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铜冶炼——闪速吹炼技术

2009-04-26 21:51阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1154336005

FCF炉体相关知识介绍：反应塔尺寸：直径4.3米，高6米；沉淀池长宽高分别为19米、5.5米、1.9米，上升烟道直径2.9米，高7米，上升烟道与锅炉连接部出口大小为2.3米方形。冰铜喷嘴为CJD型（奥拓昆普生产），能力为25~50t/h。反应塔设有三个能力为200Nm3/h的天然气烧嘴（燃烧风氧浓度控制在35%以上）。沉淀池设有9个保温天然气烧嘴，两个渣口，六个铜口。渣溜槽采用铜冷水套，渣排放进入水淬系统，粒化后的渣返回闪速熔炼炉配料。铜直接经天然气保温溜槽直接流入1#和2#阳极炉。
铜冶炼——闪速吹炼技术
二、闪速吹炼炉入炉物料及反应原理
1.入炉物料
1）冰铜粉：熔炼炉水淬冰铜，经冰铜磨研磨干燥后得到。
粒度设计要求：粒度小于325目占70%以上；
实际粒度：100目以下占0~5%，100~200目占30~45%，200~325目及以上占50~65%。
入炉冰铜品位：设计68~72%，实际入炉品位：66~75%。
2）生石灰：委托加工，氧化钙含量90%左右，粒度要求<2mm，直接气流输送至生石灰中间仓。
3）石英砂：委托加工，SiO2含量达99%，石英石破碎得到。
4）烟灰：来自FCF锅炉对流部和电收尘及沉尘室烟灰。烟灰主要成分为硫酸盐。
5）投料时配料比 以入炉冰铜品位70%举例：（这里投料量指冰铜装入量）
投料量
TD>
生石灰装入量
 二氧化硅装入量
 烟灰装入量
35t/h
 1.2t/h
 0.12t/h
 1.5t/h
41t/h
 1.45t/h
 0.16t/h
 2.5t/h

2.炉内反应
1）反应塔内反应
氧化反应：
2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2
3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2
Cu2S + O2 = 2Cu + SO2
2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2
2MeS + 3O2 = MeO + 2SO2
分解反应：2CuSO4=Cu2O+2SO2+O2 （烟灰的分解反应）
2）沉淀池内反应
造铜反应
反应塔内过氧化的铜和没来得氧化的铜继续反应：
2Cu2O + Cu2S =6Cu + SO2
造渣
铁和钙造渣：
Fe3O4 +O2 +CaO=3CaFe2O4
二氧化硅和氧化钙造渣：
SiO2+2CaO=Ca2SiO4
过氧化的铜溶解到渣中：
Cu2O+CaFe2O4=(Cu2O, Cu2Fe2O4)·CaFe2O4
三、目标参数控制
1.控制参数
FCF控制的主要目标参数是粗铜含硫量及含氧量，粗铜中含硫量和含氧量存在很强的反相关性。另外粗铜中含硫量可以通过控制渣含铜来控制，渣含铜与粗铜含硫存在很强的相关性。粗铜中硫与氧，粗铜中硫与渣含铜对应关系见图2和图3：
铜冶炼——闪速吹炼技术
由此可以得出，FCF控制粗铜是通过控制渣含铜来实现的，因为渣易取样和渣含铜容易分析。
FCF实际控制参数如下：
1）渣成分控制：渣含铜量，Cao/Fe，Fe3O4含量
Cao/Fe控制类似熔炼炉中Fe/SiO2，该项主要控制渣的粘度，另外对Fe3O4含量影响较大。
Fe3O4含量控制目的是保护炉体，保证侧墙挂渣厚度。
2）温度控制：渣的温度，粗铜温度
控制参数
 渣中含Cu量
 Cao/Fe
 Fe3O4含量
 目标渣温
 目标铜温
目标参数
 20%
 0.36
 30%
 1270
 1250
正常范围
 18~24%
 0.31~0.40
 22~34%
 1250~1280
 1240~1270

2.操作参数：氧系数，生石灰装入量，石英砂装入量，天然气量，氧浓度
操作变量和控制变量对应关系如下表：
控制参数
 渣含铜
 Cao/Fe
 Fe3O4
 渣温、铜温
操作参数
 氧系数
 生石灰装入量
 石英砂装入量
 烟灰装入量、天然气量、氧浓度
说明
 与入炉品位有关
 与入炉品位有关
 与 Cao/Fe有关
 与氧系数也有关


四、FCF工艺控制的实现
1.控制软件——FCF数学模型，计算模型由祥光自主开发。输入各目标控制参数，入炉冰铜成分，以及反应塔烧的天然气量，即可计算出各投料参数。
其前馈控制和反馈修正生产中这样来实现：
1）前馈控制：每两小时从炉顶集合刮板取一次入炉物料，分析物料中Cu、Fe、S、SiO2、Pb、Zn、As、水分以及粒度；化验分析出来结果直接传送到仪表室，仪表室根据物料的变化来提前修正，保证炉内温度及渣含铜等各项参数稳定。
2）反馈分析：由于吹炼炉渣、铜排放周期时间较长，炉内反应情况，只能从沉淀池顶检测孔获取。为了便于了解炉内状况，每小时从沉淀池顶取检尺上的渣样进行分析，并从沉淀池顶测沉浸渣温；排放时的渣样、渣温、铜温也是反馈控制依据。沉淀池顶温度偏差比较大，从长期对比可以看出沉淀池顶取样测温与排放口取样测温有较好的一致性。

2. FCF分析数据
这里提供了由三个表构成的一组数据，三天内入炉冰铜、FCF渣、FCF粗铜的成分分析数据，以供参考。
入炉冰铜样成分及粒度表 单位：%
取样时间
 Cu
 S
 Fe
 Pb
 Zn
 As
 100~200目
 200~325目
6.6 10:25
 69.04
 20.02
 6.78
 0.14
 0.43
 0.098
 34.5
 56.9
6.8 02:45
 71.46
 20.42
 5.03
 0.12
 0.24
 0.084
 36.2
 54.8
6.8 10:35
 70.98
 20.19
 5.38
 0.11
 0.22
 0.082
 38.5
 51.9
6.9 02:30
 71.76
 20.54
 5.17
 0.12
 0.20
 0.081
 38.6
 54.2
FCF渣成分分析表 单位：%
取样时间
 Cu
 S
 Fe
 SiO2
 CaO
 Zn
 Pb
 As
 Fe3O4
6.6 10:00
 23.68
 0.23
 38.95
 3.2
 13.84
 1.57
 0.7
 0.11
 24.95
6.6 17:30
 19.49
 0.26
 38.58
 2.76
 14.95
 1.56
 0.61
 0.11
 34.53
6.8 03:40
 20.27
 0.26
 38.51
 3.14
 14.63
 1.51
 0.67
 0.11
 28.12
6.8 10:00
 24.71
 0.23
 38.01
 3.01
 13.99
 1.39
 0.63
 0.10
 28.31
6.8 21:00
 16.88
 0.34
 40.04
 3.06
 15.25
 1.27
 0.53
 0.083
 31.69
6.9 04:00
 16.59
 0.49
 39.43
 2.86
 15.21
 1.23
 0.53
 0.089
 32.17
粗铜成分分析 单位：%
取样时间
 Cu
 S
 O`
 Pb
 As
6.6 8:12
 98.94
 0.32
 0.01

6.6 12:00
 99.20
 0.22
 0.085

6.6 14:30
 99.12
 0.29
 0.1

6.8 11:30
 99.17
 0.26
 0.1

6.8 23:00
 99.00
 0.41
 0.1

6.9 8:30
 98.89
 0.47
 0.1
 0.083
 0.021

五、熔池管理
1. 液面控制及排放制度
FCF设有6个铜排放口，1~3#铜口共用一条溜槽排放至1#阳极炉，4~6#铜口共用一条溜槽排放至2#阳极炉，其中4#为排干口。渣口两个，高度相差50mm。
铜口、渣口高度见下表（中心线到沉淀池弧底的距离）：
排放口
 1#渣口
 2#渣口
 1#铜口
 2#铜口
 3#铜口
 4#铜口
 5#铜口
 6#铜口
高度（mm）
 670
 620
 260
 260
 220
 30
 210
 260
1）液面控制
总液面不允许超过870mm（沉淀池竖直水套高度），实际控制在800mm以内。铜面不允许超过650mm（沉淀池竖直水套嵌钢部分高度），实际控制在580mm以内。放渣时，铜液面高度与渣口距离应保持在80mm以上。距离用2#口放渣时，铜面应控制在540mm以内。
2）排放制度
正常排放制度：渣层厚度控制在250mm内（最新要求控制在220mm内），每班放一次渣。放铜原则上每班排放一次，FCF两次排放需将阳极炉放满。
特殊排放制度：这主要指停炉前的排放。FCF炉在铜面达到530mm左右时停料，将渣层放到最薄（一般100~130mm）后，再放铜，铜面尽量放低到快带渣或略带渣时堵口。3#口排放时，停炉后总液面一般在400~450mm；4#排放时，一般总液面在360~410mm。
2. 沉淀池保温及烧嘴维护
沉淀池设有9个天然气烧嘴（见图1），侧墙5个，沉淀池顶4个，每个烧嘴的最大能力350 Nm3/h。沉淀池侧墙与沉淀顶烧嘴结构略有不同。
正常保温时，沉淀池天然气燃烧量在1200~1600 Nm3/h，反应塔450 Nm3/h；升温时应在1600~2300 Nm3/h，反应塔600 Nm3/h。
FCF沉淀池烧嘴较FSF更易粘结，每班均需对侧墙各烧嘴进行清理，由炉前人员负责烧嘴维护工作。烧嘴出口粘结严重时，天然气在烧嘴周围炉体侧墙燃烧，燃烧产生水易导致侧墙耐火砖受损。
3. 炉内点检
FCF炉内点检为两天一次，主要检查内容有：反应塔壁及与沉淀池连接部、沉淀池顶及侧墙耐火砖损耗情况，上升烟道粘结情况，锅炉辐射部灰斗大块及粘结情况，对流部灰斗及对流管束粘结情况。
从检查的情况来看，沉淀池耐火材料损耗已相当严重，另外就是上升烟道粘结生长很快。通过炉内点检，判断上升烟道出口处粘结情况，决定停炉爆破的时间。
运行半年多，反应塔下方沉淀池侧墙渣线附近的耐火砖已侵蚀殆尽，渣面以上部分也侵蚀严重。这由吹炼渣渣型及成分决定，所以在FCF工艺控制上，强调对渣中Fe3O4含量的控制，控制目标值为30%，该值控制过低将威胁到炉体的安全。


6.生产实践中主要问题及探讨
闪速吹炼炉（FCF）入炉冰铜品位波动大，工艺控制难度较大。FCF经过近一年的操作实践，投料达到设计要求，炉况控制日趋稳定。但目前主要存在上升烟道粘结严重、烟尘发生率高等问题。这里将一些主要问题列出，进行初步的探讨。
6.1.入炉冰铜品位波动较大，炉况波动，这个问题现已基本得到解决。
入炉冰铜品位波动大主要有两方面原因：一方面，FCF生产产能大于FSF，经常配料仓水淬冰铜粉储备很少，造成配料后冰铜品位波动大；另一方面，FSF装入的烟灰成分波动很大，导致冰铜品位波动大。这两个主要原因相叠加造成FCF入炉冰铜品位波动大，从而导致吹炼炉炉况波动大，渣成分及炉温波动异常。
虽然入炉冰铜品位波动大，但经长时间生产经验积累和控制能力的加强，该问题现已基本解决。根据入炉冰铜每两个小时分析一次，中控室根据入炉冰铜品位变化及时修正投料参数，另外通过每小时一次的沉浸渣样分析及沉浸温度来反馈控制炉况。实践证明吹炼炉对冰铜品位变化适应性较强，可以吹炼铜品位66～75%的冰铜。从经验看，入炉冰铜品位波动在3%以内（八小时内），经及时调整参数，改变烟灰装入量，炉况不会有太大波动。
6.2.FCF炉况控制及常见炉况问题。
6.2.1.FCF炉况波动主要与入炉冰铜品位有关

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