铜底吹生产与设计讨论

本文作者：曲胜利1,2李天刚2董准勤2栾会光2作者单位：1.东北大学2.山东恒邦冶炼股份有限公司

氧气底吹熔炼工艺用于炼铜对原料适应性很强，保证铜含量在适度范围内，可以处理复杂多金属矿［1－4］。高浓度氧气从炉底喷入熔池，铜锍温度高，氧势高，有利于精矿中的铅、砷、锑、铋等元素挥发，降低冰铜中杂质元素的含量。熔炼过程中由于氧浓高，烟气量小，炉体只有烟气出口、放铜口、放渣口有铜水套，完全实现自热熔炼。山东恒邦冶炼股份有限公司（简称恒邦公司）富氧底吹熔炼工艺经过近一年多的生产实践，已充分显现该工艺在节能、环保、安全方面的优势。

1铜富氧底吹熔炼技术特性及生产情况

在低品位铜矿和复杂难处理的多金属矿及含金、银高的贵金属伴生矿处理方面，铜富氧底吹熔炼技术的适应能力很强，能够处理块矿、高硫铜精矿、低硫铜精矿、高砷矿、高硅矿、氧化矿、金精矿和银精矿等［1］。目前恒邦公司处理的混合炉料成分为：Cu＜15％、S22％～25％、Fe27％、SiO212％、Au＞12g／t、Ag600g／t。

当投料量达到35t／h时，氧气底吹熔炼炉就能够维持自热熔炼的热平衡。由于排出烟气量小，炉子散热面积小，因此带走的热量也少，很容易实现自热熔炼。在现有的熔炼工艺中，无论是闪速熔炼还是其它熔池熔炼，都需要配入一定的燃料来补热［2］，氧气底吹熔炼工艺在造锍熔炼过程中，却可以做到不配煤［4］，目前恒邦公司只需配0．5％的煤用来改善渣性。

高氧浓是冶炼工艺刻意追求的，但碍于工艺限制不可随意提高，大多在70％以下，个别达到95％以上，山东恒邦公司则保持在73％～75％，但底吹熔炼氧的利用率几乎可达100％，单位时间、单位容积处理炉料量最大［1－3］。熔炼强度以反应区容积计算，日处理量已达到14t／m3。

氧气底吹熔炼工艺的氧压、氧浓高，氧枪寿命较长。当氧枪压力为0．2MPa时，只要氧枪有一定的空氧流量，仍不会发生灌枪。只不过此时冶金反应过程不理想，熔池难于搅动。在正常生产时，氧压可以达到0．55MPa，在氧枪出口处就会形成保护氧枪作用的Fe3O4“蘑菇头”，故氧枪寿命较长［4］。但当空氧压力过高时，蘑菇头形成较长、通风孔径小，需要停车清理或提高炉温将其熔化。

考虑到处理的精矿金银含量高，恒邦公司将熔炼渣进行缓冷后采用选矿法回收其中的金、银、铜。底吹炉渣铜物相分析结果（％）：总Cu4．58、CuSO40．18、Cu2O0．10、CuO0．040、CuS3．87、金属Cu0．28、其它铜0．11；铁物相分析结果（％）：总Fe39．73、Fe2O3＜0．02、FeO19．68、Fe3O419．02、金属Fe1．62。选矿回收金银铜的指标见表1。

从表1数据可以看出，选矿指标非常好，铁精矿产率达到50％，综合效益高。另外，严格控制各项工艺参数，比如控制Fe／SiO2＝1．6～1．7，可以防止“泡沫渣”的产生。这是由于“氧气底吹”吹的是冰铜层，总有FeS的存在，也就不会产生过量的Fe3O4，也就不易产生“泡沫渣”。

2有待改善的问题

目前富氧底吹冶炼工艺主要存在以下不足：1）渣含铜较高，主要原因是炉子沉降区沉降时间短所致。2）氧枪结构不甚合理，主要考虑单只氧枪的供气能力以及空气、氧气比值。设计不合理导致蘑菇头外观形状不好控制。

3底吹炉在设计和生产上的比较

恒邦公司和国内A公司炼铜底吹炉的示意图见图1～2。

3．1氧枪

A公司底吹炉设计为9支氧枪，氧枪直径分别为48mm和60mm，9支氧枪同时工作，氧枪安装在反应区的下部，分两排成15°夹角布置，下排呈7°，5支氧枪；上排呈22°，4支氧枪［1，4］。

恒邦公司底吹炉设计为6支氧枪，氧枪直径75mm，其中5用1备，氧枪也安装在反应区，呈0°单排直线排列。1）A公司氧枪有3支氧枪斜对着下料，恒邦氧枪中心线与下料口中心错开，位于两只下料口水平位置的中间，这就在一定程度上避免了因熔体喷溅而堵塞下料口，从而减少工人的劳动强度。2）恒邦公司底吹炉氧枪数量减少了，相对来说就增加了沉淀区的长度，从而有利于渣铜分离。在生产中5支氧枪渣含铜控制在4％以下，特别是在有段时间内采用了4支氧枪进行生产，渣含铜持续下降，一般在2．5％以下，最低时渣含铜曾达到1．5％。在采用4支氧枪时，并没出现因沉淀区较长而影响到熔体传质传热情况，这就说明适当增加沉淀区的长度，有利于降低渣含铜。3）恒邦氧枪呈0°单排直线排列，这就避免了A公司双排氧枪熔体叠加翻腾冲刷炉墙的可能，从而增加了炉子的使用寿命。4）9支氧枪相对5支来说，增加了氧枪数量，减小单支氧枪的流通面积，使氧气均匀地喷射和分布在铜液内，反应也更加均匀，由于5支氧枪流通面积太大，使得流量太大，在同样的压力下较9支氧枪形成蘑菇头的外形差。通过这阶段的生产运行，发现氧枪经常形成分支的蘑菇头，有时形成的蘑菇头分支斜对着砖体，这会增加炉体烧穿的几率。综合来看，单排氧枪呈0°排列，数量越多、单只氧枪供氧能力小，就越有利于形成外观较好的蘑菇头，对炉子的工艺控制、安全运行也越有利。

3．2下料口

两公司底吹炉下料口设计均为3个，都为水冷式结构，A公司下料口直径为300mm，恒邦公司下料口直径为350mm，加大下料口即能够满足加大下料量，也便于清打加料口，在一定程度上也降低了下料口因结焦而堵塞的现象。

在实际生产中，远离出烟口的下料口受负压影响，以及因熔池反应剧烈，撞击端墙的影响，喷溅特别严重，目前已停用此下料口，采用两个下料口下料。虽然能满足生产需要，但局限性大，一旦两个下料口都堵塞，将导致停炉。同时1＃氧枪因下料口不用，此处氧料比偏高，生成的Fe3O4也相对较多，从而使得1＃氧枪蘑菇头形成速度较快。若只单纯将此下料口左移，将离炉口和沉淀区较近，既增加了炉体的结焦程度，又增加了放渣带料现象。建议尽量增加反应区长度，同时增加氧枪数量，将下料口向左移，仍采用3个下料口为宜。

3．3测量口

A公司测量孔离反应区较近，因反应区反应比较剧烈使得测量杆难于挂渣，且冰铜与渣不能分层无法准确判断液面高度。而恒邦公司测量孔位于渣口一端，距离反应区较远，这就使得在测量时很容易挂上渣，通过实践运行发现效果较好，测量杆上渣和铜分解线也很清楚，在最大程度上加强了对熔池液面的掌控，从而更有利于指导生产。

3．4传动装置

A公司底吹炉传动装置位于炉体一端，离炉体较远，而恒邦底吹炉传动装置因受放铜口位置所限将传动装置安装在炉体下部离炉壁较近，且离1＃氧枪较近。这就增加了传动装置的不安全因素，虽然采取了隔热措施，但减速机外壳仍有70℃左右，存在氧枪、炉体烧穿熔体露出烧毁传动装置的可能，若炉体处在生产位置，后果将不堪设想。

3．5放铜口

A公司放铜口位于炉体一侧呈28°，放铜口位置比较容易操作。恒邦公司底吹炉放铜口位于放渣口另一端呈0°，因此需增加溜槽，但每次放完铜溜槽都需人工进行清理这就增加了工人的劳动强度，但在实际生产中并没有出现渣和铜分离不佳的情况。

3．6空氧支管阀门

实践发现通过控制支管阀门维持单支氧枪合适的氧浓，对抑制蘑菇头的生成以及延长氧枪和氧枪砖的使用寿命特别重要。特别是在更换其中几支氧枪后，由于是新枪流量相对偏大，将导致几支氧枪流量失衡，这就要通过调节支管阀门进行控制空气和氧气量，将支管调整到合适的氧浓。两公司设计的空氧支管阀门都为手动阀门，人工操作不易控制好流量，且万一阀门关小将导致灌枪，建议将支管阀门改成气动阀门在电脑上操作，这样便可能更好地控制单支氧枪的氧浓。

3．7放渣口高度

两公司底吹炉放渣口高度设计均为1100mm左右，通过反复比较，恒邦将放渣口高度增加到1250mm，将冰铜面控制在800～950mm，这样便增加了炉内库存的冰铜高度，既减少了熔体的热损失，有利于开炉，也在最大程度上保证了底吹炉在生产中的安全系数。

4设计思路探讨

氧气底吹熔炼技术经过工业化生产实践检验，其优势毋庸置疑，发展前景相当广阔。但毕竟是一种冶炼新工艺，还存在急需改进的地方。根据恒邦公司的生产实践，就炉子设计方面提出以下建议：1）炉体结构要进一步优化，增加炉体长度因出现故障，靠近放渣口的第5只氧枪停用，只使用4支氧枪，相当于增加了冰铜分层沉淀区的长度。此阶段渣含铜在2．5％左右，远远低于使用5支氧枪时的渣含铜品位，也未出现放渣口端熔炼反应进行不好的现象。说明完全可以延长炉体长度，增加沉降分离时间，降低渣含铜品位。2）氧枪的数量有待增加，单只氧枪供气能力可减小目前，我们所采用的底吹炉内，氧枪呈现单排布置，设计还是比较合理的。但因只有5支氧枪，要提高处理量，就需要提高单只氧枪供气能力。从实际运行来看，若单只氧枪供气能力过大，氧枪直径过大，就很难形成形状规则的蘑菇头。若蘑菇头形状不规则，将影响氧枪的使用寿命，并危及炉子的安全运行。故采取零角度单排排列，增加氧枪数量，降低单只氧枪的供气能力至一合理范围，这样排列可以解决以上问题。3）放铜口、放渣口设计在两端，传动装置不要设计在炉体下部放铜口、放渣口设计在两端相对比较合理，有利于总体布局和操作。但底吹炉传动装置因受放铜口位置所限将传动装置设计在炉体下部，且离炉壁、1＃氧枪较近，存在因炉体、氧枪烧穿损坏传动装置无法将炉子转出的可能。而且此处温度高，虽然采取了隔热措施，但减速机外壳仍有70℃左右。故认为传动装置不宜设计在炉体下部。4）提高单只氧枪空气量、氧气量计量的准确性我公司5支氧枪支管及总管均使用电磁转子流量计，但存在支管气体总和与总管流量不相符现象，特别是氧枪形成蘑菇头以后，各支管气体流量与压力都不相同。若支管气体流量计量不准确，会出现单只氧枪氧浓过高的情况，从而导致氧枪周围局部熔体温度过高，影响着氧枪寿命及炉子安全，故单只氧枪气量计量问题需进一步完善。

5结论

铜富氧底吹熔炼技术的原料适应能力强，能源消耗低，熔炼炉及氧枪寿命长，氧浓高，熔炼强度大，有着其它熔炼技术不可比拟的优势。作为我国自主研发的炼铜技术，在大家的共同努力和改进后，在冶炼行业会有更广阔的发展空间。