资源描述：
2 0 2 1 年第1 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s ，1 ．b g r i m m ．c n 1 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 2 1 ．0 1 ．0 0 3 年产3 0 万t 矿铜热态三连炉连续炼铜生产实践 魏涛，马宝军，占焕武，余旦新，施贵添 广西南国铜业有限责任公司，广西扶绥5 3 2 1 0 0 摘要年产3 0 万t 的矿铜热态三连炉连续炼铜技术是重大工艺技术创新。介绍了热态三连炉连续炼铜 工艺过程、工艺装备、技术特点及生产运行情况。生产一年多来，系统作业率大于9 7 ．5 ％，熔炼冰铜品 位稳定在7 3 ％～7 6 ％，熔炼渣型F e ／S i 0 2 2 ，粗铜含硫低于o ．0 3 ％，阳极铜含铜大于9 9 ．3 ％。生产实践 证明该技术具有原料适应性强、产能规模大、生产成本低、作业环境好、自动化程度高、投资省等特点。 关键词连续炼铜；三连炉；生产实践 中图分类号T F 8 1 1文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 2 1 0 1 一0 0 1 5 一0 4 P r o d u c t i o nP r a c t i c eo fC o n t i n u o u s S y s t e mw i t hA n n u a l W E IT a o ，M AB a o j u n ，Z H A N G u a n g x iN a n g u oC o p p e rC o ．， C o p p e rS m e l t i n gi nH o tT r i p l e F u r n a c e C o p p e ro u t p u to f3 0 0k t H u a n - w u ，Y UD a n x i n ，S H IG u i t i a n L t d ．，F u s u i5 3 2 1 0 0 ，G u a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t C o n t i n u o u sc o p p e rs m e l t i n gt e c h n o l o g yw i t ha n n u a lo u t p u to f3 0 0k ti sam a j o rt e c h n 0 1 0 9 i c a l i n n o V a t i o n ． P r o c e s s ，e q u i p m e n t ，t e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dp r o d u c t i o no p e r a t i o no fh o ts t a t ec o n t i n u o u s c o p p e rs m e l t i n gf u r n a c ew e r ei n t r o d u c e d ． I nt h ep a s ty e a r ，s y s t e mo p e r a t i o nr a t ew a sm o r et h a n9 7 ．5 ％， g r a d eo fm a t t ew a s7 3 ％一7 6 ％，s l a gF e ／S i 0 2 2 ，s u l f u rc o n t e n to fc r u d ec o p p e rw a s1 e s st h a no ．0 3 ％， a n dc o p p e rc o n t e n to fa n o d ec o p p e ri sm o r et h a n9 9 ．3 ％． P r o d u c t i o np r a c t i c eh a sp r o v e dt h a tt h i s t e c h n o l o g yh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fs t r o n ga d a p t a b i l i t yo fr a wm a t e r i a l s ，b i gc a p a c i t y ，l o wp r o d u c t i o n c o s t ，g o o dw o r k i n ge n v i r o n m e n t ，h i g hd e g r e eo fa u t o m a t i o na n dl o wi n v e s t m e n t ． K e yw o r d s c o n t i n u o u sc o p p e rs m e l t i n g ，t “p l e f u r n a c es m e l t i n gs y s t e m ；p r o d u c t i o np r a c t i c e 火法炼铜工艺包括四个环节，分别为铜精矿造 锍熔炼产冰铜、冰铜吹炼产粗铜、粗铜火法精炼产阳 极铜和阳极铜电解精炼产阴极铜。目前先进的熔炼 工艺有闪速熔炼工艺、顶吹炉熔炼工艺 奥斯麦特炉 及艾萨炉 、底吹炉熔炼工艺、白银炉熔炼工艺、竖式 双侧吹熔炼工艺等[ 1 。5 ] 。冰铜吹炼阶段国际上普遍 采用P S 转炉吹炼和闪速吹炼，以及已工业化应用 的其他吹炼技术如三菱c 炉吹炼、顶吹炉吹炼 奥 斯麦特炉 、底吹炉吹炼、多枪顶吹炉吹炼等。粗铜 收稿日期2 0 2 0 0 9 2 6 作者简介魏涛 1 9 8 5 一 ，男，湖北公安人，硕士研究生，工程师 火法精炼基本取消了传统的固定式反射炉，采用回 转式阳极炉火法精炼。在技术路线的选择上，各冶 炼企业会依据原料结构特点以及技术团队对冶炼技 术的理解和掌握水平而选取适合自身发展的冶炼工 艺，而清洁环保、节能高效的连续炼铜技术一直是世 界冶金工作者的重点研究内容和努力方向。 目前世界上已实现完全连续作业的冶炼工艺技 术有三菱法连续炼铜工艺、双底吹连续炼铜工艺、 富氧侧吹熔炼 多枪顶吹吹炼 回转式阳极炉精炼 万方数据 1 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第1 期 连续炼铜工艺。广西南国铜业年产3 0 万t 矿铜冶 炼采用的“富氧侧吹熔炼 多枪顶吹吹炼 回转式 阳极炉精炼”热态三连炉连续炼铜技术是重大工艺 技术创新，实现了单体连续炼铜生产线规模、冶炼核 心工艺控制指标的突破。 1 工艺过程及主要技术参数 1 ．1 工艺过程描述 “富氧侧吹熔炼 多枪顶吹吹炼 回转式阳极 炉精炼”热态三连炉连续炼铜工艺是采用侧吹熔炼 炉、多枪顶吹炉、回转式阳极炉实现的，相互之间通 过溜槽连接，实现动态平衡连续性生产。 1 ．1 ．1 富氧侧吹熔炼 铜精矿、返料 渣精矿、吹炼渣、烟灰等 、燃煤和 石英石熔剂等分别经计量后通过皮带输送至侧吹炉 烟道两侧下料口加人熔炼炉中，物料在熔池中迅速 完成加热、脱水、熔化、氧化、造铜锍、造渣等熔炼过 程，反应生成的熔体在炉内分离成白冰铜和炉渣，并 分别从白冰铜口和渣口放出。7 5 ％品位的白冰铜通 过溜槽连续流人多枪顶吹炉进行吹炼，炉渣通过溜 槽连续溢流至渣包中，经缓冷后送渣选工序。 1 ．1 ．2 多枪顶吹吹炼 侧吹熔炼炉产出的熔融态白冰铜通过溜槽连续 流人多喷枪顶吹连续吹炼炉，同时通过设置在炉顶 的熔剂加人口向炉内加人相应数量的石灰石熔剂； 2 5 ％～3 0 ％的富氧空气通过设置在炉顶的喷枪吹人 炉内熔体中。富氧空气中的氧气迅速与白冰铜中的 铁、硫发生剧烈的氧化反应；铁被氧化生成氧化亚铁 后大部分与氧化钙结合形成铁酸钙造渣，生成的吹 炼渣浮在熔体上面，定期溢流放出，吹炼渣冷却破碎 后返回侧吹炉。 顶吹炉反应生成的粗铜沉人炉体下部通过虹吸 口放出，再通过溜槽流入阳极炉。在连续吹炼过程 中，根据炉膛温度，适时通过设置在炉顶的残极加料 装置向连续吹炼炉内加入从电解工序返回的残极，既 可利用吹炼余热融化残极，又利用残极来调节炉温。 1 ．1 ．3 回转式阳极炉精炼 根据连续吹炼炉的操作周期，每次连续吹炼炉 放铜时，熔融粗铜通过溜槽溜人阳极炉。阳极炉在 加料过程中保温，加料完成后开始氧化还原精炼。 阳极精炼过程采用天然气稀氧燃烧维持热平衡，采 用天然气作还原剂，由氧化还原口鼓人，还原期结束 后的铜液含铜达到9 9 ．3 ％以上。 阳极炉烟气通过兑人吹炼炉环集烟气后进入水 冷换热器降温，降温后烟气再经过布袋收尘，最终进 入离子液脱硫系统。 1 ．2 主要技术参数 以广西南国铜业生产实际为例，将“富氧侧吹熔 炼 多枪顶吹吹炼 回转式阳极炉精炼”热态三连 炉连续炼铜工艺主要技术参数列于表1 ～3 。 表l富氧侧吹炉主要技术参数 T a b l e1M a i nt e c h n i c a lp a 随m e t e 粥o f 似y g e n - 蛳r i c h m 蚰ts i d e - b l o w ns m e l t i n gf u m a c e 项目 单位参数 项目 单位参数 日处理铜精矿量t ／B D 42 5 7 一次风压 M P a0 ．1 l ～O ．1 2 渣精矿t ／B D 2 2 6 一次风富氧浓度％8 0 ～9 0 石英砂t ／B D 2 7 2 ．5 消耗氧气量。m 3 ／h 4 09 0 0 侧吹炉返尘t ／B D 5 9 ．9 2 氧气压力 M P aO ．1 3 ～O ．1 4 投料量t ，h 2 0 7 ．5 二次风量’m 3 ／h 2 65 9 8 白铜锍品位 ％7 5二次风压M P aO ．0 1 8 白铜锍产量t ／B D 12 2 6 ．6 燃煤率％ 1 ．1 6 炉渣产量t ／B D 26 3 9 烟道出口烟气量。m 3 ／h 1 0 02 0 0 熔炼开路烟尘 t ／B D2 0 ．7 烟道出口烟气温度 ℃12 5 0 炉渣含铜 ％2 ．2 烟气S 0 2 浓度 ％3 7 ．8 2 渣中铁硅比F “S i 0 2 2 ．O 烟尘率 ％1 ．6 9 一次风量‘m 3 ／h 5 45 3 0 注* 指在标准状态下的数值。下同 表2多枪顶吹炉主要技术参数 7 r a b l e2M a i nt e c h n i c a - p a 哺m e t e 隋o ft o p - b l o w ns m e l t i n gf u m a c ew i t hm u Ⅲp I eg u n 项目单位参数项目 单位参数 处理白铜锍产量t ／B D 12 2 6 ．6 连续吹炼炉工艺风量。m 3 ，h3 64 0 0 白铜锍品位％ 7 5 氧气量’m 3 ，h 18 4 5 石灰石熔剂t ／B D 1 8 ．4 氧气压力 M P a 0 ．4 粗铜产量t ／B D 10 4 0 ．9 富氧浓度％ 2 5 ～3 0 粗铜含铜％ 9 9 连续吹炼炉烟气量‘m 3 ，h 4 21 0 0 含硫 ％0 ．0 3 连续吹炼炉烟气含硫％ 1 7 ．3 4 连续吹炼炉渣量t ／B D 1 0 3 ．1 万方数据 2 0 2 1 年第1 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 7 表3回转式阳极炉主要技术参数 T a b l e3T 垤a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e r so fr O t a t i O na n o d ef u r n a c e 项目单位参数项目 单位参数 处理粗铜量t ／B D 10 4 0 ．9 不良阳极率％ 2 ．5 阳极炉规格 t 4 8 0 炉周期 h1 8 ．6 6 合格阳极铜产量t ／B D 10 3 1 ．8 5 精炼渣量t ／B D 1 1 ．9 阳极板含铜％ 9 9 ．3 精炼渣含铜％ 3 5 吨铜天然气单耗’ m 31 7 ．9 3 阳极板重量k g ～4 0 0 吨铜氧气单耗。 m 33 0 ．2 4 2 工艺装备及技术特点 2 ．1 侧吹熔炼炉 熔炼系统配置一台面积为5 0m 2 的反应床富氧 侧吹熔炼炉，熔炼炉炉体两侧分别设上、下两排风 口。下排风口 一次风口 使用氧枪鼓人浓度8 0 ％～ 9 0 ％的富氧空气，使熔池形成激烈搅拌。上排风口 二次风口 使用风枪鼓人熔炼炉区域的环集烟气，燃 烧熔池反应烟气中未充分燃烧的单体硫和一氧化碳。 侧吹炉是一座固定式、整体呈长方体的冶金炉， 炉体由铜水套和耐火材料组合而成，可分为炉缸、炉 体中段、炉体上段及上升烟道，其中炉缸分为渣室区 和熔池反应区，两区通过端墙水套隔开。炉体两端墙 分别设放白冰铜口，铜锍经白冰铜口放出，由溜槽送 连续吹炼炉吹炼，炉体端墙及侧墙设放渣口，熔炼渣 从端墙渣口溢流连续放出。双侧吹熔炼炉反应区采 用全铜水套冷却，靠铜水套外挂炉渣延长炉寿命，铜 水套为两层，可拆卸，方便损坏时即时更换，同时炉子 寿命也比较长。 侧吹熔炼炉是该技术的核心设备，具有原料适应 性强，混合铜精矿可直接入炉，工艺过程及设备简单、 作业率高、炉子寿命长、烟尘率低、能耗低、操作条件 好、直收率高、熔炼效率高、渣型调整灵活，易于操作。 2 ．2 多枪顶吹炉 连续吹炼工序配置一台6 5 ．7m 2 多枪顶吹炉。 炉型结构为椭圆形，由炉底、炉墙及炉顶组成。炉底 采用反拱形耐火砖砌筑；炉墙采用表面耐高温合金堆 焊的铜水套内置于墙体耐火砖砌体中，有很好的挂渣 保护作用；炉顶采用铜水套吊挂式安装。炉顶设置8 根顶吹喷枪，喷枪底部位置位于渣层上方。炉体端墙 上设置了一个采用虹吸结构的粗铜排放口，同时端墙 也设置了一个采用溢流形式的渣排放口。连续吹炼 炉烟道内部是直升式结构，采用耐火砖砌筑结构。 多枪顶吹炉为热料富氧吹炼，白冰铜吹炼反应 时释放大量热能，顶吹炉热能过剩，在炉顶上方设置 一个加料口，可处理残极等冷料。 2 ．3 回转式阳极炉 阳极精炼工序配有两台4 8 0t 的回转式阳极炉 和一套能力为9 0 ～1 1 0t ／h 的双二十模圆盘浇铸机。 阳极炉简体尺寸为①4 ．6m 1 3 ．3m ，耐火砖砌筑 后内部尺寸为0 3 ．5 4 6m 1 1 ．9 3m ，设置氧化还原 口4 个，驱动功率1 3 2k W 。 3热态三连炉连续炼铜技术特点 1 单条生产线年处理3 0 万t 矿铜，规模大。该 工艺技术无2 0 万t 以上的生产实践经验可供借鉴， 完全依靠自主创新与实践探索，实现突破单条生产 线处理能力达到矿铜3 0 万t 以上规模。 2 工艺流程简单，生产高效、环保。实现了热态 三连炉连续生产，富氧侧吹熔炼炉产出热态铜锍直 接流人多枪顶吹连续吹炼炉，多枪顶吹连续吹炼炉 产出的粗铜直接流人阳极炉，与传统的P S 转炉吹 炼工艺采用包子和吊车转运方式相比，此工艺成功 地解决了低空污染的问题，消除了熔体吊运的安全 隐患，同时连续性生产作业效率高。 3 该技术采用1 台多枪顶吹连续吹炼炉替代传 统的3 台P s 转炉，设备减少、人员减少，可降低项 目的投资和运行成本。 4 核心工艺指标优，提升金属收率、降低能耗。 冶炼渣型F e ／S i O 。 2 ．o ，减少熔剂消耗、降低冶炼 渣量带走金属损失；烟尘率小于1 ．8 ％，降低收尘负 荷、减少返料冶炼成本及金属损耗；侧吹熔炼白冰铜 品位7 5 ％，吹炼渣量显著降低，矿热利用率高、金属 直收率较其他工艺可提高3 ～5 个百分点。 5 采用多枪顶吹连续吹炼，粗铜质量高、含硫 低，减少阳极炉氧化时间，提升阳极炉作业效率、降 低天然气消耗。 6 富氧侧吹熔炼炉的富氧浓度为8 0 ％～9 0 ％， 多枪顶吹连续吹炼炉的富氧浓度为2 5 ％～3 0 ％，熔 炼和吹炼烟气S O 浓度高且稳定、烟气量小，有利 于降低制酸系统的投资和运行成本。 7 三连炉通过溜槽连接连续生产，炉窑负压控 万方数据 1 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y I ．b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第1 期 制，溜槽经溜槽盖密闭后通过环集风机汇人冶炼烟 气中作为二次风补充，岗位作业环境好，且无需单独 设立环集烟气处理系统，投资减少、运行费用低。 8 系统具备综合处理金精矿、铜米、二次铜物料 等物料，以铜为载体，综合回收金、银、铅、锌等有价 金属，经济效益显著。 综上所述，热态三连炉连续炼铜技术具有投资 少、炉体结构简单、工艺过程易控制、技术指标先进、 对物料适应性强、金属综合回收率高等优点，能实现 生产过程自动化连续作业，降低生产能耗和劳动强 度、改善作业环境、从而实现清洁化生产。 4生产实践及主要指标 2 0 1 9 年4 月1 0 日广西南国铜业年产3 0 万t 矿 铜热态三连炉连续炼铜生产线正式投料运行，2 0 1 9 年6 月系统进入生产平稳运行阶段，在较短时间内 打通全工艺流程，主要生产指标均达到或优于设计 值，标志着这一重大技术创新的连续炼铜工艺技术 取得了成功。 试生产期间，三连炉运行平稳，渣型、冰铜品位、 渣含铜、粗铜含硫、熔池温度等主要控制指标正常， 其中熔炼渣F e ／S i O 。稳定在1 ．9 5 ～2 ．0 5 ，冰铜品位 稳定在7 3 ％～7 6 ％，熔炼渣含铜1 ．8 ％～2 ．O ％，粗 铜含硫小于0 ．0 3 ％，阳极板含铜大于9 9 ．3 ％。初期 熔炼炉投精矿量1 2 0 ～1 3 5t ／h ，后期投精矿量稳定 在1 7 0 ～1 8 0t ／h 。 试生产期间充分暴露系统存在的一些问题，公司 依据生产实际情况，规划了计划性年度停机检修任 务，2 0 1 9 年1 2 月1 6 日系统停机，对存在问题进行集 中整改。至此，2 0 1 9 年生产系统产出并销售合格阴极 铜9 ．0 3 万t ，产出合格阳极铜1 2 ．6 万t 。试生产期间三 连炉系统产出的阳极板化学成分 ％ C u9 9 ．4 2 、 S0 ．0 0 2 、O0 ．1 3 、P b0 ．1 2 、A sO ．1 1 、B i0 ．0 2 5 、S b0 ．0 1 7 、 N i0 ．0 2 。 2 0 2 0 年2 月1 5 日完成生产系统年度检修工 作，复产投料稳定运行，至2 0 2 0 年9 月共产出阴极 铜1 7 ．3 2 万t 。 总体来说，热态三连炉连续炼铜生产系统投产 运行比较顺利，结果好于预期，三连炉运行稳定、各项 工艺参数指标受控正常，系统作业率大于9 7 ．5 ％，其 中最好的月份作业率达到9 9 ．5 ％。 5结束语 广西南国铜业年产3 0 万t 矿铜热态三连炉连 续炼铜工艺系统生产一年多以来，系统作业率大于 9 7 ．5 ％，侧吹富氧浓度达到8 0 ％～8 5 ％，熔炼冰铜 品位稳定在7 3 ％～7 6 ％，熔炼渣型F e ／S i 0 2 2 ，熔 炼渣含铜1 ．8 ％～2 ．o ％，粗铜含硫低于0 ．0 3 ％，阳 极铜含铜大于9 9 ．3 ％，烟尘率小于1 ．8 ％。 生产实际表明，该规模下的连续炼铜技术工业 化应用是成功的，核心设备能够满足工艺要求。侧 吹熔炼产出的炉渣及白冰铜连续溢流，多枪顶吹炉 连续吹炼操作简单，产出粗铜质量高，为阳极炉火法 精炼创造很好条件，三连炉实现三个工艺环节环环 相扣，生产组织流畅。实践证明，该技术具有原料适 应性强、产能规模大、生产成本低、作业环境好、自动 化程度高、投资省等特点。该工艺及装备的产业化 成功应用，为国内外铜冶炼企业的技术升级改造提 供引领和示范作用，具有广阔的推广应用前景。 参考文献 [ 1 ] 蒋继穆．氧气底吹炉连续炼铜新工艺及装置简介[ C ] ／／ 中国首届熔池熔炼技术及装备专题研讨会．昆明中国 有色金属学会，2 0 0 7 1 - 5 ． J I A N GJM ．B r i e fi n t m d u c t i o no fn e wt e c h n o l o g ya n d e q u i p m e n tf o rc o n t i n u o u sc o p p e rs m e l t i n gw i t ho x y g e n b o t t o mb l o w i n gf u r n a c e [ C ] ／／T h ef i r s ts y m p o s i u mo n m o l t e np o o ls m e l t i n gt e c h n o l o g ya n de q u i p m e n ti n C h i n a K u n m i n g C h i n aS o c i e t yo fN o n f e r r o u sM e t a l s ， 2 0 0 7 1 5 ． [ 2 ] 唐尊球．论我国铜吹炼技术发展方向[ J ] ．有色冶炼， 2 0 0 2 6 6 7 ． T A N GZQ ．D e v e l o p m e n td i r e c t i o no fc o p p e rb l o w i n g t e c h n o l o g yi nc h i n a [ J ] ．N o n f e r r o u SM e t a l l u r g y ，2 0 0 2 6 6 7 ． [ 3 ] 韩志．双炉侧顶吹粗铜连续吹炼工艺介绍及应用意 义[ J ] ．科技与创新，2 0 1 5 1 9 8 4 - 8 5 ． H A NZ ．I n t r o d u c t i o na n da p p I i c a t i o n0 fd o u b I ef u m a c e s i d et o pb l o 、阳c o p p e rc o n t i n u o u sb I o 、j l ，i I l gp r o c e s s [ J ] ． s c i e n c ea n d1 K h n o l o g ya n dI n n o v a t i o n ，2 0 1 5 1 9 8 4 8 5 ． [ 4 ] 袁俊智，王新民．华鼎铜业双底吹连续炼铜的生产实 践[ J ] ．有色设备，2 0 1 7 6 3 4 3 7 ． Y U A NJZ ，W A N GXM ．P r o d u c t i o np r a c t i c eo fd o u b l e b o t t o mb l o w i n gc o n t i n u o u sc o p p e rs m e l t i n gi nH u a d i n g C o p p e rc o ．，L t d ．[ J ] ．N o n f e r r o u sM e t a IE q u i p m e n t ， 2 0 1 7 6 3 4 - 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