提高阳极炉工序铜直收率的生产实践

2018-03-22李昱民

铜业工程 2018年1期

李昱民

（江西铜业集团公司贵溪冶炼厂，江西贵溪 335424）

1 引言

江铜集团贵溪冶炼厂（简称贵冶）熔炼一系统日均生产阳极铜1300t。工艺流程采用闪速熔炼—PS转炉吹炼—回转式阳极炉精炼。阳极炉工序则分为回转式阳极炉精炼和圆盘浇铸机两部分，主要工艺流程见图1。

转炉产出的高温液态粗铜含铜98.5%以上，由行车加入阳极炉后经过氧化还原精炼为含铜99.2%以上的阳极铜，再由溜槽导流至圆盘浇铸机，进行阳极板浇铸作业，合格的阳极板作为工序的主产品交付电解车间进行电解精炼。本文结合生产实际，分析了精炼浇铸过程中影响铜直收率的主要因素；通过制定相关措施、精细管理，使阳极炉工序铜直收率得到提高。

2 直收率影响因素分析

经生产分析得出：影响阳极炉工序铜直收率高低的关键工艺为：阳极炉精炼过程和圆盘浇铸过程。在整个工艺过程中，投入的物料为转炉来粗铜，产出主要中间物料为：精炼渣、废阳极板、废铜模、废铜。

要提高铜直收率须降低精炼渣、废阳极板、废铜模、废铜的含铜量入手。即控制铜在精炼渣、废铜、废阳极板、废铜模中的损失。

阳极炉工序部分中间物料的铜损失率技术指标汇总于表1

图1 工艺流程

表1 精炼浇铸过程中各产物的铜损失率汇总

以上可以看出，阳极炉铜直收率的主要影响要素为：

（1）在氧化结束后排渣过程中，铜在精炼渣中的损失。

（2）液态阳极铜由阳极炉导流至圆盘浇铸机的过程中，铜水飞溅损失，浇铸包粘结和活动溜槽内剩的废铜。

（3）圆盘浇铸过程中废阳极板的产出。

（4）浇铸铜模消耗的阳极铜。

因此要提高阳极炉铜直收率须从以下四个方面进行。

（1）减少精炼渣内含铜量。

（2）减少圆盘浇铸过程中液态铜水流失产生的废铜。

（3）减少废阳极板的产出。

（4）减少浇铸铜模的消耗。

3 制定提高铜直收率的相关措施

3.1 减少排渣时精炼渣的含铜量

在精炼排渣过程中，铜金属以氧化亚铜的形式随精炼渣一同排出，同时还夹带少量的单质铜，精炼渣再次加入转炉造成铜的流失；直接降低了铜直收率。

3.1.1 精炼渣含铜高的原因

粗铜氧化精炼的基本原理［1］在于铜液中存在的大多数杂质对氧的亲和力都大于铜对氧的亲和力，且多数杂质的氧化物在铜液中的溶解度很小，当空气或压缩空气中的氧通入铜液中便优先将杂质氧化除去。但是熔体中，铜占绝大数，而杂质占极少数，故其氧化机理可认为铜首先发生氧化作用。反应方程式如下。

所生成的Cu2O立即溶解于熔融铜液中，其溶解度随温度升高而增加，其关系见表2。

表2 氧化亚铜在铜液中的溶解度

杂质氧化是放热反应，随着温度的升高，则残留杂质浓度增大。同时，温度过高，溶体中饱和Cu2O亦多，造成渣含铜高。

3.1.2 减少精炼渣含铜的措施

针对以上原因制定措施。

（1）精准判断氧化终点样，及时排渣。

（2）氧化精炼过程的温度不宜过高，一般在1130～1150℃；减少渣含铜量。

（3）排渣时如炉口结铜不平，单质铜会随氧化渣流失，所以放渣前炉口必须清理干净。制定措施后精炼渣部分技术指标列于表3。

表3 精炼渣部分技术指标汇总表

3.2 减少圆盘浇铸过程中铜水流失产生的废铜

3.2.1 圆盘浇铸过程中废铜形成的方式

（1）浇铸生产过程中，铜液通过炉体出铜口到活动溜槽、固定溜槽、中间包再通过浇铸包浇铸成合格的阳极板，铜水飞溅以及浇铸包粘结而造成的废铜。

（2）浇铸结束后：活动溜槽、固定溜槽、中间包、浇铸包内剩余的废铜

（3）行车加粗铜洒落、氧化渣带铜等等。

3.2.2 改进浇铸包、活动溜槽的制作减少废铜损失

（1）改进浇铸包的制作［2］，减少浇铸包嘴子结废铜。圆盘浇铸期间，浇铸包嘴子易结铜，粘结到一定量时需人工及时清理，如废铜落入模内会导致阳极板偏重，嘴子下部粘结过大顶到模面影响电子秤计量。废铜作为中间物料回炉，直接影响了铜直收率。

在铜液含氧量达标的情况下，浇铸包易结铜的主要原因为：浇铸包嘴子砖浇铸结束返回时，浇铸包嘴子制作水平度太平（侧面图如图2）；铜液在嘴子砖处停留，易形成粘结。通过加大嘴子砖的斜度（侧面图如图3）；让浇铸包返回时铜水在浇铸返回时不容易沉积；熔体倒出时离铜模面的也落差变小；这样浇铸包嘴子不容易粘结，减少了废铜的产出。

改进前：每炉次清理浇铸包嘴子次数在16次以上，改进后：清理浇铸包嘴子数在8次以内，每月按120炉次数，少清理浇铸包嘴子8次算，每个浇铸包嘴子清下的废铜约3kg，月减少废铜产出量：120*8*3*2=5760kg=5.76t

（2）改进活动溜槽制作、减少活动溜槽内剩的废铜。现用活动溜槽，浇铸结束后每炉次会剩余约5t大块废铜在活动溜槽内，直接响铜直收率。

主要原因为：活动溜槽嘴子制作太高，浇铸结束后，活动溜槽内的铜水不能完全流出，剩铜多。通过改进活动溜槽的制作，把活动活动溜槽嘴子做浅，浇铸结束后，使活动溜槽内的铜水尽可能的流干净，减少活动溜槽内剩的废铜。活动溜槽嘴子改进后：活动溜槽内剩铜约3t/炉。

改进后，浇铸包结废铜量及活动溜槽内剩的废铜量部分技术指标列于表4。

其它如浇铸时中间包、浇铸包的飞溅以及行车加粗铜洒落不可避免也没法考量。

表4 浇铸包、溜槽改进后，部分技术指标汇总表

3.3 减少废阳极板的产出

3.3.1 圆盘浇铸［3］过程中废阳极板产生的原因

（1）阳极炉精炼过程中：终点样判断失误，铜液含氧高，浇铸阳极铜时流动性差，阳极板耳部缺陷，造成物理规格不合格的阳极板。

（2）圆盘浇铸过程中：生产出物理规格不好的阳极板，产生的废阳极板。

（3）固定溜槽结铜的影响：固定溜槽内结铜多，炉子倾转开始浇铸时，铜液在固定溜槽内要熔化结铜，造成（中间包、浇铸包）内铜液温低，浇铸出物理规格不好的阳极板。

结合贵溪冶炼厂阳极炉一系列生产实践确定：采用终点测氧仪，精准判断铜终点液含氧量；通过制定措施、精细管理，减少圆盘浇铸期间废阳极板的产出，达到提高铜直收率的目标。

3.3.2 利用终点测氧仪,精准判断铜液含氧量

通过生产的实践摸索，在保证阳极铜浇铸温度1180～1190℃的情况下，还原终点含O量控制在0.20%以下，可以保证铜液的流动性，阳极板物理规格可以得到基本保证；采用终点测氧仪后，可以精准判断铜液含氧量。很大程度上避免了人为误判情况的发生，对提高铜直收率达到了很好的效果。

3.3.3 减少圆盘浇铸期间废阳极板的产出

（1）圆盘浇铸期间废阳极板产生的原因。

①铜模温度的影响：回转式精炼阳极炉生产过程属间歇性生产过程，生产间歇时间越长，铜模温度就越低。而附着在铜模上的脱模剂和水汽不容易蒸发，生产出来的阳极板飞边毛刺较多，底后部飞边较普遍。影响到阳极板的物理规格，直接影响铜直收率。浇铸间歇时间与铜模温度关系见表5。

表5 浇铸间歇时间与铜模温度关系对照图

由表可见间歇时间越长，铜模温度越低。铜模在6个小时的时间内已经完全散热冷却，水蒸汽不能蒸发。冬季气温低的情况下，降温更快废阳极板更多。

②铜模冷却水喷淋不够均匀，铜模变形严重导致阳极板整体物理规格差。

③设备故障［4］需要单包浇铸时：对铜水温度、流动性要求较高，单包浇铸出现流动性较差及铜水温度较低时，浇铸整体物理规格较差的阳极板产生的废阳极板。

（2）针对自身工艺条件制定相应的措施。

江西铜业贵溪冶炼厂阳极炉拥有：两套系统4台350t回转式精炼炉（一套系统各两台阳极炉，一用一备）；两套浇铸系统（一套单圆盘28模浇铸系统、一套双16模浇铸系统）。针对自身情况制定了相应的措施。

浇铸前期整改措施。

①对喷淋水进行改进，对底部水喷头进行固定，增加喷淋头以达到均衡冷却效果；并在喷淋水总管安装过滤器，防止喷淋水杂物堵塞喷头。

②对开裂的铜模进行捶打，开裂严重的铜模及时更换。

③铜模自然冷却超过4个小时的提前烘烤（去除水蒸汽）。

④浇铸前期，对圆盘浇铸机多点检试车；避免浇铸期间发生设备故障。

浇铸期间整改措施。

①严格喷涂配比。

②对铜模底部进行抹粉作业。

③浇铸开始上部水开启量必须达到两个要求：一方面上部水不能过大（水不能流入铜模尾部边框），另一方面保证阳极板在废阳极处不会被预顶起顶穿。

④废阳极岗位人员必须对表面有渣及小包进行处理，以达到合格阳极板的目的要求。

⑤浇铸正常情况下，铜模温度控制在140～180℃之间，铜模温度要保持均衡；并控制好浇铸速度。

浇铸结束后

对阳极铜成品(合格阳极板)进行修正

制定措施后废阳极板量部分技术指标列于表6。

表6 制定措施后，废阳极板部分技术指标汇总表

3.3.4 加强固定溜槽管控

固定溜槽内剩铜多，不但直接影响到铜直收率，也对下次浇铸的质量好坏产生影响；如果后期固定溜槽结铜多产生的废阳极板也会相应增多。所以必须加强固定溜槽的管控措施：（1）每炉铜快浇铸结束时，利用阳极炉炉内的铜水温度及时化掉固定溜槽内结铜，减少下次浇铸时固定溜槽内熔化结铜量。（2）缩短固定溜槽的使用时间，结铜多时及时清做。