，氧枪一年不维修、不更换，作业率大于99%。自2008年投运以来，铜冶金熔池熔炼炉较为常见的泡沫渣、余热锅炉爆管、单体硫问题等故障从未出现过，这归功于金峰炉先进的设计理念和科学的操作制度两方面的有力保障。

炉子寿命长，大修周期为十年，每一年检查修补一次，消耗耐火材料30～80吨。炉子高温部位依靠挂渣保护，无需消耗高档耐火材料。

能耗低。熔炼富氧浓度高达70%～85%。风口自净，烟气量小。配煤率可控制在1.5%～2.2%。余热锅炉运行稳定，余热利用率高，每吨粗铜可产4.0兆帕饱和蒸汽2.2～2.4 吨。

工人操作条件好。加料口高负压，无结渣现象。无打风口作业，放渣、放冰铜连续，处理放出口和溜槽的次数少，劳动强度低。采用固定式炉型，无运动部件，工作安全可靠。炉周围无高温辐射和溢散烟气，作业环境和环保效果好。

直收率高。烟尘率仅1%～1.8%，熔炼炉出渣含铜低，铜熔炼直收率高达95.5%～97.5%，是各种熔炼方法中最高的。

熔炼效率高。床面积25.5平方米、氧浓度70%时，每小时处理精矿量达到86～90吨精矿（湿量）。通过提高氧气浓度到80%～85%，增加开风眼数量，还可进一步提高熔炼强度。

金峰炉渣型选择进展

2008年5月1日投产的金峰竖式双侧吹熔炼采用渣型为铁/二氧化硅1.1～1.3运行，熔炼渣采用电炉贫化，吹炼渣采用缓冷浮选工艺，综合弃渣含铜0.4%～0.42%，熔炼渣含铜0.5%以下，吹炼渣尾渣含铜0.26%。

随着生产发展和实践深入，我们对金峰炉的渣型适应性进行了研究和试验。通过实践验证，熔炼炉渣型选择有了很大的扩展。以下三种渣型，金峰炉都能稳定运行。

采用类鼓风炉渣型，铁/二氧化硅小于等于0.9、氧化钙5%～8%适用于小型冶炼厂。炉渣采用特殊电炉贫化后，弃渣含铜0.28%～0.35%。

采用铁/二氧化硅为1.1～1.3渣型，适用于10万吨/年左右的铜冶炼厂。熔炼炉渣采用特殊电炉贫化，吹炼炉渣缓冷选矿。综合弃渣含铜0.40%～0.42%。

采用铁/二氧化硅为1.5～2.0渣型，适用于10万～20万吨/年的铜冶炼厂。熔炼渣出炉含铜0.7%～1.0%，熔炼渣与吹炼渣缓冷后共同选矿。综合弃渣含铜在0.3%以下。

2013年9月，金峰公司采用铁/二氧化硅为1.5～2.0进行生产试验，结果如下：熔炼炉面积25.5平方米，在70%氧浓度时，每小时处理矿量86～90吨，产出冰铜品位55%～58%，渣含铜0.7%～1.0%，渣中四氧化三铁含量6%～7%，烟尘率1.8%左右，熔炼直收率95.5%～96.5%，出余热锅炉烟气中的二氧化硫浓度25%，平均配煤率2.2%(占精矿量比例)，余热锅炉每小时产4.0兆帕蒸汽36吨（锅炉设计能力33吨/时），炉况稳定顺行。作业率亦然保持在99%。为了进一步提高效益，11月后即闲置了贫化电炉，增设了熔炼渣缓冷设施并扩建渣选矿厂，金峰炉开始按渣型铁/二氧化硅1.5～2.0组织生产。

金峰炉与其他工艺的对比

目前，国内新建和改建铜冶炼企业规模在20万吨以下时多采用熔池熔炼工艺。其中，对顶吹、底吹和金峰竖式双侧吹熔炼工艺关注较多，本文依据铜冶炼厂生产实际数据，以年处理64万吨品位21%的铜精矿（即年产13万吨铜左右）规模为例，对三种熔炼工艺参数及经济技术指标比较如下（见表1）。

表1 年处理64万吨铜精矿诸种熔池熔炼工艺参数及指标比较

1.熔炼总回收率比较

金峰竖式双侧吹炉与底吹炉，最终弃渣含铜都在0.3%以下，每吨铜弃渣3吨左右因而终渣中含铜不足1%，故熔炼总回收率98.5%以上。奥斯迈特炉工艺现都采用电炉贫化渣含铜0.7%，因而熔炼总回收率应在97%左右。

2.熔剂消耗量比较

金峰竖式双侧吹炉与底吹炉因采用相同的渣型铁/二氧化硅1.5～2.0。故熔剂消耗量基本一致，奥斯迈特炉要高些。

3.水耗比较

金峰竖式双侧吹熔炼炉每天消耗水量300立方米（蒸发量加排污耗水），全年消耗9.9万吨。新设计的奥斯迈特炉采用铜水套冷却，铜水套重量比金峰竖式双侧吹还多，故冷却水量不会比金峰竖式双侧吹炉少。氧气底吹熔炼炉炉体无水套，不消耗冷却水。

软化水处理成本按3.0元/吨计算，则金峰炉比底吹炉多消耗冷却水费用9.9×3.0= 29.7万元/年。

4.煤耗比较

底吹熔炼炉煤耗一般控制在精矿量的1%；

金峰竖式双侧吹炉煤耗占精矿量的1.5%～2.2%；

奥斯迈特炉煤耗占精矿量的4%～6%。

年处理64万吨精矿，金峰竖式双侧吹炉比底吹全年多耗煤以1.2%计，全年多耗煤约7680吨。煤价按照600元/吨计算为460.8万元。

奥斯迈特炉耗煤更高些。

5.耗氧比较

金峰炉比底吹炉多消耗煤7680吨，因此双侧吹熔炼比氧气底吹熔炼因燃煤多耗氧量7680立方千米/年，氧气按照0.35元/立方米计算（某炼铜厂外购氧气价格）。金峰炉比底吹炉多消耗氧气的费用为268.8万元/年。

6.余热锅炉产蒸汽量的比较

金峰炉与余热锅炉连接处不允许吸冷风，进入锅炉烟气温度1200℃～1250℃，每小时产4.0兆帕蒸汽38～40吨。底吹炉进入锅炉时吸入大量冷风，入锅炉温度850℃～900℃，产4.0兆帕饱和蒸汽量比金峰炉低约12～14吨/时，今按12吨/时计，金峰炉全年多产9.50万吨蒸汽。按照生产1千克蒸汽消耗0.1286千克标煤（GB2589-2008《综合能耗计算通则》附录A）折算，则有相当于1.22万吨标煤。

倘若从经济上计算：蒸汽价格按照110元/吨计算，9.5万吨蒸汽共计1045万元。

某厂奥斯迈特炉实际生产中处理矿量90吨/时，余热锅炉产蒸汽量25吨/时。显然比金峰炉余热锅炉热效率也低。

7.电耗比较

金峰炉氧压机出口风压仅0.15兆帕，底吹炉氧压机出口风压0.8兆帕，因此，金峰炉配置的氧压机的电机功率小于底吹炉，金峰炉电耗也就少于底吹炉。工厂实践表明，金峰炉每吨铜总电耗850～880千瓦时(从精矿到阳极铜，含循环水制氧、风机、照明、渣选矿等全部用电，底吹炉这个数字比金峰炉多出250～300千瓦时。

如果按照底吹炉比金峰炉每吨铜总电耗多出250千瓦时，电价按0.61元/千瓦时计算，则底吹炉比金峰炉多消耗电费250×0.61×13=1982.5万元。

8.渣处理费用比较

金峰炉直收率96%～96.5%，返料率5%（包括渣精矿、熔炼炉余热锅炉烟尘、吹炼炉余热锅炉烟尘）。金峰炉合计年入选渣量（熔炼渣28.84万吨+吹炼渣8.33万吨）37.17万吨。

有资料表明，某底吹炼铜厂的返料率为17%，返算则底吹炉熔炼直收率在86%左右，同金峰炉95.5%～97.5%的直收率相比，底吹炉入选渣量比金峰炉多出8%～10%。如果按照8%计算，则底吹炉渣量比金峰炉多出28.84×8%=2.3万吨/年，渣缓冷加选矿费用为95～105元/吨，则底吹炉的炉渣处理成本比金峰炉高2.3×95=218.5万元。

9.经济效益比较

上述几项合计：1045+1982.5+218.5-29.7-268.8-460.8=2486.7万元。

可以看出，金峰炉比底吹炉在上述六项中生产成本费用节省2486.7万元/年。按粗铜13万吨/年计算，每吨粗铜金峰炉工艺比底吹工艺增收191.28元/吨粗铜。

流动资金方面：底吹炉工艺过程在线铜占用量大于金峰炉工艺过程在线铜占用量，因此流动资金占用量较多。金峰竖式双侧吹比顶吹奥斯迈特经济效益优势更多。

10.投资和环保

投资方面：底吹炉需要驱动系统，金峰炉有200吨左右的铜水套，金峰炉和底吹炉的炉渣都选择全选矿处理，投资大体相当。

金峰炉作业率大于等于99%，锅炉出口二氧化硫浓度20%～30%；底吹炉作业率95%左右，二氧化硫浓度9%～15%，这将造成一个影响是：金峰炉的后序硫酸设备容量比底吹炉要低。因此，金峰炉配套的硫酸系统的投资比底吹炉要低，金峰炉配套的硫酸系统的电耗也比底吹炉要低。

环保方面：金峰炉熔炼炉所产烟气与PS转炉烟气混合后二氧化硫风机出口二氧化硫浓度可控制到15%以上，采用预转化制酸，每吨铜从硫酸尾气排放量为8000立方米(国家标准15000立方米)。尾气不需要再处理，二氧化硫含量可控制在200毫克/立方米（国家标准400毫克/立方米），据调查这一指标是现有各种工艺方法冶炼厂中最好的。