铜钴矿还原熔炼电炉的改造.pdf

1 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 2 0 1 3 年1 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 1 ．0 0 5 铜钻矿还原熔炼电炉的改造 江宇 华刚矿业股份有限公司，北京1 0 0 0 3 9 摘要介绍刚果 金 富利铜钴冶炼厂还原熔炼电炉的构造和冶炼工艺，分析了电炉渗漏的原因，并介绍 了改造的措施和方法。 关键词还原熔炼；电炉；铜；钴；冶炼；改造 中图分类号T F 8 1 1 ；T F 8 1 6文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 0 1 0 0 1 4 - 0 3 T r a n s f o r m a t i o no fM e l t i n gE l e c t r i cF u r n a c ef o rC o p p e r - C o b a l tO r eR e d u c t i o n J I A N GY u S i c oM i n i n gI n d u s t r yS t o c kC o m p a n yL i m i t e d ，B e i j i n g1 0 0 0 3 9 ，C h i n a A b s t r a c t T h es t r u c t u r ea n ds m e l t i n gp r o c e s so ft h er e d u c t i o nm e l t i n ge l e c t r i cf u r n a c ea to n eF E Z Ac o b a l t c o p p e rs m e l t i n gp l a n ti nD ．R ．C o n g o ，w a si n t r o d u c e d ．F u r n a c el e a k a g ei si n v e s t i g a t e da n dt r a n s f o r m a t i o n m e a s u r e m e n ti Si n t r o d u e e d ． K e yw o r d s r e d u c t i o nm e l t i n g ；e l e c t r i cf u r n a c e ；c o p p e r ；c o b a l t ；s m e l t i n g ；t r a n s f o r m a t i o n 刚果 金 富利铜钴冶炼厂采用电炉还原熔炼工 艺处理铜钴氧化矿，建成投产后仅1 个月就发生了 熔体从电炉中渗漏出来的事故，而且电炉炉墙内壁 腐蚀严重。通过对事故进行分析，并咨询了当地还 原熔炼工艺电炉的铜钴冶炼厂后，我们对富利铜钴 冶炼厂的电炉进行了改造[ 1 。3 ] 。 1 还原熔炼电炉的构造 该厂的电炉功率为1 00 0 0k V A ，采用长方形炉 型，长7 ．9 6 8m ，宽3 ．5 6 8m ，高2 ．2 8 0m ，炉墙倾斜 1 0 。，以利于炉体热膨胀时保持炉墙的稳定性。由于 矿石中S i O 。含量高达6 5 ％和添加石灰石作熔剂造 酸性炉渣，因此，电炉渣线以下墙体使用抗酸的异型 微孑L 碳砖，渣线以上墙体使用铝铬碳砖，在炉体外墙 中嵌入铜水套，对炉墙加以冷却保护。电炉炉墙构 造围板、铜水套、3 8 0m m 厚的微孑L 碳砖；炉底构 造两层3 8 0m m 3 8 0m m 厚的铝铬碳砖、镁砂捣 打层、黏土砖、底板；合金、炉渣放出口构造压板水 收稿日期2 0 1 2 0 7 2 7 作者简介江宇 1 9 6 5 ，男，广西博白人，高级工程师 套内镶嵌1 0 0m m 厚的石墨衬套、3 8 0m m 厚的碳砖 炉墙；微孔碳砖之间的砖缝使用碳质胶泥进行黏结 和填充，炉顶采用耐火钢纤维浇注料整体浇注，以保 证电炉的密闭性和使用寿命。 2电炉冶炼工艺 富利铜钴冶炼厂设计人炉铜钴矿成分 ％ C o 2 ．2 0 、C u2 ．5 0 、N i0 ．3 0 、F e4 ．0 0 、S i 0 26 5 ．0 0 、C a O 0 ．3 3 、M g O4 ．8 2 、S0 ．0 5 、其它2 0 ．8 5 。先在电炉中 将铜钴矿熔化并还原为铜钴合金，形成合金层和渣 层，然后定期放出炉渣和合金。在铜钴矿冶炼过程 中加入还原剂焦碳进行还原熔炼 焦碳占矿石的 7 ．5 ％ ，再加入矿石量5 2 ％的石灰石进行造渣。冶 炼过程中要保证合金能够充分地从炉渣中沉降分离 出来，需要在电炉内保持厚度达1m 左右的渣层， 电极插入渣层中靠电极与渣层界面上的微弧以及电 流通过渣层电阻发热来进行熔化冶炼 属于埋弧熔 炼 。铜钴合金中钴的熔化温度是14 9 5 ℃，而炉渣 万方数据 2 0 1 3 年1 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／l y s y l ．b g r i m m ．c n 1 5 在此温度下黏度也比较高，不利于合金从渣中顺利 分离，炉渣放出也困难。炉渣温度要保持在15 5 0 ～ 16 0 0 ℃才能确保炉渣容易放出、合金与炉渣良好 分离。 3 电炉渗漏和炉墙腐蚀的原因分析 富利铜钴冶炼厂电炉投人生产后约1 个月就发 生了电炉渗漏和炉墙严重腐蚀的事故，我们对电炉 内部进行检查，发现合金放出口上方炉脚压砖内侧 和炉底严重磨损，电炉渗漏处腐蚀很深并可看到冷 却铜水套。微孔碳砖炉墙大面积、过早地磨损。微 孔碳砖砖缝腐蚀很深，达1 8 0m m 。炉底接近合金 放出口处的铝铬碳砖表层磨损最大约5 0m m 。我 们认为造成事故的原因主要是电炉的耐火材料 铝 铬碳砖、微孔碳砖和碳质胶泥 的性能不适用于熔炼 铜钴合金的电炉。 虽然铝铬碳砖具有抗腐蚀性、耐磨性和抗热性， 并有较好的密度，但这种铝铬碳砖表面孔隙度比较 高，在炉内熔体温度高达15 0 0 ℃以上、并在熔体搅 动冲刷的情况下，这种铝铬碳砖用作炉底砖和炉脚 压砖容易遭到熔体侵蚀而过早磨损。微孔碳砖是由 无烟煤经高温煅烧并添加适量A l 。O 。、S i 0 和沥青 等，经过搅拌、压制而成的，体积密度≥1 ．6g ／c m 3 ， 显气孔率≤1 8 ％，在熔体搅动冲刷的情况下，这种微 孔碳砖也很容易遭到熔体侵蚀而过早磨损，因此，这 种碳砖不适合作为铜钴矿还原电炉的炉墙。而碳质 胶泥的密度远低于微孔碳砖和铝铬碳砖，抗熔体侵 蚀和抗冲刷能力都较低。这就是造成电炉渗漏和炉 墙严重腐蚀事故的主要原因。 4电炉的改造及使用效果 基于上述的分析，并经过技术经济分析、比较， 我们决定对富利铜钻冶炼厂的电炉进行改造，计划 在电炉炉堂内壁及炉底捣打一层电极糊，作为电炉 的消耗炉衬，起到保护炉墙微孔碳砖和炉底铝铬碳 砖的作用，确保生产安全和尽快恢复生产。我们先 将电炉内的矿渣和合金完全清理出来后，对所有炉 墙碳砖进行修补，对部分腐蚀严重的炉墙微孔碳砖 和炉底铝铬碳砖进行了更换。采购了南非埃肯 E l k e m 公司生产的电极糊，该公司生产的电极糊 理化指标较好，塑性2 0 ％～4 0 ％，体积密度≥1 ．6 g ／c m 3 ；10 0 0 ℃焙烧后的体积密度 ／- 1 ．4g ／c m 3 ，抗 压强度≥1 8M P a 。我们参考了当地铜钴矿冶炼电 炉捣打电极糊的施工方法，先在电炉内将需要捣打 电极糊的炉墙、炉底涂刷一道热沥青，以加强电极糊 与炉墙的黏接，然后将电极糊放入钢板制成的槽内 加热，掺入电极糊重量2 0 ％的焦炭，搅拌均匀后在 炉底捣打一层1 0 0m m 厚的电极糊，接着在炉脚压 砖内侧支护模板，捣打一圈2 0 0m m 高、6 0 0m m 厚 的电极糊，然后在这6 0 0m i l l 厚的电极糊层上至电 炉渣线处的炉墙内壁支护模板，捣打1 圈3 0 0m m 厚的电极糊，为确保炉内电极糊捣打层的整体性，电 极糊捣打必须连续作业。示意图见图1 。 铝铬碳砖 图1捣打电极糊示意图 F i g ．1 S k e t c hm a po ft a m p i n ge l e c t r o d ep a s t e i n s i d et h ee l e c t r i cf u r n a c e 电炉改造前后1 个月的技术经济指标见表1 。 表l电炉改造前后单月的技术经济指标 T a b l elT e c h n i c a la n de c o n o m i c a li n d e x e sb e f o r e a n da f t e rt r a n s f o r m a t i o n 富利铜钴冶炼厂的电炉经改造后，电炉炉膛体 积较原来缩小了约1 5 ％，电炉的处理能力受到了影 响。但电炉的生产安全性、作业率得到了提高。自 电炉完成改造并重新恢复生产以来，作为电炉消耗 炉衬的电极糊捣打层，工作寿命平均为八个月，也就 是电炉需要平均三年大修二次，每次大修主要是更 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 1 3 年1 期 换这层消耗炉衬电极糊捣打层，无需按原设计 每年更换电炉的耐火砖和微孔碳砖。虽然电炉改造 前后属于试生产期，各项技术经济指标不完全可比， 但电炉自改造后至今，年处理铜钴矿石量和年产铜 钴合金基本上达产达标，因此，我们认为富利铜钴冶 炼厂还原熔炼电炉的改造是成功的。 5结论 通过在铜钴氧化矿还原熔炼电炉的炉堂内壁及 炉底捣打一层电极糊，作为电炉的消耗炉衬，解决了 电炉的渗漏和炉墙严重腐蚀的发生，捣打层的使用 寿命达到8 个月，电炉改造后年处理铜钴矿石量和 年产铜钴合金基本上达产达标。 参考文献 [ 1 ] 中国有色工程设计研究总院．刚果 金 铜钴冶炼厂可 行性研究报告I - R ] ．北京，2 0 0 2 ． [ 2 ] 北京矿冶研究总院．刚果 金 铜钴矿电弧炉还原熔炼 试验研究报告I - R ] ．北京，2 0 0 2 ． [ 3 ] 金川镍钻研究设计院．刚果 金 铜钴氧化矿小型试验 报告I - R ] ．甘肃金昌，2 0 0 2 ． 上接第1 0 页 3结论 1 采用R K E F 工艺处理缅甸达贡山镍红土矿 生产镍铁技术可行。干燥矿含水率2 0 ％～2 2 ％，还 原窑焙烧温度9 0 0 ℃左右，还原煤配入量7 ％，此时 镍还原率较高，而且回转窑不结圈，镍品位1 9 ％左 右、回收率达到9 1 ％左右。 2 电炉冶炼镍铁的合理品位为1 9 ％，此时技术 经济指标最佳。如果生产2 5 ％品位的镍铁合金，镍 回收率损失较大，而且出现泡沫渣，不利于安全生 产。 3 磷在镍铁产品中的富集比大于4 ，导致产品 含磷超标，生产中应注意配矿或采取脱磷措施。 4 放渣温度15 5 0 ～16 0 0 ℃，镍铁合金放出温 度14 5 0 ～15 0 0 ℃较为合适。 5 将湿红土矿直接用作烟尘制粒黏结剂，可降 低制粒成本。 参考文献 [ 1 ] 张友平，周渝生，李肇毅，等．红土矿资源特点和火法冶 金工艺分析[ J ] ，铁合金，2 0 0 7 6 1 8 2 2 ． [ 2 ] 周晓文，张建春，罗仙平．从红土镍矿中提取镍的技术 研究现状及展望[ J ] ，四J I I 有色金属，2 0 0 8 1 1 8 2 2 ． [ 3 ] 李洪桂．冶金原理[ M ] ．北京科学出版社，2 0 0 5 1 9 2 2 0 3 ． [ 4 ] 李家瑞，王立川．镍冶金学[ M ] ．北京中国科学技术出 版社，1 9 9 0 ． [ 5 ] 王金花，宁平．铁合金与铁合金制品生产新技术新工艺 [ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 4 ． [ 6 ] 栾心汉，唐琳，李小明，等．镍铁冶金技术及设备V M ] ． 北京冶金工业出版社，2 0 0 5 ． [ 7 ] M o s k a l y kRR ，A l f a n t a z iAM ．N i c k e ll a t e r i t ep r o c e s s i n ga n de l e c t r o w i n n i n gp r a c t i c e i , J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 2 ，1 5 2 0 5 9 3 6 0 5 ． 万方数据