CN101148705A - 一种吹炼炉富氧吹炼铜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种吹炼炉富氧吹炼铜的方法，主要特点是：1.富氧吹炼的条件：当氧气压力大于内层风压力时，枪位在吹炼位置允许采用富氧，内层风压力大于氧气压力，停止富氧操作，进行空气吹炼；2.炉温控制：加入富氧吹炼后，由于熔池反应速度加快，为了控制炉温通过降低还原煤或二周期加少量冷冰铜料速控制炉温；3.控制粗铜的质量：待二氧化硫SO₂浓度逐步下降，粗铜吹炼快结束时停加冷冰铜；4.采用边加冷料边吹炼和一周期采用富氧，二周期后期停止富氧操作，以降低泡沫渣的风险。它改善了操作环境，提高了吹炼速度，降低了燃料消耗，增加了经济效益。

Description

一种吹炼炉富氧吹炼铜的方法

技术领域

本发明涉及铜冶炼技术，具体的说是一种澳斯麦特吹炼炉富氧条件下的工艺操作和控制的方法。

背景技术

目前，粗铜生产工艺在吹炼阶段主要采用PS转炉吹炼技术，该技术的最大特点是在一个转动的炉体内完成整个吹炼过程，吹炼一周期造渣反应，造渣结束后把炉渣排净，进入二周期吹炼，二周期脱硫反应，最终生产含铜98.6％以上的合格粗铜，PS转炉为周期性作业，在铜锍与吹炼产物的转运过程中，造成大量的热能损失和低空污染，烟气量和烟气成分波动大，硫酸生产控制困难，硫的回收率不高。

澳斯麦特双炉操作系统生产粗铜，其熔炼和吹炼过程均采用澳斯麦特喷枪顶吹技术。澳斯麦特吹炼技术完全不同于PS转炉吹炼技术，澳斯麦特吹炼炉为一个内衬耐火材料的圆柱体，热冰铜通过溜槽从炉子下部的入口堰进入吹炼炉，冷冰铜、熔剂和还原剂通过皮带从炉顶加料口进入吹炼炉，澳斯麦特喷枪从炉顶喷枪口垂直插入炉内熔池的渣层，将吹炼反应需要的空气鼓入熔池，整个吹炼过程需要在厚厚的渣层条件下进行，在1200～1300℃高温熔池内，喷枪风先氧化渣层，同时在喷枪强烈搅拌条件下，过氧化的渣层与冰铜进行氧的交换，完成吹炼过程的氧化反应。澳斯麦特双炉操作系统生产粗铜具有：

1、澳斯麦特吹炼炉优点

澳斯麦特吹炼炉铜锍与吹炼产物通过溜槽转运，减少了低空污染，硫的捕集率达到98.5％以上，体现了比传统PS转炉更好的环保优势。

2、澳斯麦特吹炼炉缺点

(1)、吹炼炉操作具有较大的安全隐患，吹炼状态下的氧化反应通过炉渣的传递完成，喷枪风直接作用在渣层，泡沫渣风险大。

澳斯麦特吹炼炉所有氧的反应通过炉渣的传递完成，当炉渣Fe/SiO₂发生严重改变或炉渣Fe₃O₄含量超过20％时，炉渣的熔点会升高，粘度加大，当炉温低于目标值时炉渣的粘度也会加大，炉渣的粘度大导致鼓入渣层的气体会因为不能摆脱炉渣束缚而使炉渣泡沫化，泡沫化的炉渣会导致严重的安全生产事故，而富氧的使用会导致炉渣泡沫化更为严重。由于以上原因的存在，澳斯麦特吹炼炉在最初设计时为了工艺安全考虑只采用空气吹炼，同时对空气吹炼条件下的渣层厚度和风量控制有严格要求。

(2)、产能低，不适合大规模的工业化生产需要。

澳斯麦特工艺后其熔炼炉体现了很好的适应性和扩展性，很快在国内得以推广，而吹炼炉虽然有一定环保优势，但由于存在泡沫渣导致的工艺安全问题和产能制约问题，没有在同行得到认可。澳斯麦特吹炼炉前几年中，重大泡沫渣事故发生频率在3个月每次，而3.5万吨设计产能在2002年底才达产，并且再一步扩大产能难度很大。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有澳斯麦特吹炼技术所存在的不足，可以解决该技术所存在的问题，提供一种提高生产率，改善操作条件，安全可靠的吹炼炉富氧吹炼铜技术。

本发明为实现以上目的所采用的技术方案是：

一种吹炼炉富氧吹炼铜的方法，采用一个内衬耐火材料的圆柱体的吹炼炉，热冰铜通过溜槽从炉子下部的入口堰进入吹炼炉，冷冰铜、熔剂和还原剂通过皮带从炉顶加料口进入吹炼炉，喷枪从炉顶喷枪口垂直插入炉内熔池的渣层，将吹炼反应需要的空气鼓入熔池，整个吹炼过程需要在厚厚的渣层条件下进行，在1200～1300℃高温熔池内，喷枪风先氧化渣层，同时在喷枪强烈搅拌条件下，空气与炉内的冰铜发生氧化反应，冰铜里的硫与氧反应生成二氧化硫进入烟气处理系统，冰铜里的铁氧化后与熔剂造渣，从而铜被提纯；其特征在于：所述的吹炼反应需要的空气是将纯氧气混合到喷枪的空气输送管道，并使氧含量控制在21～35％，并制定有富氧吹炼工艺要求和操作步骤。所述的富氧吹炼工艺要求为：

(1)富氧吹炼的条件：当氧气压力大于内层风压力时，枪位在吹炼位置允许采用富氧，内层风压力大于氧气压力，停止富氧操作，进行空气吹炼；

(2)炉温控制：加入富氧吹炼后，由于熔池反应速度加快，为了控制炉温通过降低还原煤或二周期加少量冷冰铜料速控制炉温；

(3)控制粗铜的质量：待二氧化硫SO₂浓度逐步下降，粗铜吹炼快结束时停加冷冰铜；

(4)采用边加冷料边吹炼和一周期采用富氧，二周期后期停止富氧的操作方式，控制降低泡沫渣的风险。

所述的在富氧吹炼工艺要求条件下的工艺控制参数及操作步骤：

(1)、炉渣的硅铁比控制在1.2～1.4，目的是为了控制在富氧吹炼状态下的炉渣中Fe₃O₄的迅速生成，还原剂配比控制在2.5～3％，Fe₃O₄含量控制在15～20％，防止在富氧吹炼条件下的炉渣泡沫化；

(2)、采用冷热冰铜优化交叉入炉的进料方式，冷冰铜从炉顶孔口加入，能有效的对炉子上部过氧化炉渣进行还原，防止炉渣泡沫化；

(3)、控制系统的喷枪反压输出和烟气二氧化硫浓度输出参数，再结合操作员对不同相的熔体层厚度判断和喷枪在炉内的实际搅动等情况，综合控制喷枪的枪位，保证喷枪将富氧空气吹入炉渣后，炉渣能与冰铜相充分搅拌，渣层中的Fe₃O₄能及时被冰铜还原，控制泡沫渣事故。

本发明一种吹炼炉富氧吹炼铜技术与现有技术相比较，克服了现有技术的不足，有效解决了长期以来使用富氧粗铜吹炼的安全性问题，并具有以下显著的效果和特点：

(1)、富氧吹炼增加了炉子的处理能力，在不改变任何设备配置的条件下，采用富氧吹炼后加快了吹炼速率，提高了粗铜产能，单炉产量达到55t，产能由3.5万吨/年，提升到5万吨/年，提升了43％。预计对烟气处理系统进行改造后，产能将大幅度提升，澳斯麦特吹炼炉产能的提升为本工艺的推广创造了条件。

(2)、改善了环卫条件，富氧吹炼烟气二氧化硫的浓度提高便于制酸和硫的回收，表现了比现有传统PS转炉环保条件更好的优势；

(3)、改善了烟气处理系统的生产条件，烟气二氧化硫SO₂浓度由原来的5～7％上升至5～9％；

(4)、改善了操作条件，富氧吹炼降低了总用风量，炉内喷溅和粘接情况好转，更易于工艺操作；

(5)、降低了能耗，富氧吹炼自热程度高，大量处理冷冰铜的条件下吹炼炉燃料率由4％降低到3％。

附图说明

图1是本发明一种吹炼炉富氧吹炼铜的方法的工艺流程图；

具体实施方式

以下结合本发明附图进行详细说明：

本发明一种吹炼炉富氧吹炼铜的原理是：它等同于空气吹炼，通过喷枪鼓入到高温熔体的空气与炉内的冰铜发生氧化反应，冰铜里的硫与氧反应生成二氧化硫进入烟气处理系统，冰铜里的铁氧化后与熔剂造渣，铜被提纯，最终产生98.6％以上品位的粗铜。富氧吹炼因为氧气浓度的提高使硫和铁的氧化反应更为剧烈，但同时带来更为严重的炉渣泡沫化风险。

如图1所示，本发明一种吹炼炉富氧吹炼铜的方法的工艺流程图。本发明一种吹炼炉富氧吹炼铜的方法，采用一个内衬耐火材料的圆柱体的澳斯麦特吹炼炉，热冰铜通过溜槽从炉子下部的入口堰进入吹炼炉，冷冰铜、熔剂和还原剂通过皮带从炉顶加料口进入吹炼炉，喷枪从炉顶喷枪口垂直插入炉内熔池的渣层，将吹炼反应需要的空气鼓入熔池，整个吹炼过程需要在厚厚的渣层条件下进行，在1200～1300℃高温熔池内，喷枪风先氧化渣层，同时在喷枪强烈搅拌条件下，空气与炉内的冰铜发生氧化反应，冰铜里的硫与氧反应生成二氧化硫进入烟气处理系统，冰铜里的铁氧化后与熔剂造渣，从而铜被提纯；其特征在于：所述的吹炼反应需要的空气是将纯氧气混合到喷枪的空气输送管道，并使氧含量控制在21～35％，并制定有富氧吹炼工艺要求和操作步骤。

所述的富氧吹炼工艺要求为：

(1)富氧吹炼的条件：当氧气压力大于内层风压力时，枪位在吹炼位置允许采用富氧，内层风压力大于氧气压力，停止富氧操作，进行空气吹炼；

(2)炉温控制：加入富氧吹炼后，由于熔池反应速度加快，为了控制炉温通过降低还原煤或二周期加少量冷冰铜料速控制炉温；

(3)控制粗铜的质量：待二氧化硫SO₂浓度逐步下降，粗铜吹炼快结束时停加冷冰铜；

(4)采用边加冷料边吹炼和一周期采用富氧，二周期后期停止富氧的操作方式，控制降低泡沫渣的风险。

在富氧吹炼工艺要求条件下的工艺控制参数：

(1)、炉渣的硅铁比控制在1.2～1.4，目的是为了控制在富氧吹炼状态下的炉渣中Fe₃O₄的迅速生成，还原剂配比控制在2.5～3％，Fe₃O₄含量控制在15～20％，防止在富氧吹炼条件下的炉渣泡沫化；

(2)、采用冷热冰铜优化交叉入炉的进料方式，冷冰铜从炉顶孔口加入，能有效的对炉子上部过氧化炉渣进行还原，防止炉渣泡沫化；

(3)、控制系统的喷枪反压输出和烟气二氧化硫浓度输出参数，再结合操作员对不同相的熔体层厚度判断和喷枪在炉内的实际搅动等情况，综合控制喷枪的枪位，保证喷枪将富氧空气吹入炉渣后，炉渣能与冰铜相充分搅拌，渣层中的Fe₃O₄能及时被冰铜还原，控制泡沫渣事故。

在富氧吹炼工艺要求条件下的具体操作步骤：

(1)、吹炼一周期操作：启动喷枪，枪位在1.8米以下时开始空气吹炼，同时启动进料系统，采用从溜槽进热冰铜和从皮带进冷冰铜的交叉进料方式；根据配料计算在控制系统设定富氧度和总风量值，启动富氧吹炼，富氧吹炼时控制系统根据富氧度和总风量设定值自动计算氧气量配比。富氧吹炼过程中根据工艺控制要求配入适当熔剂和还原剂配比，以保证合理的炉温和炉渣组成；枪位根据喷枪反压和烟气二氧化硫浓度及炉内熔体厚度等综合情况调整；一周期工艺控制要求：炉温控制在1200～1250℃，冷热冰铜料速30～40T/h，炉渣Fe/SiO2控制在1.2～1.4％，还原剂配比控制在1.5～2.5％，烟气中二氧化硫SO₂浓度控制在5～8％，由于进料量的增加，吹炼一周期喷枪枪位在不断提升；

(2)、吹炼二周期操作：进入吹炼二周期后停止加入热冰铜，根据炉温上升情况适量加入冷冰铜，根据炉内泡沫化情况适当调整富氧度、还原剂配比，根据烟气二氧化硫浓度情况适当调整喷枪枪位；在烟气二氧化硫浓度持续下降时采铜样判断粗铜终点，粗铜终点准确时开始提升喷枪，喷枪提升超过1800mm位置，氧气系统将自动关闭，空气系统的风量自动降低到喷枪冷却需要的最低风量，至此吹炼过程结束；二周期工艺控制要求：炉温控制在1250～1300℃，冷冰铜里料速3～5T/h，炉渣Fe/SiO₂控制在1.2～1.4，还原剂配比控制在2～3％，烟气中二氧化硫SO₂浓度控制在7～9％，二周期由于金属面的不断降低，喷枪枪位要不断下降；

(3)、在一周期与二周期吹炼过程中，如果出现紧急情况可以随时在控制系统终止富氧吹炼作业，转入空气吹炼或停止吹炼状态。

为保证富氧吹炼操作安全正常进行，应当严格执行本发明一种吹炼炉富氧吹炼铜的方法，并在进料、吹炼过程中严密监视控制系统各个监测参数，另外，操作过程中吹炼炉操作平台上必须保持时刻有人巡检炉况，观察喷枪晃动和炉温是否正常，保证加料口畅通，以防止出现各种事故的发生。

Claims (4)

1.一种吹炼炉富氧吹炼铜的方法，采用一个内衬耐火材料的圆柱体的吹炼炉，热冰铜通过溜槽从炉子下部的入口堰进入吹炼炉，冷冰铜、熔剂和还原剂通过皮带从炉顶加料口进入吹炼炉，喷枪从炉顶喷枪口垂直插入炉内熔池的渣层，将吹炼反应需要的空气鼓入熔池，整个吹炼过程需要在厚厚的渣层条件下进行，在1200～1300℃高温熔池内，喷枪风先氧化渣层，同时在喷枪强烈搅拌条件下，空气与炉内的冰铜发生氧化反应，冰铜里的硫与氧反应生成二氧化硫进入烟气处理系统，冰铜里的铁氧化后与熔剂造渣，从而铜被提纯；其特征在于：所述的吹炼反应需要的空气是将纯氧气混合到喷枪的空气输送管道，并使氧含量控制在21～35％，并制定有富氧吹炼工艺要求和操作步骤。

2.根据权利要求1所述的一种吹炼炉富氧吹炼铜的方法，其特征在于：所述的富氧吹炼工艺要求为：

(1)富氧吹炼的条件：当氧气压力大于内层风压力时，枪位在吹炼位置允许采用富氧，内层风压力大于氧气压力，停止富氧操作，进行空气吹炼；

(2)炉温控制：加入富氧吹炼后，由于熔池反应速度加快，为了控制炉温通过降低还原煤或二周期加少量冷冰铜料速控制炉温；

(3)控制粗铜的质量：待二氧化硫SO₂浓度逐步下降，粗铜吹炼快结束时停加冷冰铜；

(4)采用边加冷料边吹炼和一周期采用富氧，二周期后期停止富氧的操作方式，控制降低泡沫渣的风险。

3.根据权利要求2所述的一种吹炼炉富氧吹炼铜的方法，其特征在于：所述的在富氧吹炼工艺要求条件下的工艺控制参数：

(1)、炉渣的硅铁比控制在1.2～1.4，目的是为了控制在富氧吹炼状态下的炉渣中Fe₃O₄的迅速生成，还原剂配比控制在2.5～3％，Fe₃O₄含量控制在15～20％，防止在富氧吹炼条件下的炉渣泡沫化；

(2)、采用冷热冰铜优化交叉入炉的进料方式，冷冰铜从炉顶孔口加入，能有效的对炉子上部过氧化炉渣进行还原，防止炉渣泡沫化；

(3)、控制系统的喷枪反压输出和烟气二氧化硫浓度输出参数，再结合操作员对不同相的熔体层厚度判断和喷枪在炉内的实际搅动等情况，综合控制喷枪的枪位，保证喷枪将富氧空气吹入炉渣后，炉渣能与冰铜相充分搅拌，渣层中的Fe₃O₄能及时被冰铜还原，控制泡沫渣事故。

4.根据权利要求4所述的一种吹炼炉富氧吹炼铜的方法，其特征在于：所述的在富氧吹炼工艺要求条件下的具体操作步骤：

(1)、吹炼一周期操作：启动喷枪，枪位在1.8米以下时开始空气吹炼，同时启动进料系统，采用从溜槽进热冰铜和从皮带进冷冰铜的交叉进料方式；根据配料计算在控制系统设定富氧度和总风量值，启动富氧吹炼，富氧吹炼时控制系统根据富氧度和总风量设定值自动计算氧气量配比。富氧吹炼过程中根据工艺控制要求配入适当熔剂和还原剂配比，以保证合理的炉温和炉渣组成；枪位根据喷枪反压和烟气二氧化硫浓度及炉内熔体厚度等综合情况调整；一周期工艺控制要求：炉温控制在1200～1250℃，冷热冰铜料速30～40T/h，炉渣Fe/SiO2控制在1.2～1.4％，还原剂配比控制在1.5～2.5％，烟气中二氧化硫SO₂浓度控制在5～8％，由于进料量的增加，吹炼一周期喷枪枪位在不断提升；

(2)、吹炼二周期操作：进入吹炼二周期后停止加入热冰铜，根据炉温上升情况适量加入冷冰铜，根据炉内泡沫化情况适当调整富氧度、还原剂配比，根据烟气二氧化硫浓度情况适当调整喷枪枪位；在烟气二氧化硫浓度持续下降时采铜样判断粗铜终点，粗铜终点准确时开始提升喷枪，喷枪提升超过1800mm位置，氧气系统将自动关闭，空气系统的风量自动降低到喷枪冷却需要的最低风量，至此吹炼过程结束；二周期工艺控制要求：炉温控制在1250～1300℃，冷冰铜里料速3～5T/h，炉渣Fe/SiO₂控制在1.2～1.4，还原剂配比控制在2～3％，烟气中二氧化硫SO₂浓度控制在7～9％，二周期由于金属面的不断降低，喷枪枪位要不断下降；

(3)、在一周期与二周期吹炼过程中，如果出现紧急情况可以随时在控制系统终止富氧吹炼作业，转入空气吹炼或停止吹炼状态。