降低转炉高品位冰铜吹炼渣含铜生产实践

2021-03-27张定乾

山西冶金 2021年1期

张定乾

（北方铜业垣曲冶炼厂，山西垣曲 043700）

北方铜业垣曲冶炼厂现有PS转炉3台，规格为Φ3.6 m×8.8 m，实行70%～72%的高品位吹炼模式，主要目的是脱除其中的S、Fe及含有的少量Pb、Zn等杂质，使贵金属富集于粗铜中。由于高品位吹炼含铁量少，基本可以省略造渣阶段，具有单炉作业时间短、生产效率高的优点。但由于含铁量低，造渣困难，在生产过程中存在渣含铜过高的现象，影响了转炉产量和直收率，因此，降低转炉渣含铜对提高转炉经济指标和效益具有重要意义。

1 高品位铜锍吹炼作业制度

1.1 工艺简介

转炉高品位冰铜吹炼是通过风口向炉内鼓入空气或富氧23%~24%的空气，与炉内的高品位铜锍进行氧化反应，实现硫化物氧化和氧化铁造渣的过程。作业直接进入造铜阶段，炉内的熔体（主要以Cu2S的形式存在）与鼓入空气中的氧反应，生成品位98.5%的粗铜和二氧化硫。粗铜送往下道工序进行火法精炼，铸成合格的阳极板，吹炼产生的烟气（SO2）经余热锅炉回收余热后，送往制酸。

1.2 工艺原理

在转炉吹炼过程中，发生的反应全是放热反应。经过发热量计算，在冰铜品位在70%~72%时，放出的热量足以维持1 200℃以下的高温进行自热熔炼，并且还有部分的剩余热量。生产时主要通过加入高含铜物料、阳极炉渣和杂铜、粗铜块、残极等冷料，来控制合理的熔体温度（1 180℃±10℃），实现炉内热平衡，确保反应正常进行。

高品位冰铜中的w（Fe）均在5%以下，在反应所需石英还未加入时，冰铜中的铁就已经完成氧化反应，进而过氧化生成Fe3O4，导致正常的造渣反应来不及进行，而加入的石英多数未参与造渣反应，富集熔体表层，易造成炉喷。所以进入两包料（45～50 t）之后开风直接进行造铜作业，不加石英熔剂，反应原理如下：

在加进最后一批铜锍后，再加入足量的石英，进行造渣，之后继续吹炼，准确判断吹炼终点，进行排渣、倒铜作业。

2 原因分析

从转炉工艺过程、操作制度、管理手段进行分析，引起转炉渣含铜过高的因素主要有：

2.1 冰铜品位过高

根据统计发现，转炉吹炼品位为70%～72%的冰铜时，进行富氧（23%）操作，热量能够处理残极等冷料。当冰铜品位大于74%时，吹炼过程中的发热量不足以维持反应热平衡，炉温偏低，渣型恶化，炉渣黏度增大，渣含铜上升（见表1）。

表1 平均冰铜品位与渣含铜的关系 %

2.2 冷料、石英加入不当

2.2.1 冷料率过高对渣含铜的影响

实际生产中一般单炉作业结束后向炉内加入一些杂铜，在吹炼作业开始后逐渐加入残极、粗铜块。

转炉吹炼的热源主要是Fe、S及某些杂质的氧化，所有这些氧化反应均伴随着大量的热量放出，使吹炼过程不需要消耗额外的燃料。但由于高品位吹炼时熔体内的S、Fe等元素大大降低，所以这些热量不足以维持大量的冷料处理量。

若冷料一次性加入冷料过多，会引起熔体表面温度瞬间下降，难以维持炉内反应的热平衡，炉内熔体反应缓慢、炉渣粘度大，不利于铜渣分离，使渣含铜升高。

2.2.2 冷料和石英加入时机对渣含铜的影响

在吹炼刚开始阶段，炉温尚未上升到正常作业温度时即加入冷料和石英的话，一是冷料和熔剂吸热会迅速降低炉温，二是冷料和石英覆盖在熔体表面，气体难以穿透，炉内熔体反应进度缓慢，渣型恶劣，渣含铜升高。

2.2.3 石英加入量不当对渣含铜的影响

转炉吹炼时，若石英量加入不足，会造成部分FeO无法与SiO2造渣，而继续氧化成熔点较高的Fe3O4生成磁铁渣，稍微过吹便会形成熔点较低、流动性较好的铁酸铜（Cu2O·Fe2O3）稀渣，使渣含铜急剧增加。

若加入石英过多，易在渣层表面形成一层絮状物（游离态的石英），也会使渣型恶化，渣粘度增大，引起渣含铜过高[1]。

2.3 吹炼终点判断不准确

在转炉高品位吹炼过程中，若吹炼终点判断不准确，使熔体过吹，会使氧化亚铜含量升高，渣含铜会大幅增高。其次，吹炼结束进行放渣作业时，若下炉口不够平整，或者转至放渣位后不做停顿直接放渣、渣包底不进行返炉，也会造成渣含铜过高。

3 控制措施

3.1 稳定冰铜品位

根据表1可以看出，冰铜品位过高对转炉渣含铜有直接影响。为保证冰铜内S、Fe等元素含量能保证转炉吹炼时所需的热量，实践证明将冰铜品位控制在70%～72%的情况下，能有效保证炉内反应的热平衡和渣的流动性，渣含铜能有效控制。

3.2 转炉进行“富氧吹炼”

为满足高品位吹炼时对热量的要求，在总氧量富余的情况下，进行富氧作业，将氧浓度控制在23%～24%。富氧吹炼强化了炉内气-液相反应，硫化物的反应速度加快，热量同比释放大大增加，随烟气带走的热量减少，炉温上升较快，熔体流动性好，渣含铜降低。

3.3 规范作业制度，精细化管理

3.3.1 控制合适的入炉冷料量根据入炉品位随时调整加入冷料量，不宜过多，且一次性投入量要严格控制。同时单炉作业结束后加入冷料量不宜过多，如果未进够热料，要及时进行天然气保温，以实现炉内热平衡，炉内熔体反应迅速，渣型良好。

3.3.2 准确把握入炉冷料和石英的时机

向炉内加入粗铜、残极时，要视炉况和炉温而定，作业开始后先不加入冷料，待吹炼10 min左右，让少部分FeS和Cu2S先发生氧化反应以迅速提高炉温，等炉温度升高至1 180℃以上时再加入冷料和石英。

转炉吹炼时，铜锍中的FeS首先被氧化，生成FeO与加入的石英石熔剂进行反应，生成铁橄榄石，其中有一部分FeO被生成Fe3O4，在有FeS和SiO2存在时，又生成铁橄榄石：

加入石英时提前计算好当炉加入量，并观察炉口火焰，当火焰发红时，停止加入。火焰发亮时再次加入，当火焰逐渐变绿，并转为淡蓝色时，表明石英加够，继续吹炼[2]。要保证石英量充足，保证造渣充分，渣流动性良好。

3.3.3 准确判定吹炼终点

转炉炉长要根据经验，准确判断吹炼终点。若稍有过吹，就容易形成熔点较低、流动性较好的铁酸铜（Cu2O·Fe2O3）稀渣，不仅使渣含铜增加，直收率降低，而且稀渣严重腐蚀炉衬。吹炼终点的判断标准：

1）火焰颜色。火焰颜色由乳白色转为褐红色，表明出铜时间已到。

2）火花。从炉后挡板处喷溅出的火花消失时即可出铜。

3）炉后判断。从钎杆上观察到的金属铜光滑而平整，没有小粒隆起，冷却后呈玫瑰红，并有金属光泽时，表明即可出铜。

4）炉前取样。从炉口用样勺取样，倒在干净铁板上，观察铜水凝结情况，若铜水含有较多Cu2S，则SO2逸出冒泡喷溅；冷却后有许多小孔，表明出铜时间未到，必须转动转炉继续吹炼几分钟后再取样检查。若试样凝结后呈灰黑色，组织疏散，则为过吹。如已过吹，可缓慢加入适量热冰铜，还原过吹的铜。若冷却后的试样呈玫瑰色，则证明可以出铜[3]。

进料作业前，要先检查炉口是否平整，若下炉口有缺口，需用黄泥补平，放渣作业时保证炉口“宽、浅、平”。

放渣作业时，将炉子转至放渣位静置2 min，待炉渣与铜液完全沉淀分层之后，由小到大、平稳放渣，并及时探测渣层厚度，防止带铜。

放完渣时将渣包内的吹炼渣倒至大渣包时，也要由小到大，平稳倒渣，并将包底返回转炉。