物料元素配比对熔炼炉煤耗和贫化炉渣含铜的影响

李 虎

(楚雄滇中有色金属有限责任公司， 云南 楚雄 675000)

随着现代富氧熔池熔炼技术的兴起，各种熔炼炉也相继投入使用，有代表性的顶吹熔炼法有艾萨熔炼法、奥斯麦特法、三菱法、顶吹旋转转炉法等。这些熔炼炉都需要配入一定量的煤来提供额外的热量进行熔炼，同时弃渣含铜也是熔炼炉经过贫化后要考虑的问题之一。加之目前原料紧缺和主矿种少等特点，熔炼煤耗和弃渣含铜都发生大的波动，给生产成本控制造成很大影响。为了稳定煤耗和渣含铜,应从物料元素的合理配比上来进行控制。通过分析煤耗和渣含铜的主要影响因素来反向研究物料元素配比，使物料元素尽可能发挥作用。入炉物料的元素含量统计见表1。

表1 入炉物料的元素含量统计

注：铜元素降序排列

1 煤耗的主要影响因素

1.1 物料中发热元素的合理含量

熔炼反应的热量主要依靠物料中的S来满足，尽管Fe氧化造渣也会产生热量，但只有Fe氧化为大量的Fe3O4时才产生巨大的热量，由于熔炼反应工艺控制Fe3O4的含量，因此熔炼反应的热量可以认为主要由S提供。S含量的高低直接影响熔炼的煤耗。也不是S含量越高煤耗就会越低，因为硫化铜精矿在高温熔炼条件下，高价硫化物会分解产生单质硫，这些单质硫不会进入熔池参与反应，而是随烟气进入余热锅炉和电收尘堵塞管道，给硫酸系统造成影响。表1统计数据看出，2011年8月和2011年10月的物料含铜量低，提高物料S的含量对煤耗降低没有太大作用。物料含铜量低，必须给足够大的氧料比才能得到满足转炉吹炼的铜锍品位，由于无烟煤中的C、H元素与O的亲和力比S强，因此物料含铜低配入过高的煤和硫时，氧气首先与煤中C、H发生反应产生热量而大量的单质S浪费在烟气中，发挥不了加热的作用， 最终导致氧气、硫和煤的浪费。因此合理的元素配比对煤耗的降低起着决定的作用。根据表1的含铜量数据得出：当物料含铜小于18%时，Cu/S值再小，煤耗也会很高，造成物料S的浪费。当物料含铜大于20%时，Cu/S值大于1时，煤耗会随着S含量的增大而降低。因此入炉物料的含铜量应以18%～22%为宜，Cu/S值应接近1，这样煤耗不会太高，如果可以提高硫含量，那煤耗会更低。

1.2 煤含碳量和二次煤的加入量

煤的发热量主要由碳和挥发分燃烧发热，艾萨熔炼炉物料和煤一起经过制粒后进入熔池，当煤的含碳量低时，煤的挥发分高、堆密度低，会使煤浮在熔池渣表面，使煤的有效热量进入烟气中，致使烟气温度高煤耗大增。当煤的含碳量高时，煤的挥发分低、堆密度高，使煤的大量有效热量进入熔池中提高冶炼温度。因此根据生产实践煤的含碳量以65%左右为宜。

二次煤的加入量越大，煤耗也会增加。二次煤的加入是为了提高烟气温度防止炉顶结渣，但通过实践炉顶结渣主要还是物料中单质S和Pb、Zn生成PbS和ZnS导致的，因此控制物料合理的S配比一方面可以降低煤耗，另一方面可以减少炉顶结渣。一般情况下一次煤配够后，二次煤可以不加或少加来降低煤耗。

1.3 铜锍品位

提高铜锍品位必须提高氧料比，实际上也相当于提高了富氧浓度，使烟气带走的热量降低，煤耗降低。由于本厂为满足转炉吹炼冷料平衡，要求电炉铜锍品位控制在55%左右，因此提高铜锍品位对降低煤耗还不现实。

1.4 磁性铁的控制

磁性铁含量的高低也叫氧势的高低，代表熔池中氧含量的高低，也代表熔池中反应速度的快慢。为了满足生产，应控制一定的磁性铁含量。当超过工艺技术要求后，一般情况下通过添加辅料二氧化硅来造渣，降低磁性铁的含量，这不仅浪费了氧，而且增加了辅料的熔化热，增加了煤耗。通过操作实践，控制磁性铁含量最合理的办法是通过增加进入熔池中的物料来还原磁性铁，从而稳定工艺要求，同时减小了辅料的熔化热，降低物料的煤耗。因此，在正常生产过程中，熟练的操作工可以通过增加物料量来达到降低磁性铁的目的。

2 渣含铜的影响因素

2.1 渣型的选择

铜熔炼炉渣的主要成分为FeO、SiO2、CaO，还含有少量的MgO、Al2O3、PbO、ZnO等，渣中FeO、SiO2、CaO含量达到80%以上。从三金属渣系(FeO—SiO2—CaO)相图1可以查出标准渣型与熔点的关系。从渣系图查出渣型、含量、熔化温度见表2。

由表2看出，对于硅酸盐来说，在一定范围内提高渣中SiO2的含量，渣的熔点、比重、溶解硫化物的能力降低，对渣的流动性影响很小。在相同氧势条件下，渣含Fe高，渣的熔点、比重、溶解硫化物的能力增强，渣中Fe3O4的含量增高。在容许的范围内，可以降低渣的粘度，增加渣的流动性。增加CaO的含量就可以降低渣的熔点和比重，如果一部分CaO可以取代FeO则可降低渣对硫化物的溶解能力，这也是为什么渣为三元渣系更好的原因。渣中硫化物的溶解度、渣的熔点和比重主要看渣为何种成分，因此降低弃渣含铜主要决定于合理的渣型。

本厂由于原料成分波动太大，料单经常变动，导致渣型波动严重，渣含铜不稳定。表3为近年来不同渣型对应的渣含铜。根据本厂近三年的生产实践证明，艾萨配料以少造渣且合理控制渣型较好，电炉渣型SiO2/Fe为1.0左右，CaO为5%～7%时，电炉渣含铜在0.45%～0.50%之间。

2.2 渣中Fe3O4的含量

渣中Fe3O4含量的高低主要影响铜锍与渣的分离速度，当Fe3O4的含量很高时会在分离层与ZnO、PbO产生横膈膜阻碍锍、渣的分离，导致渣含铜的升高。当物料中的Cu/S为定值时，可以适当提高SiO2的含量或降低物料Fe含量来降低Fe3O4。

2.3 冷料的种类和加入量

目前艾萨炉的冷料主要以转炉冰铜包壳和渣包

图1 FeO—SiO2—CaO三元体系相图

渣型含量/%FeO(Fe)SiO2CaO熔化范围/℃4(FeO)2·SiO2+CaO·SiO255.5(43.16)29.15.41150～12004(FeO)4(SiO2)3+(CaO)·(SiO2)345.4(35.31)35.78.91050～11004(FeO·SiO2)+CaO ·SiO240.1(31.19)42.17.8-10303(FeO·SiO2)+CaO·SiO237.8(29.40)42.49.8-1050

表3 不同渣型对应的渣含铜

壳为主，由于渣包壳的Fe3O4含量高，当Fe3O4还原不充分时就会导致电炉渣含铜升高。因此转炉渣加入量以不影响正常熔炼为宜。

2.4 物料结块的影响

进厂物料由于堆存时间、温度、湿度、压力、物料成分等导致物料结块，结块物料进入炉子后由于熔化反应慢而被排放到电炉，最终导致电炉渣含铜升高。

2.5 其他物理原因

由于电炉设备的限制，目前只能以澄降分离为主，强化贫化还不能实现。

3 结论

由影响熔炼炉煤耗和贫化炉渣含铜的主要原因分析可知，合适的物料元素配比可将煤耗和渣含铜控制在一定范围内。本厂为了满足转炉的铜锍量，物料含铜以18%～22%为宜，且Cu/S值应接近1，这样煤耗不会太高，S元素会充分发挥它积极的作用。物料中的含Fe以20%～22%为宜，含SiO2为15%～16%，物料SiO2/Fe=1.3，这样可以稳定渣含铜。物料元素的合理配比对进一步降低煤耗和渣含铜起着决定性的作用，尽管本文简单地从煤耗和渣含铜去反向研究物料元素，相信在以后的工作中对除杂等问题还会进一步研究物料的元素配比。