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本文作者：曲勝利1,2李天剛2董準(zhǔn)勤2欒會(huì)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(duì)原料適應(yīng)性很強(qiáng)，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(shì)高，有利于精礦中的鉛、砷、銻、鉍等元素?fù)]發(fā)，降低冰銅中雜質(zhì)元素的含量。熔煉過(guò)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(shí)現(xiàn)自熱熔煉。山東恒邦冶煉股份有限公司（簡(jiǎn)稱恒邦公司）富氧底吹熔煉工藝經(jīng)過(guò)近一年多的生產(chǎn)實(shí)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(shì)。

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(qiáng)，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(dá)到35t／h時(shí)，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(shí)現(xiàn)自熱熔煉。在現(xiàn)有的熔煉工藝中，無(wú)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(lái)補(bǔ)熱［2］，氧氣底吹熔煉工藝在造锍熔煉過(guò)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(lái)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(gè)別達(dá)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(dá)100％，單位時(shí)間、單位容積處理爐料量最大［1－3］。熔煉強(qiáng)度以反應(yīng)區(qū)容積計(jì)算，日處理量已達(dá)到14t／m3。

氧氣底吹熔煉工藝的氧壓、氧濃高，氧槍壽命較長(zhǎng)。當(dāng)氧槍壓力為0．2MPa時(shí)，只要氧槍有一定的空氧流量，仍不會(huì)發(fā)生灌槍。只不過(guò)此時(shí)冶金反應(yīng)過(guò)程不理想，熔池難于攪動(dòng)。在正常生產(chǎn)時(shí)，氧壓可以達(dá)到0．55MPa，在氧槍出口處就會(huì)形成保護(hù)氧槍作用的Fe3O4“蘑菇頭”，故氧槍壽命較長(zhǎng)［4］。但當(dāng)空氧壓力過(guò)高時(shí)，蘑菇頭形成較長(zhǎng)、通風(fēng)孔徑小，需要停車(chē)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(jìn)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(jiàn)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(dá)到50％，綜合效益高。另外，嚴(yán)格控制各項(xiàng)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(huì)產(chǎn)生過(guò)量的Fe3O4，也就不易產(chǎn)生“泡沫渣”。

2有待改善的問(wèn)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(shí)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(jì)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(jì)和生產(chǎn)上的比較

恒邦公司和國(guó)內(nèi)A公司煉銅底吹爐的示意圖見(jiàn)圖1～2。

3．1氧槍

A公司底吹爐設(shè)計(jì)為9支氧槍，氧槍直徑分別為48mm和60mm，9支氧槍同時(shí)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(jì)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(duì)著下料，恒邦氧槍中心線與下料口中心錯(cuò)開(kāi)，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(dòng)強(qiáng)度。2）恒邦公司底吹爐氧槍數(shù)量減少了，相對(duì)來(lái)說(shuō)就增加了沉淀區(qū)的長(zhǎng)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(shí)間內(nèi)采用了4支氧槍進(jìn)行生產(chǎn)，渣含銅持續(xù)下降，一般在2．5％以下，最低時(shí)渣含銅曾達(dá)到1．5％。在采用4支氧槍時(shí)，并沒(méi)出現(xiàn)因沉淀區(qū)較長(zhǎng)而影響到熔體傳質(zhì)傳熱情況，這就說(shuō)明適當(dāng)增加沉淀區(qū)的長(zhǎng)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(duì)5支來(lái)說(shuō)，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(guò)這階段的生產(chǎn)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)氧槍經(jīng)常形成分支的蘑菇頭，有時(shí)形成的蘑菇頭分支斜對(duì)著磚體，這會(huì)增加爐體燒穿的幾率。綜合來(lái)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(duì)爐子的工藝控制、安全運(yùn)行也越有利。

3．2下料口

兩公司底吹爐下料口設(shè)計(jì)均為3個(gè)，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(shí)際生產(chǎn)中，遠(yuǎn)離出煙口的下料口受負(fù)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(yán)重，目前已停用此下料口，采用兩個(gè)下料口下料。雖然能滿足生產(chǎn)需要，但局限性大，一旦兩個(gè)下料口都堵塞，將導(dǎo)致停爐。同時(shí)1＃氧槍因下料口不用，此處氧料比偏高，生成的Fe3O4也相對(duì)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(zhǎng)度，同時(shí)增加氧槍數(shù)量，將下料口向左移，仍采用3個(gè)下料口為宜。

3．3測(cè)量口

A公司測(cè)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(cè)量桿難于掛渣，且冰銅與渣不能分層無(wú)法準(zhǔn)確判斷液面高度。而恒邦公司測(cè)量孔位于渣口一端，距離反應(yīng)區(qū)較遠(yuǎn)，這就使得在測(cè)量時(shí)很容易掛上渣，通過(guò)實(shí)踐運(yùn)行發(fā)現(xiàn)效果較好，測(cè)量桿上渣和銅分解線也很清楚，在最大程度上加強(qiáng)了對(duì)熔池液面的掌控，從而更有利于指導(dǎo)生產(chǎn)。

3．4傳動(dòng)裝置

A公司底吹爐傳動(dòng)裝置位于爐體一端，離爐體較遠(yuǎn)，而恒邦底吹爐傳動(dòng)裝置因受放銅口位置所限將傳動(dòng)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(dòng)裝置的不安全因素，雖然采取了隔熱措施，但減速機(jī)外殼仍有70℃左右，存在氧槍、爐體燒穿熔體露出燒毀傳動(dòng)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(jìn)行清理這就增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，但在實(shí)際生產(chǎn)中并沒(méi)有出現(xiàn)渣和銅分離不佳的情況。

3．6空氧支管閥門(mén)

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)通過(guò)控制支管閥門(mén)維持單支氧槍合適的氧濃，對(duì)抑制蘑菇頭的生成以及延長(zhǎng)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(duì)偏大，將導(dǎo)致幾支氧槍流量失衡，這就要通過(guò)調(diào)節(jié)支管閥門(mén)進(jìn)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(jì)的空氧支管閥門(mén)都為手動(dòng)閥門(mén)，人工操作不易控制好流量，且萬(wàn)一閥門(mén)關(guān)小將導(dǎo)致灌槍，建議將支管閥門(mén)改成氣動(dòng)閥門(mén)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(jì)均為1100mm左右，通過(guò)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(kù)存的冰銅高度，既減少了熔體的熱損失，有利于開(kāi)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(jì)思路探討

氧氣底吹熔煉技術(shù)經(jīng)過(guò)工業(yè)化生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，其優(yōu)勢(shì)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(jìn)的地方。根據(jù)恒邦公司的生產(chǎn)實(shí)踐，就爐子設(shè)計(jì)方面提出以下建議：1）爐體結(jié)構(gòu)要進(jìn)一步優(yōu)化，增加爐體長(zhǎng)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(zhǎng)度。此階段渣含銅在2．5％左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于使用5支氧槍時(shí)的渣含銅品位，也未出現(xiàn)放渣口端熔煉反應(yīng)進(jìn)行不好的現(xiàn)象。說(shuō)明完全可以延長(zhǎng)爐體長(zhǎng)度，增加沉降分離時(shí)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(jì)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(shí)際運(yùn)行來(lái)看，若單只氧槍供氣能力過(guò)大，氧槍直徑過(guò)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(yùn)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(wèn)題。3）放銅口、放渣口設(shè)計(jì)在兩端，傳動(dòng)裝置不要設(shè)計(jì)在爐體下部放銅口、放渣口設(shè)計(jì)在兩端相對(duì)比較合理，有利于總體布局和操作。但底吹爐傳動(dòng)裝置因受放銅口位置所限將傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)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(dòng)裝置無(wú)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(jī)外殼仍有70℃左右。故認(rèn)為傳動(dòng)裝置不宜設(shè)計(jì)在爐體下部。4）提高單只氧槍空氣量、氧氣量計(jì)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(jì)，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(jì)量不準(zhǔn)確，會(huì)出現(xiàn)單只氧槍氧濃過(guò)高的情況，從而導(dǎo)致氧槍周?chē)植咳垠w溫度過(guò)高，影響著氧槍壽命及爐子安全，故單只氧槍氣量計(jì)量問(wèn)題需進(jìn)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(qiáng)，能源消耗低，熔煉爐及氧槍壽命長(zhǎng)，氧濃高，熔煉強(qiáng)度大，有著其它熔煉技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。作為我國(guó)自主研發(fā)的煉銅技術(shù)，在大家的共同努力和改進(jìn)后，在冶煉行業(yè)會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間。