钙铁橄榄石渣系在铜锍顶吹吹炼工艺的应用.pdf

1 8 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年1 期 钙铁橄榄石渣系在铜锍顶吹吹炼工艺的应用 林荣跃 侯马冶炼厂，山西侯马0 4 3 0 0 0 摘要侯马冶炼厂使用铜锍顶吹吹炼工艺生产粗铜，生产初期采用常规的铁橄榄石渣系，在实际生产中 因为铁橄榄石炉渣在高氧势条件下磁铁含量高，易导致炉渣泡沫化，甚至造成严重的安全生产隐患。为 了有效控制炉渣泡沫化，在顶吹吹炼炉试验了钙铁橄榄石渣系，试验证明，钙铁橄榄石渣系对固态磁铁 的析出能够起到很好的控制作用。 关键词铜铳；顶吹；粗铜；吹炼；钙铁橄榄石渣系 中圈分类号T F 8 1 1文献标识码A文章编号l 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 0 0 1 一0 0 1 8 一0 3 A p p l i c a t i o no fF a y a l i t eS l a gS y s t e mo nT o pS u b m e r g e d L a n c eC o n v e r t i n gP r o c e s s L I NR o n g y u e H O t l r D ．aS m e l t e r ，H o u m a0 4 3 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t H o u m aC o p p e rS m e l t e ru s i n gT o pS u b m e r g e dL a n c e T S L c o n v e r t i n gs y s t e mp r o d u c e sb l i s t e r c o p p e r ．A tt h eb e g i n n i n g ，i tu s e df a y a l i t es l a g ．W h i l ei nt h e a c t u a lp r o d u c t i o n ，t h ef a y a l i t e s l a g e a s i l y l e a d st os l a gf o a m ，e v e nl e a d st os e r i o u sp r o b l e m so fs a f ep r o d u c t i o n ，b e c a u s et h em a g n e t i t el e v e l si nt h e f a y a l i t es l a gi sh i g hw i t hr i c ho x y g e n ．F o re f f e c t i v ec o n t r o lo fs l a gf o a m 。t h e “l i m em o d i f i e df a y a l i t e ”s l a g i nt h eT S Lc o n v e r t i n gf u r n a c ei st e s t e d ．I tw a sp r o v e dt h a tt h e “l i m em o d i f i e df a y a l i t e ’’s l a gp l a y e dag o o d r o l ea tt h ep r e c i p i t a t i o no fs o l i dm a g n e tc o n t r 0 1 ． K e y w o r d s M a t t e ；T S L ；B l i s t e rc o p p e r ；C o n v e r t ；L i m em o d i f i e df a y a l i t es l a g 中条山有色金属集团有限公司侯马冶炼厂采用 澳斯麦特公司浸没式喷枪顶吹技术吹炼铜锍，生产 粗铜。该工艺最初设计时选择传统的铁橄榄石炉 渣，F e ／S i O 。控制在1 ．4 ～1 ．6 。吹炼过程过高的氧 势导致炉渣F e 。O 。含量升高，炉渣黏度增加，容易 产生泡沫化风险，造成安全隐患，钙铁橄榄石炉渣的 应用试验旨在解决这些问题。 1 铜顶吹吹炼工艺简介 铜锍顶吹吹炼炉为一个立式圆柱型冶金炉，熔 炼系统的热铜锍通过溜槽和堰体进入顶吹吹炼炉， 冷铜锍和熔剂通过皮带系统从炉顶孔E l 加入炉内， 高温熔池内的铜锍与浸没式喷枪提供的氧反应造渣 作者简介林荣跃 1 9 7 0 一 ，男，本科，工程师． 脱硫，最后生产出含铜9 9 ％以上、含硫0 ．2 ％的合格 粗铜。顶吹炉可以单炉作业，也可以连续吹炼，炉渣 通过溜槽进入水淬系统，作为返料返回熔炼系统，粗 铜通过溜槽转运到粗铜精炼系统。烟气经余热锅炉 回收余热和电收尘除尘后，送制酸系统生产硫酸。 与传统P S 转炉吹炼工艺不同的是，整个吹炼过程 都是在厚厚的炉渣中进行，喷枪风先氧化炉渣，过氧 化炉渣在强烈的搅拌条件下与铜锍接触完成脱硫造 铜反应。 1 ．1 工艺流程图 图1 1 ．2 顶吹吹炼炉简介 吹炼炉高1 2 ．7m ，直径5 ．2 4m ，采用喷枪富氧 顶吹吹炼，喷枪供风压力2 8 0 ～3 0 0k P a ，流量4 8 0 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年1 期 1 9 图1 工艺流程图 F 唔1 P r o c e s sf l o wc h a r t 1 T 1 3 ／m i n 。吹炼炉炉型是钢壳圆柱体，内衬耐火材 料，炉顶和烟道斜坡采用钢纤维浇注料，炉顶有喷枪 孔口、加料口和备用燃烧器口，炉子最底部是粗铜排 放口，在距炉底9 0 0m m 高度为排渣口，距炉底 12 0 0m m 高度为与堰体的连接口。炉体结构示意 图见图2 。 图2 炉体结构示意图 F i g ．2 F u r n a c es t r u c t u r es c h e m a t i c 1 ．3 使用铁橄榄石炉渣吹炼炉操作参数 吹炼炉具体操作参数如下。进料方式通过堰 体加入约5 0 ％热铜锍，通过皮带系统加入约5 0 ％冷 铜锍；铜锍品位5 8 ％～6 2 ％；炉温控制一周期 12 5 0 ℃，二周期l3 0 0 ℃；喷枪枪位控制枪头高于 炉内理论金属相界面2 0 0m m ；渣型控制F e ／S i O 1 ．2 ～1 ．6 ，F e 3 0 41 5 ％～2 0 ％；供风压力2 8 0 ～3 0 0 k P a ；粗铜品位 9 9 ％。 1 ．4 使用铁橄榄石炉渣存在的问题 铜顶吹吹炼过程中，炉内熔体需要维持一定厚 度的渣层，参与反应的大部分氧靠渣来传递，吹炼时 喷枪鼓入渣层的空气首先氧化渣层，靠熔体激烈搅 动使渣层与铜锍接触达到造渣脱硫的目的，这样炉 渣容易过氧化而产生泡沫渣，这是顶吹吹炼带给操 作工艺的一大难题。吹炼炉炉渣泡沫化与炉渣的过 氧化程度密切相关。分析F e p F e 。0 3 - S i 0 。系相图， 体系平衡氧分压的上升会导致F e 。O 。固态析出，所 以要使铁橄榄石渣保持为熔融均相，需要保持更高 的操作温度，使F e 。0 。熔于铁橄榄石渣，不然就会 因磁铁析出增加炉渣黏度，导致严重的泡沫渣事故。 生产实践中，为了控制炉渣F e 。0 。过量，往往采取 较低的炉渣F e ／S i O 和较高的炉温控制手段，但这 些控制方法增加了吹炼炉生产成本，同时也影响炉 衬寿命。通过调整渣型控制炉渣F e 。O 。含量一直 是吹炼炉生产应用的技术攻关目标之一。 2 钙铁橄榄石渣型应用理论基础 根据F e 口F e O 。一C a O 系相图，在冶炼温度下 12 0 013 0 0 ℃ ，在很宽的氧分压范围内 P o 。一 1 0 - 6 ～1 0 5P a 该体系有均匀的液相区，该渣系对 F e 。O 。有很大的溶解度，可以避免固态F e 。O 。的析 出。 C a O - F e O - S i 0 2 体延续了F e 口F e 20 3 一C a O 系相 图的特点，在12 5 0o C 冶炼温度下，该体系有较大的 液相区，虽然C a O F e O S i 0 2 熔点在12 2 3 ℃，高 于2 F e O S i O 的熔点，操作温度要求高，但在铜吹 炼生产实际中，铁橄榄石渣系在高氧势条件下磁铁 含量高，实际熔点远远高于12 0 5 。C ，炉子操作需要 达到12 5 0 “ 一13 0 0 ℃，钙铁橄榄石渣型因为能够避 免更多的固态F e 。0 4 析出，理论上适合顶吹吹炼炉 渣型应用。 3钙铁橄榄石炉渣应用试验 2 0 0 7 年9 月1 2 日至2 3 日进行了3 0 个操作周 期的铜锍顶吹吹炼钙铁橄榄石渣型应用试验，根据 C a ◇F e O S i O 。体系选取了渣型控制目标。 3 ．1 目标渣型 图3 3 ．2 试验操作参数 试验操作参数如下。进料方式约5 0 ％热铜锍 和5 0 ％冷铜锍；风量4 0 0m 3 ／h ；炉温控制12 5 0 ～ 13 0 0 “ C ；喷枪枪位控制枪头高于炉内理论金属相 界面2 0 0m m ；炉渣成分控制范围F e ／S i 0 2 1 ．2 ～ 1 ．6 ，C a O7 ％～1 5 ％，F e 3 0 ‘1 5 ％～2 0o A 。 3 ．3 原料和产品成分典型分析 表1 ～3 万方数据 - 2 0 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年1 期 图3 渣型控制目标 F i g ．3T a r g e ts l a g 表1 入炉冷冰铜成分 T a b l e1 C o m p o s i t i o n so fc o l dm a t t e ／％ 日期 C uF eS 其它 1 7 ／0 9 ／2 0 0 76 0 ．5 31 5 ．32 0 ．9 53 ．2 2 2 0 ／0 9 ／2 0 0 7 5 4 ．7 91 3 ．8 51 9 ．4 01 1 ．9 6 2 3 ／0 9 ／2 0 0 76 1 ．8 3 1 2 ．9 42 0 ．3 94 ．8 4 裹2 吹炼渣组成 T a b l e2C o m p o s i t i o n so fc o n v e r t i n gs l a g | ％ 日期 C uF eC a O S i 0 2其它 1 9 ／0 9 ／2 0 0 7 1 6 ．6 43 2 ．2 56 ．1 01 9 ．8 72 5 ．1 4 2 I ／0 9 ／2 0 0 7 1 7 ．2 62 8 ．7 14 ．9 22 2 ．9 92 4 ．1 2 2 2 ／0 9 ／2 0 0 71 6 ．8 42 8 ．3 86 ．2 02 3 ．7 22 4 ．8 6 表3 粗铜产量和成分 T a b l e3B l i s t e rc o p p e ro u t p u ta n dc o m p o s i t i o n s 日期班次产量／tC u ／％F e ／％S ／％其它／％ 33 79 8 ．9 3O0 ．6O ．4 7 2 5 19 8 ．9 1O ．0 60 ．0 3 1 ．0 15 59 9 ．6 10 ．0 10 ．0 80 ．3 3 ．4 实际渣型控制情况 由于炉渣含有A l z O 。、M g O 等其它成分，吹炼 炉炉渣实际上是一个非常复杂的体系，在C a 0 含量 为5 ％～1 5 ％的目标控制值范围内进行了3 0 个炉 次的试验。试验发现，控制炉渣C a O 含量达到 1 5 ％，过多的石灰石熔剂加入会消耗过多的热量，提 高炉子的燃料率，生产实践中，应用较低的C a O 含 量就能改善炉渣的性质，在保证正常的炉温操作条 件下，实际炉渣C a O 含量控制在5 ％～7 ％比较合 适。 3 ．5F e 3o ．影响 侯马冶炼厂顶吹吹炼炉从2 0 0 7 年9 月试验结 束后开始应用钙铁橄榄石渣型，表4 是实际生产中 炉渣F e 。0 。含量分析，之前应用铁橄榄石炉渣 F e 。0 。含量在1 5 ％～2 2 ％，发生泡沫渣事故时 F e 。0 。含量甚至超过3 0 ％。 表4 炉渣F e 3 0 4 含量 T a b l e4 F e 30 , i nc o n v e r t i n gs l a g ／％ 日期 F e C a OS i O zF e 3 0 4 1 6 ／0 4 ／2 0 0 83 4 ．2 15 ．8 92 5 ．4 51 6 ．0 1 0 3 ／0 4 ／2 0 0 83 5 ．3 46 ．8 7 2 8 ．5 51 4 ．7 6 0 2 ／0 3 ／2 0 0 83 6 ．2 65 ．3 22 6 ．0 91 7 ．6 2 F e 30 4 含量比使用钙铁橄榄石炉渣之前的 1 5 ％～2 2 ％略低。从实际操作情况来看，使用新渣 型虽然从相图看熔点要高，但实际操作温度没有提 高，而炉渣的流动性有改善，吹炼炉泡渣化的风险明 显降低，使用钙铁橄榄石渣系，没有出现过恶性泡沫 渣工艺事故。该渣系因为黏度低，炉子孔口、烟道和 喷枪粘结情况也大有改善。 3 ．6 炉衬影响 经过一年半的生产实践，检修时对炉衬进行检 查，采用镁铬材质的炉衬没有因为使用钙铁橄榄石 渣系影响使用寿命。 4结论 1 钙铁橄榄石渣系能够降低炉渣F e s o t 含 量，改善炉渣的流动性，降低炉渣泡沫化风险，可以 改善炉子孔口、烟道、喷枪粘结情况，对镁铬质的耐 火砖没有影响； 2 在铜锍顶吹吹炼炉应用钙铁橄榄石渣系 C a O 含量可以控制在5 ％～7 ％； 3 钙铁橄榄石渣系能够很好的应用在铜锍顶 吹吹炼炉。 ∞叮凹趵∞∞吖吖吖 加加加 挎n 毖 万方数据