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本文作者：曲勝利1,2李天剛2董準(zhǔn)勤2欒會光2作者單位：1.東北大學(xué)2.山東恒邦冶煉股份有限公司

氧氣底吹熔煉工藝用于煉銅對原料適應(yīng)性很強，保證銅含量在適度范圍內(nèi)，可以處理復(fù)雜多金屬礦［1－4］。高濃度氧氣從爐底噴入熔池，銅锍溫度高，氧勢高，有利于精礦中的鉛、砷、銻、鉍等元素揮發(fā)，降低冰銅中雜質(zhì)元素的含量。熔煉過程中由于氧濃高，煙氣量小，爐體只有煙氣出口、放銅口、放渣口有銅水套，完全實現(xiàn)自熱熔煉。山東恒邦冶煉股份有限公司（簡稱恒邦公司）富氧底吹熔煉工藝經(jīng)過近一年多的生產(chǎn)實踐，已充分顯現(xiàn)該工藝在節(jié)能、環(huán)保、安全方面的優(yōu)勢。

1銅富氧底吹熔煉技術(shù)特性及生產(chǎn)情況

在低品位銅礦和復(fù)雜難處理的多金屬礦及含金、銀高的貴金屬伴生礦處理方面，銅富氧底吹熔煉技術(shù)的適應(yīng)能力很強，能夠處理塊礦、高硫銅精礦、低硫銅精礦、高砷礦、高硅礦、氧化礦、金精礦和銀精礦等［1］。目前恒邦公司處理的混合爐料成分為：Cu＜15％、S22％～25％、Fe27％、SiO212％、Au＞12g／t、Ag600g／t。

當(dāng)投料量達到35t／h時，氧氣底吹熔煉爐就能夠維持自熱熔煉的熱平衡。由于排出煙氣量小，爐子散熱面積小，因此帶走的熱量也少，很容易實現(xiàn)自熱熔煉。在現(xiàn)有的熔煉工藝中，無論是閃速熔煉還是其它熔池熔煉，都需要配入一定的燃料來補熱［2］，氧氣底吹熔煉工藝在造锍熔煉過程中，卻可以做到不配煤［4］，目前恒邦公司只需配0．5％的煤用來改善渣性。

高氧濃是冶煉工藝刻意追求的，但礙于工藝限制不可隨意提高，大多在70％以下，個別達到95％以上，山東恒邦公司則保持在73％～75％，但底吹熔煉氧的利用率幾乎可達100％，單位時間、單位容積處理爐料量最大［1－3］。熔煉強度以反應(yīng)區(qū)容積計算，日處理量已達到14t／m3。

氧氣底吹熔煉工藝的氧壓、氧濃高，氧槍壽命較長。當(dāng)氧槍壓力為0．2MPa時，只要氧槍有一定的空氧流量，仍不會發(fā)生灌槍。只不過此時冶金反應(yīng)過程不理想，熔池難于攪動。在正常生產(chǎn)時，氧壓可以達到0．55MPa，在氧槍出口處就會形成保護氧槍作用的Fe3O4“蘑菇頭”，故氧槍壽命較長［4］。但當(dāng)空氧壓力過高時，蘑菇頭形成較長、通風(fēng)孔徑小，需要停車清理或提高爐溫將其熔化。

考慮到處理的精礦金銀含量高，恒邦公司將熔煉渣進行緩冷后采用選礦法回收其中的金、銀、銅。底吹爐渣銅物相分析結(jié)果（％）：總Cu4．58、CuSO40．18、Cu2O0．10、CuO0．040、CuS3．87、金屬Cu0．28、其它銅0．11；鐵物相分析結(jié)果（％）：總Fe39．73、Fe2O3＜0．02、FeO19．68、Fe3O419．02、金屬Fe1．62。選礦回收金銀銅的指標(biāo)見表1。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，選礦指標(biāo)非常好，鐵精礦產(chǎn)率達到50％，綜合效益高。另外，嚴格控制各項工藝參數(shù)，比如控制Fe／SiO2＝1．6～1．7，可以防止“泡沫渣”的產(chǎn)生。這是由于“氧氣底吹”吹的是冰銅層，總有FeS的存在，也就不會產(chǎn)生過量的Fe3O4，也就不易產(chǎn)生“泡沫渣”。

2有待改善的問題

目前富氧底吹冶煉工藝主要存在以下不足：1）渣含銅較高，主要原因是爐子沉降區(qū)沉降時間短所致。2）氧槍結(jié)構(gòu)不甚合理，主要考慮單只氧槍的供氣能力以及空氣、氧氣比值。設(shè)計不合理導(dǎo)致蘑菇頭外觀形狀不好控制。

3底吹爐在設(shè)計和生產(chǎn)上的比較

恒邦公司和國內(nèi)A公司煉銅底吹爐的示意圖見圖1～2。

3．1氧槍

A公司底吹爐設(shè)計為9支氧槍，氧槍直徑分別為48mm和60mm，9支氧槍同時工作，氧槍安裝在反應(yīng)區(qū)的下部，分兩排成15°夾角布置，下排呈7°，5支氧槍；上排呈22°，4支氧槍［1，4］。

恒邦公司底吹爐設(shè)計為6支氧槍，氧槍直徑75mm，其中5用1備，氧槍也安裝在反應(yīng)區(qū)，呈0°單排直線排列。1）A公司氧槍有3支氧槍斜對著下料，恒邦氧槍中心線與下料口中心錯開，位于兩只下料口水平位置的中間，這就在一定程度上避免了因熔體噴濺而堵塞下料口，從而減少工人的勞動強度。2）恒邦公司底吹爐氧槍數(shù)量減少了，相對來說就增加了沉淀區(qū)的長度，從而有利于渣銅分離。在生產(chǎn)中5支氧槍渣含銅控制在4％以下，特別是在有段時間內(nèi)采用了4支氧槍進行生產(chǎn)，渣含銅持續(xù)下降，一般在2．5％以下，最低時渣含銅曾達到1．5％。在采用4支氧槍時，并沒出現(xiàn)因沉淀區(qū)較長而影響到熔體傳質(zhì)傳熱情況，這就說明適當(dāng)增加沉淀區(qū)的長度，有利于降低渣含銅。3）恒邦氧槍呈0°單排直線排列，這就避免了A公司雙排氧槍熔體疊加翻騰沖刷爐墻的可能，從而增加了爐子的使用壽命。4）9支氧槍相對5支來說，增加了氧槍數(shù)量，減小單支氧槍的流通面積，使氧氣均勻地噴射和分布在銅液內(nèi)，反應(yīng)也更加均勻，由于5支氧槍流通面積太大，使得流量太大，在同樣的壓力下較9支氧槍形成蘑菇頭的外形差。通過這階段的生產(chǎn)運行，發(fā)現(xiàn)氧槍經(jīng)常形成分支的蘑菇頭，有時形成的蘑菇頭分支斜對著磚體，這會增加爐體燒穿的幾率。綜合來看，單排氧槍呈0°排列，數(shù)量越多、單只氧槍供氧能力小，就越有利于形成外觀較好的蘑菇頭，對爐子的工藝控制、安全運行也越有利。

3．2下料口

兩公司底吹爐下料口設(shè)計均為3個，都為水冷式結(jié)構(gòu)，A公司下料口直徑為300mm，恒邦公司下料口直徑為350mm，加大下料口即能夠滿足加大下料量，也便于清打加料口，在一定程度上也降低了下料口因結(jié)焦而堵塞的現(xiàn)象。

在實際生產(chǎn)中，遠離出煙口的下料口受負壓影響，以及因熔池反應(yīng)劇烈，撞擊端墻的影響，噴濺特別嚴重，目前已停用此下料口，采用兩個下料口下料。雖然能滿足生產(chǎn)需要，但局限性大，一旦兩個下料口都堵塞，將導(dǎo)致停爐。同時1＃氧槍因下料口不用，此處氧料比偏高，生成的Fe3O4也相對較多，從而使得1＃氧槍蘑菇頭形成速度較快。若只單純將此下料口左移，將離爐口和沉淀區(qū)較近，既增加了爐體的結(jié)焦程度，又增加了放渣帶料現(xiàn)象。建議盡量增加反應(yīng)區(qū)長度，同時增加氧槍數(shù)量，將下料口向左移，仍采用3個下料口為宜。

3．3測量口

A公司測量孔離反應(yīng)區(qū)較近，因反應(yīng)區(qū)反應(yīng)比較劇烈使得測量桿難于掛渣，且冰銅與渣不能分層無法準(zhǔn)確判斷液面高度。而恒邦公司測量孔位于渣口一端，距離反應(yīng)區(qū)較遠，這就使得在測量時很容易掛上渣，通過實踐運行發(fā)現(xiàn)效果較好，測量桿上渣和銅分解線也很清楚，在最大程度上加強了對熔池液面的掌控，從而更有利于指導(dǎo)生產(chǎn)。

3．4傳動裝置

A公司底吹爐傳動裝置位于爐體一端，離爐體較遠，而恒邦底吹爐傳動裝置因受放銅口位置所限將傳動裝置安裝在爐體下部離爐壁較近，且離1＃氧槍較近。這就增加了傳動裝置的不安全因素，雖然采取了隔熱措施，但減速機外殼仍有70℃左右，存在氧槍、爐體燒穿熔體露出燒毀傳動裝置的可能，若爐體處在生產(chǎn)位置，后果將不堪設(shè)想。

3．5放銅口

A公司放銅口位于爐體一側(cè)呈28°，放銅口位置比較容易操作。恒邦公司底吹爐放銅口位于放渣口另一端呈0°，因此需增加溜槽，但每次放完銅溜槽都需人工進行清理這就增加了工人的勞動強度，但在實際生產(chǎn)中并沒有出現(xiàn)渣和銅分離不佳的情況。

3．6空氧支管閥門

實踐發(fā)現(xiàn)通過控制支管閥門維持單支氧槍合適的氧濃，對抑制蘑菇頭的生成以及延長氧槍和氧槍磚的使用壽命特別重要。特別是在更換其中幾支氧槍后，由于是新槍流量相對偏大，將導(dǎo)致幾支氧槍流量失衡，這就要通過調(diào)節(jié)支管閥門進行控制空氣和氧氣量，將支管調(diào)整到合適的氧濃。兩公司設(shè)計的空氧支管閥門都為手動閥門，人工操作不易控制好流量，且萬一閥門關(guān)小將導(dǎo)致灌槍，建議將支管閥門改成氣動閥門在電腦上操作，這樣便可能更好地控制單支氧槍的氧濃。

3．7放渣口高度

兩公司底吹爐放渣口高度設(shè)計均為1100mm左右，通過反復(fù)比較，恒邦將放渣口高度增加到1250mm，將冰銅面控制在800～950mm，這樣便增加了爐內(nèi)庫存的冰銅高度，既減少了熔體的熱損失，有利于開爐，也在最大程度上保證了底吹爐在生產(chǎn)中的安全系數(shù)。

4設(shè)計思路探討

氧氣底吹熔煉技術(shù)經(jīng)過工業(yè)化生產(chǎn)實踐檢驗，其優(yōu)勢毋庸置疑，發(fā)展前景相當(dāng)廣闊。但畢竟是一種冶煉新工藝，還存在急需改進的地方。根據(jù)恒邦公司的生產(chǎn)實踐，就爐子設(shè)計方面提出以下建議：1）爐體結(jié)構(gòu)要進一步優(yōu)化，增加爐體長度因出現(xiàn)故障，靠近放渣口的第5只氧槍停用，只使用4支氧槍，相當(dāng)于增加了冰銅分層沉淀區(qū)的長度。此階段渣含銅在2．5％左右，遠遠低于使用5支氧槍時的渣含銅品位，也未出現(xiàn)放渣口端熔煉反應(yīng)進行不好的現(xiàn)象。說明完全可以延長爐體長度，增加沉降分離時間，降低渣含銅品位。2）氧槍的數(shù)量有待增加，單只氧槍供氣能力可減小目前，我們所采用的底吹爐內(nèi)，氧槍呈現(xiàn)單排布置，設(shè)計還是比較合理的。但因只有5支氧槍，要提高處理量，就需要提高單只氧槍供氣能力。從實際運行來看，若單只氧槍供氣能力過大，氧槍直徑過大，就很難形成形狀規(guī)則的蘑菇頭。若蘑菇頭形狀不規(guī)則，將影響氧槍的使用壽命，并危及爐子的安全運行。故采取零角度單排排列，增加氧槍數(shù)量，降低單只氧槍的供氣能力至一合理范圍，這樣排列可以解決以上問題。3）放銅口、放渣口設(shè)計在兩端，傳動裝置不要設(shè)計在爐體下部放銅口、放渣口設(shè)計在兩端相對比較合理，有利于總體布局和操作。但底吹爐傳動裝置因受放銅口位置所限將傳動裝置設(shè)計在爐體下部，且離爐壁、1＃氧槍較近，存在因爐體、氧槍燒穿損壞傳動裝置無法將爐子轉(zhuǎn)出的可能。而且此處溫度高，雖然采取了隔熱措施，但減速機外殼仍有70℃左右。故認為傳動裝置不宜設(shè)計在爐體下部。4）提高單只氧槍空氣量、氧氣量計量的準(zhǔn)確性我公司5支氧槍支管及總管均使用電磁轉(zhuǎn)子流量計，但存在支管氣體總和與總管流量不相符現(xiàn)象，特別是氧槍形成蘑菇頭以后，各支管氣體流量與壓力都不相同。若支管氣體流量計量不準(zhǔn)確，會出現(xiàn)單只氧槍氧濃過高的情況，從而導(dǎo)致氧槍周圍局部熔體溫度過高，影響著氧槍壽命及爐子安全，故單只氧槍氣量計量問題需進一步完善。

5結(jié)論

銅富氧底吹熔煉技術(shù)的原料適應(yīng)能力強，能源消耗低，熔煉爐及氧槍壽命長，氧濃高，熔煉強度大，有著其它熔煉技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢。作為我國自主研發(fā)的煉銅技術(shù)，在大家的共同努力和改進后，在冶煉行業(yè)會有更廣闊的發(fā)展空間。