关于富氧底吹炉冰铜品位的探讨

邓川南

（北方铜业垣曲冶炼厂， 山西 垣曲 043700）

北方铜业垣曲冶炼厂（以下简称垣曲冶炼厂）采用富氧底吹熔池熔炼技术，从炉子底部的12只氧枪鼓入氧气和空气，强烈搅拌熔池熔体，迅速完成反应，使炉料完成加热、脱水、分解、熔化、氧化、造硫、造渣反应，反应产生液体冰铜和炉渣因密度不同而分层，分别从铜硫口和渣口间断放出，冰铜通过包子运至转炉，产生的炉渣运到热渣缓冷场进行缓冷，然后运到选厂。

冰铜是底吹炉熔炼过程的重要产物之一。它是一种中间产品，是转炉吹炼的主要原料，冰铜的化学成分和物理性质对底吹炉熔炼和转炉吹炼的生产有较大影响，冰铜品位是底吹炉控制的核心。

1 冰铜品位的选择

国内富氧底吹炉炼铜厂通过入炉精矿成分、主工艺要求以及经济效益最佳确定冰铜品位，一般冰铜品位（质量分数）有60%和70%两种。低品位冰铜生产依靠转炉增加处理冷料量提高产量，高品位冰铜操作通过增加冰铜铜含量，缩短转炉操作时间，提高转炉炉次提高产量[1]。

垣曲冶炼厂火法工艺：1台底吹炉（Φ4.8m×20m）+3台PS转炉（Φ3.6 m×8.8 m）+2台回转式阳极炉（Φ3.8 m×11.5 m）。2014年生产初期采用60%品位操作，每天产出冰铜24～26包，转炉完全处理，全厂完成10万t设计产能。2015年底吹炉提升产能，每天产出冰铜30～34包，低品位冰铜转炉吹炼时间过长，转炉处理能力不足问题暴露出来，造成底吹炉减产生产。2015年大修后垣曲冶炼厂采用高品位冰铜生产操作，有效缩短转炉吹炼时间，全厂顺利提升产能，但对主工艺操作带来一些不利因素。不同冰铜品位下操作影响见表1。

表1 不同冰铜品位下的操作变化

2 影响品位的因素

2.1 物料中的 m（S）/m（Cu）

物料中的m（S）/m（Cu）是物料中硫质量和铜质量的比值。反应如下：

根据底吹炉的热平衡计算，热收入主要来精矿的氧化反应，当需要的热量一定时，随着物料中m（S）/m（Cu）升高，保留在冰铜中的硫越多，产出冰铜品位越低。m（S）/m（Cu）是决定冰铜品位的关键。各底吹炉厂冰铜品位和m（S）/m（Cu）的关系见下页表2。

表2 各底吹炉厂冰铜品位和m（S）/m（Cu）的关系

2.2 氧料比

氧料比是入炉总氧气量和加料量的比值。氧料比控制在135～155之间。冰铜的化学成分为Cu2SFeS，当氧料比提高时，冰铜主要发生2FeS+3O2=2FeO+2SO2，脱硫率提高，冰铜品位升高，进一步放出热量。氧料比是调节冰铜品位的手段，但调节效果有限，范围在2%左右[2]。根据底吹炉热平衡计算，热收入必须保证在范围内，当过度降低氧料比时，精矿反应放热量减少，热收入减少，底吹炉放渣困难，易造成工艺事故，提高氧料比则反之。

2.3 氧浓

目前垣曲冶炼厂氧浓控制约为72%，氧浓的控制可以影响冰铜的品位，氧浓高，冰铜品位就高，反之就低。过高的氧浓操作，氧枪及周围砖有烧损现象，影响炉寿命；过低的氧浓操作时，若压力偏高则蘑菇头快速生长，同样增加阻力，都会影响正常生产。

2.4 煤和冷料

煤进入富氧底吹炉内主要发生以下两个反应：2Fe3O4+C=6FeO+CO2；C+O2=CO2。由于煤具有良好的还原性，还原磁性铁，改善渣型。煤可以和氧气反应放出热量，保证热量供给，另一方面可以降低冰铜脱硫率，降低冰铜品位。在奥斯麦特炉、闪速炉工艺中，煤和精矿同时从喷枪喷出，充分接触氧气，释放大量的热，硫和铁保留在冰铜中，煤可以较大范围的调节冰铜品位。在富氧底吹炉工艺中，氧气从熔池底部吹入冰铜层，底部氧势较高，首先和冰铜发生反应，氧气进入渣层后氧势大大降低，由于煤通过和物料配比从顶端加入，煤和氧气无法充分反应，便从渣口排出，利用率偏低，所以通过煤调节冰铜品位的效果有限，范围在2%左右。底吹炉入炉精矿配煤率通常不超过1%。

冷料主要是转炉高含铜炉渣，由于高品位操作，转炉造渣困难，过吹造成Fe3O4与Cu2O生成流动性好的Cu2O·Fe2O3，含铜约35%，硫含量较低。冷料化学成分见表3。

表3 垣冶冷料化学成分 %

转炉渣含铜较高，无法渣选，返底吹炉消化，垣冶每月转炉产渣量约4 000 t，富氧底吹炉加入转炉渣后，过氧化渣恶化底吹炉渣型，由于冷料基本不放热，冰铜进一步脱硫放热，冰铜品位升高，影响工艺指标。

3 冰铜品位控制措施

1）根据需要产出的冰铜品位，通过合理配料，保证入炉精矿m（S）/m（Cu）。保证精矿库存量，便于快速调节。

2）氧料比、氧浓保持在合理范围内，操作人员根据炉况要勤调微调，对品位变化要有预见性，切记突然提高氧料比，造成品位升高。

3）冷料和煤的加入量要根据化验单及时调整。

4 结语

冰铜品位是底吹炉控制的关键，各厂要根据物料的成分、熔炼、吹炼的工艺条件、经济指标及最终产品的质量和产量等因素来控制冰铜品位。通过合理的配料、主控人员的精心操作，冰铜品位可严格控制，达到工艺的稳定。

[1]彭容秋.铜冶金[M].长沙：中南大学出版社，2004.

[2]李明照，许并社.铜冶炼工艺[M].北京：化学工业出版社，2012.