澳斯麦特炉生产高品位冰铜的生产试验

宣善伦

(铜陵有色金属集团股份有限公司金昌冶炼厂，安徽 铜陵 244000)

澳斯麦特炉生产高品位冰铜的生产试验

宣善伦

(铜陵有色金属集团股份有限公司金昌冶炼厂，安徽 铜陵 244000)

介绍了金昌冶炼厂澳斯麦特炉生产高品位冰铜的生产试验。结果表明，在现有条件下生产品位在60%以上的冰铜，存在单位加工成本高、生产状况不稳定、设备安全隐患以及影响炉寿命等问题。

澳斯麦特炉； 高品位； 冰铜； 喷枪

0 引言

金昌冶炼厂澳斯麦特炉现正常生产时冰铜品位为48%左右，该厂的转型方案之一是澳斯麦特炉生产粒化冰铜送“双闪”厂区(铜陵有色金属集团股份有限公司金冠铜业分公司)，要求冰铜品位设计值为68%，最低值为63%。公司铜冶炼工艺技术升级改造相关专题会议确定，“双闪”厂区可接受的冰铜品位最低为60%。为验证澳斯麦特炉系统在现有条件下生产高品位冰铜的技术可行性、设备可靠性，并估算出相对可靠的生产成本，该厂于2011年9月进行了高品位冰铜的生产试验。

1 澳斯麦特炉生产高品位冰铜的生产试验

1.1 试验基本条件

氧量：大于13 500 m3/h

风量：大于20 000 m3/h

精矿：成分较稳定的国产铜精矿，含铜17%～19%、硫24%～26%、铁24%～26%,水分相对固定；渣精矿成分基本稳定。

块煤：挥发分23.0%～32.0%，水分<10.0%，灰分<25.0%，含硫≤1.5%，粒度<50 mm，低位发热量>20 MJ/kg。

转炉用石英石：为防止造渣困难，要求规格<15 mm，含SiO2≥90%、Fe2O3≤3%、Al2O3≤2%、F≤0.1%、H2O≤5%，粒度≤15 mm(10～15 mm≥90%)，灰粉量≤0.5%。

1.2 试验前准备工作

1.2.1 澳斯麦特炉系统

(1)喷枪系统：喷枪阀站内高压风管道、套筒风管道、雾化风管道、主(支)氧气管道(含管道上阀门与仪表)无泄漏现象；压力与流量调节阀门工作正常可靠；自动控制系统运行正常；喷枪卷扬、喷枪定位系统、气动锁枪销、液压推杆系统、16 t天车等运行正常；3支备用喷枪完好，能迅速投入运行。

(2)炉冷却水系统：炉体冷却水系统供水线路、堰口铜水套、铜溜槽管线无漏水现象；各温度计、流量计、阀门工作正常。

(3)余热锅炉及排烟系统：余热锅炉正常运行；高温排风机能满足澳斯麦特炉微负压操作要求。

1.2.2 供风系统

(1)螺杆空压机(仪表供风)：两台螺杆空压机运行正常；仪表气源管道(含储气罐与阀门)无泄漏现象；储气罐的安全阀工作正常。

(2)空压机(重油雾化风供风)：4台空压机中保证至少两台运行正常；压缩空气管道(含储气罐与阀门)无泄漏现象；储气罐安全阀工作正常。

(3)D700风机(喷枪风及套筒风供风)：两台D700风机运行正常；管道与阀门无泄漏现象。

1.2.3 供油系统

重油、柴油储量满足要求；供油与回油管线无泄漏现象。

1.2.4 供氧系统

氧气流量与压力达到要求；供氧线路无泄漏；转炉送氧管道及相关设施全面检查，确保可用。

1.2.5 供料系统

圆盘给料机正常工作；所有皮带输送机能正常运行；申克称系统校准合格；各配料仓原料满足试验要求:1#～4#仓小矿山精砂，5#仓转炉渣精矿，6#～7#仓煤，8#仓石英石，9#仓石灰石(根据渣型备用)。

1.2.6 辅助设施系统

操作平台煤箱备足块煤；相关温度等测量设施检查正常；取样等设施正常；电梯运行正常。

1.2.7 电炉系统

调整澳斯麦特炉铁硅比，尽可能减少贫化电炉横膈膜，确保电炉内无过多炉结。

1.3 试验方法和步骤

1.3.1 试验基本方法和思路

根据冶金原理，氧量一定时，参与反应的物料越少，FeS反应越充分，冰铜相中FeS越少，即冰铜品位越高。本次试验的目的是提高冰铜品位，结合本厂氧量一定的现实情况，确定基本试验方法为：固定氧量、风量，调节加料量、燃料量。

1.3.2 试验控制条件

试验控制条件(固定参数)：喷枪风量16 500 m3/h;喷枪氧量12 500 m3/h(压力在0.24 MPa以上);铜精矿与渣精矿(占入炉料量3%)混合料含铜17%～20%。

1.3.3 试验实施步骤

(A)试验开始于2011年9月7日9:30， 至9月14日11:30结束，入炉精矿平均含铜18.45%、硫24.4%、铁26.75%、水10.8%。根据熔池温度调整煤量和油量补充热量；控制石英石用量，使铁硅比在1.1～1.2之间。

(B)澳斯麦特炉炉况稳定2 h后，从贫化电炉取样化验冰铜和渣的成分。根据冰铜品位调整入炉料量，每次下调5 t，同时根据渣成分调整入炉熔剂用量。

(C)重复A、B步骤，待冰铜品位达到60%左右，稳定3～5个班次，再进行冰铜品位65%的试验。

(D)继续调整入炉料量以及煤、油和熔剂的加入量，增大氧料比，重复上述试验过程，直至冰铜品位达到65%，并稳定3～5个班次。

1.4 试验判断标准

澳斯麦特炉连续3个以上班次冰铜品位保持在60%(或65%)以上，并且对相关辅助工序无不可控影响，视为试验成功。

1.5 试验数据

试验过程记录的相关数据汇总见表1。

表1 高品位冰铜生产试验主要参数统计表

续表1

2 高品位冰铜生产试验结果与分析

2.1 目标完成情况

试验中连续3个班次以上稳定生产出品位60%以上的冰铜，达到了预定目标。

试验过程中，当冰铜品位达到65%以上时，炉衬损坏严重，同时转炉工序难以顺利作业，未能实现连续3个班次稳定生产出品位65%以上的冰铜。

从以上两种高品位冰铜的生产过程看，澳斯麦特炉生产品位65%以上的冰铜是可以实现的，但由于原料成分波动较大，若要持续稳定地生产出品位不低于65%的冰铜，则必须将冰铜品位维持在高位，最高时有可能突破70%。根据以往的试验结果，这将可能导致泡沫渣、炉衬损坏等恶性事故，生产难以持续进行，并且只有在确保配料均匀等前提下才能连续生产。

2.2 存在的问题

(1)高冰铜品位作业时炉衬侵蚀明显。

(2)渣型不稳，高品位时泡沫渣风险加大。

(3)喷枪附着的挂渣因温度波动而掉落频繁，并造成熔池液面大幅抬高。

(4)冰铜品位波动较大，稳定困难。

2.3 熔炼过程分析

2.3.1 炉膛气氛分析

在2004年前后，因金昌冶炼厂澳斯麦特炉连续出现单体硫进行了攻关，造成的原因在于熔体内反应溢出大量CO，而当熔池溢出的O2和套筒风含O2不足以使CO完全反应时，炉膛内呈还原气氛。

熔池内存在以下主要反应：

ΔGo=-966 480+176.60T

(1)

ΔGo=-564 840+173.64T

(2)

ΔGo=-223 426-175.31T

(3)

以上反应可归纳为：

ΔGo=364 020-172.16T

(4)

ΔGo=170 707-174.5T

(5)

在冶炼温度下(1 250 ℃，1 523K)，反应(2)的ΔGo= -300 386 J， 反应(3)的ΔGo=-490 423 J， 反应(4)的ΔGo=-101 820 J，反应(5)的ΔGo=-95 056.5 J。因此，在冶炼温度下，C在熔池内主要发生反应(3)，生成CO进入炉膛。

对于反应：

ΔGo=-195 880+95.8T

(6)

在冶炼温度下，反应的(6)ΔGo=-49 977 J。因此，冶炼过程中产生的S2在有CO存在的情况下很难被氧化成SO2，只有补充大量氧将CO氧化为CO2后，单体硫S2才能进一步被氧化。

正常生产时，如果喷枪提供的总氧量(包括喷枪风、主氧管和套筒风)不足以保证炉膛内的CO和S2完全氧化，炉膛内将呈一定的还原性气氛。

随着反应的进行，熔池内氧利用率降低，从而有更多O2溢出熔池进入炉膛。而高品位冰铜生产时，用煤量相应减少，由熔池溢入炉膛的CO减少，炉膛需氧量相应降低，如果总氧量大于需氧量，炉膛将呈氧化气氛。氧化气氛将对Fe3O4的形成起促进作用，直接导致枪挂渣不断加重，反复掉落，并可能形成泡沫渣。

2.3.2 炉膛内烟气温度变化

炉膛内的烟气为喷枪提供的富氧空气与熔池内的物料、重油反应的生成物，包含有未参与反应的N2，未完全反应的O2，反应或分解生成的SO2、CO、CO2、S2等，其中的CO、S2在炉膛与O2按序进行放热反应，而在烟气的作用下，熔体不断向炉膛空间产生喷溅与降落，与烟气不断产生强烈热交换。因此，以熔池面作为分界限，当炉膛内反应放热大于炉料分解和水分蒸发吸热及新增气量所需热量时，烟气温度将大于熔池内熔体温度，反之则低于熔体温度。

当炉膛氧充足时，CO与S2将充分反应，烟气温度迅速提高，并在反应区域形成局部高温，加速对炉衬的侵蚀。

2.3.3 砖衬损害原因探讨

试验中观察到，炉膛温度明显偏高，导致炉衬损害加剧。

澳斯麦特炉所用砖衬材质为镁铝尖晶石材质，主要成分为Cr2O3和Al2O3。炉衬保护的机理是FeO能够分别与Cr2O3和Al2O反应，生成铁铬尖晶石(FeCr2O4)和铁铝尖晶石(FeAl2O4)。热力学分析表明，当炉膛为弱氧化气氛或还原气氛时，两种尖晶石均稳定存在，但当氧化气氛较高时，铁铝尖晶石(FeAl2O4)将发生反应：

ΔGo=-167 291.3+72.014T

(7)

在冶炼温度下，反应(7)的ΔGo=-57 614 J，铁铝尖晶石(FeAl2O4)将被氧化，此类材质在炉内的稳定性被破坏。

3 结语

(1)在现有工艺设备条件下，生产品位60%以上的冰铜，澳斯麦特炉单位时间处理量下降30%，导致单位铜熔炼成本较高；

(2)由于精矿来源复杂，原料品位及成分波动范围大，冰铜品位及渣型难以持续稳定；

(3)当冰铜品位达到并保持63%以上时，澳斯麦特炉炉衬出现炉砖脱落现象，表明生产高品位冰铜对现有炉衬寿命影响大；

(4)由于高氧势及渣型不稳，喷枪上的挂渣频频下落，冰铜品位高时泡沫渣风险大，并容易造成堰口熔体溢出，存在安全隐患。

金昌冶炼厂目前的澳斯麦特炉，有能力生产出品位在60%以上的冰铜，但存在单位加工成本高、生产状况不稳定、设备安全隐患以及影响炉寿命等问题。因此，要将澳斯麦特炉用以生产高品位冰铜，应充分考虑以上因素，权衡利弊，做好防范。

Experiment of high grade matte production with Ausmelt furnace

XUAN Shan-lun

This article introduced the experiment of high grade matte production with Ausmelt furnace at JinChang smelter. The results show that if producting matte with grade above 60% under the existing conditions, there are some problems included high unit processing cost, unstable production, unsafe equipment operation, shorted furnace life and so on.

Ausmelt furnace; high grade; matte; lance

宣善伦(1972—)，男，安徽肥西人，本科学历，冶炼工程师，从事冶炼技术管理工作，现任铜陵有色金属集团股份有限公司金昌冶炼厂生产技术部部长。

2015-09-09

2015-11-20

TF811

B

1672-6103(2016)01-0013-04