PDF《金川铜合成炉生产实践》

金川铜合成炉生产实践 陆金忠1 ,岳占斌2 (1.

金川镍钴研究设计院 , 金昌

737100 ;

2. 金川集团有限公司冶炼厂 ,金昌 737100) 摘要 :金川铜合成炉是世界上首次用于炼铜工艺的合成熔炼炉 ,投产后经过近两年的运行 ,随着控制技 术的逐渐成熟和运行工艺参数的优化调节 ,暴露出来的问题得到逐步解决 ,铜合成炉的各项技术经济指 标趋于稳定 ,实现了较高负荷连续稳定运行. 关键词 :铜合成炉 ;

生产 ;

实践 中图分类号 : TF811 ;

X703 文献标识码 :A 文章编号 :1007 -

7545 (2009)

02 -

0002 -

03 The Plant Practice of Jinchuan Copper Synthesized Flash Smelting Furnace LU Jin2zhong1 , YU E Zhan2bin2 (1. Jinchuan Nickel and Cobalt Research and Design Institute , Jinchang

737100 , China ;

2. Smelter of Jinchuan Group Ltd. , Jinchang

737100 , China) Abstract :Jinchuan Copper Synthesized Flash Smelting Furnace (CSFSF) is the first synthesized smelting furnace complied in copper smelting process in the world , after its having been putted into production fol2 lowed by two years running , the problems revealed during the past two years from preproduction have been gradually solved , the respective technical and economic indexes of CSFSF trend to stabilization and realizing the higher capacity steadily running of CSFSF. Keywords :Copper Synthesized Flash Smelting Furnace (CSFSF) ;

Production ;

Practice 作者简介 :陆金忠(1969 - ) ,男 ,甘肃省永昌县人 ,教授级高工. 由金川集团有限公司和中国有色工程设计研究 总院联合开发的、 具有自主知识产权的金川铜合成 炉于

2005 年8月8日点火烤炉 ,9 月12 日投料 ,经 过了投产、 试生产调试和达产达标

3 个阶段 ,已经具 备了高负荷连续稳定生产的条件.截至

2007 年6月,系统累计处理了铜精矿

87 万t,生产优质阳极板

37 万t.1铜合成熔炼炉简介 铜合成炉是我公司依靠自身技术力量 ,将镍冶 炼技术开发应用于铜冶炼工艺 ,该炉型是将闪速炉 与电炉熔炼技术融合为一体 ,在富氧熔炼技术发展 的今天 ,该技术是唯一的直接生产弃渣的熔炼工艺 , 是目前世界上第一座用于炼铜的合成熔炼炉 ,具有 劳动定员少、 控制简单、 能耗低、 回收率高、 环保效果 好的优势. 铜合成熔炼炉由反应塔、 上升烟道、 沉淀池和贫 化区组 成,设计 反应 塔尺寸Φ6 m *7 m、 渣线3214 m *

7105 m ,是目前世界上首座用于炼铜的合 成炉.在具体结构设计上 :沉淀池和贫化区炉体采 用了一体化设计 ,整体采用 弹性捆绑式 骨架结构 ;

反应塔和上升烟道采用悬挂式结构 ,与炉顶采用 齿形 水套连接 ,形成各自独立的受力体系 ,炉体上所 有冷却水套炉体上所有冷却水套均采用了三段密封 技术.炉型结构见图 1.

2 铜合成炉生产回顾

211 投产后出现的问题 ・

2 ・ 有色金属(冶炼部分)

2009 年2期图1铜合成熔炼炉示意图 Fig11 Sketch map of CSFSF 铜合成炉系统自投产后 ,出现了一些问题 ,造成 合成炉的炉膛负压不能提高 ,炉膛过剩热量不能及 时排出等 ,严重制约着系统的安全、 高效运行 ,主要 表现在 : (1) 余热锅炉进入对流区的烟气温度高、 烟 尘发红 ,引起烟尘粘结、 输送不畅 ;

(2) 受余热锅炉振 动的制约 ,炉膛负压不能提高 ,炉膛过剩热量不能及 时排出 ,造成炉内温度高 ;

(3) 烟尘含硫很不稳定 ,返 回反应塔后 ,使精矿的氧化熔炼过程控制较为困难 , 冰铜品位、 渣含铜指标波动大 ;

(4) 炉壁挂渣困难 ,耐 火材料侵蚀速度快.

212 铜合成炉试生产工艺调试

21211 问题研究分析 通过技术分析认为 :合成炉排烟收尘系统的黏 结是由于合成炉烟灰中的铜、 铅、 锌等金属氧化物在 高温下形成的 ,需要进行工艺参数调试解决以下问 题:(1) 合理补充过量的氧和减少还原剂量 ,解决燃 料和还原剂产生 CO 在排烟系统燃烧消耗氧和烟尘 硫酸盐化氧不足的矛盾 ;

同时可以解决炉壁挂渣困 难的问题 ;

(2) 调整排烟系统气流速度 ,以解决余热 炉与电收尘烟尘分配不合理的问题 ;

(3) 查清余热锅 炉振动原因 ,解决炉膛负压低而不能满足合成炉生 产的问题.

21212 技术措施 (1) 控制反应塔和贫化区总还原剂量 ,沉淀池和 贫化区鼓入空气来补充 CO 燃烧和烟尘硫酸盐化需 要的氧气 ;

(2) 提高反应塔鼓风量 , 使出炉烟气量达到

55 000 m3 / h以上来提高烟气速度 ,使烟尘在余热炉 与电收尘的分配接近设计要求 ;

(3) 提高反应塔精矿喷嘴的风速 ,强化风和料的 混合效果 ,改善反应塔内的反应状况 ,悬浮在烟气中 未完全参与反应的烟尘在后段二次反应的状况很大 程度上得以减弱.

213 达产达标 铜合成熔炼炉设计精矿处理量为

106 t/ h 精矿 处理量 ,2006 年8月份 ,组织了铜合成熔炼系统的 达产达标调试工作.按照设计处理能力组织生产 , 炉子处于自热状态 ,通过调整反应塔鼓风量来控制 冶炼温度 ,鼓风量为

34 500~39

000 m3 / h ,产出冰 铜品位

56 %~58 % ,炉渣含铜

016 %~018 % ,平均

0174 % ,烟尘成份稳定.

3 铜合成熔炼炉的生产实践 铜合成熔炼炉投产以来 ,经过了投产、 试生产和 达产达标阶段 ,在对出现的问题进行总结和分析的 基础上 ,形成了一套比较成熟的铜合成熔炼炉工艺 控制技术.

311 反应塔控制技术 (1) 反应塔理论燃烧温度和炉子热平衡 首先确定塔下冰铜放出温度

1 200~1

220 ℃, 沉淀池炉底冻结层 200~300 mm ,根据大量的试生 产数据统计整理 ,进行物料平衡和热平衡验算 ,来确 定反应 塔理论燃烧温度,计算温度为1450 ~

1 480 ℃,以此作为反应塔热平衡计算的依据.通过 调节反应塔鼓风量、 燃油量和贫化区电极用电来控 制温度和炉内总热平衡. (2) 精矿喷嘴调节 铜合成炉熔炼部分核心技术是反应塔的精矿喷 嘴 ,精矿喷嘴是将精矿、 富氧空气进行充分混合并合 理分布的一种设施.铜合成熔炼炉精矿喷嘴是依据 涡混动力学原理进行模拟计算设计的.利用了精矿 喷嘴产生的漩涡状气流的动能 ,与同时喷入的物料进 行混合 ,在此过程中将气流的动能消耗 ,精矿喷嘴的 气流速度为无级手动调节.反应塔鼓风量的下限是 产出的烟气速度足以克服热烟气上浮的力. 实践表明 :控制反应塔内气流速度大于

215 m/ s (鼓风量为

28 000 m3 / h) 以克服热烟气产生的悬浮 力 ,保证反应塔内烟气排出 ;

精矿喷嘴风速 90~100 m/ s ,通过微调气流速度来控制反应塔内温度分布、 物 料着火点高度及喷嘴的结渣状况.适当提高风速可 以提高物料在反应塔内的着火点位置、 使反应塔高温 区域上移并减少喷嘴结渣状况 ;

控制适当的风速可以 形成少量的结渣保护炉衬同时保证反应塔内物料得 到充分的反应.

312 贫化区控制 反应塔和贫化区之间有节奏的协调控制是合成 ・

3 ・ 有色金属(冶炼部分)

2009 年2期炉工艺控制重要环节.反应塔温度的变化、 冰铜品 位的变化以及炉渣硅酸度的控制 ,直接影响到贫化 区的电气制度和配加料控制.适时合理的从贫化区 补充热能、 石英石和还原剂 ,是控制炉渣渣型、 保证 合成炉渣含铜的重要手段 ,也能够增强合成炉对炉 况、 原料的适应性.

313 烟尘硫酸盐化控制 铜合成熔炼炉产出

1 250 ℃ 的高温烟气带走的 烟尘 ,在排烟系统需经过 650~720 ℃ 硫酸盐化过程 的转变 ,氧化铜的比热容只有

20418 kJ/ mol ,而硫 酸铜的比热容为

42212 kJ/ mol[1] ,在同样烟气条件 下 ,氧化铜为熔融状 ,易在锅炉管束上黏结 ;

而硫酸 铜为粉末状 ,不会在锅炉管束上黏结. (1) 依据硫酸化焙烧的原理 ,温度应控制在

650 ~720 ℃ [2 ] ,投产初期由于余热锅炉换热能力存在问 题 ,烟气温度在 730~780 ℃,烟尘在排烟系统黏结 严重 ,多次造成停产 ;

2006 年10 月 ,余热锅炉辐射 区增加了两组管屏 ,烟气温度才控制在

700 ℃ 以下 , 烟尘性质得以稳定. (2) 铜合成熔炼炉产出烟气 SO2 在20 %以上 , 根据热力学计算出 PO2 =

0101 Pa ,就能使铜烟尘硫 酸盐化正常进行[3] ;

根据烟尘产出量 ,控制从贫化区 鼓入的空气量就能使烟尘硫酸盐化进行完全.实践 中控制贫化区空气量吨矿投料量为

100 m3 ,使烟尘 含S在稳定在

9 %~11 % ,能够有效的保证合成炉 烟尘的硫酸盐化率

80 %以上 ,避免了由于余热锅炉 内出现二次反应造成烟尘的黏结.

314 合成炉渣含铜的控制 研究表明铜在渣中的损失主要由三种途径 :一是Cu2 S 在炉渣中溶解损失 ,二是渣中 Fe3 O4 升高 引起 Cu2 O 在炉渣中化学损失 ,三是机械夹带损 失[4 ] .目前铜合成熔炼炉在设计能力运行条件下 , 弃渣含铜已经达到了设计

017 %的指标 ,已经形成 了从反应塔、 沉淀池到贫化区的炉渣控制技术 ,建立 了过程控制指标体系 ,能够稳定的控制合成炉渣含 铜.

31411 与炉渣 Fe/ SiO2 的关系 Cu2 S 在炉渣中溶解损失与炉渣的 Fe/ SiO2 有关,Fe/ SiO2 降低 ,利于减少 Fe3 O4 的生成 ,还可提 高冰铜和炉渣之间的界面张力 ,利于炉渣沉降 ,虽然 过量的 SiO2 又使渣量增大和炉渣排放温度升高 ,但 就锍微粒的聚集来看 ,却是非常有利的 ;

所以 ,选择 控制合理的炉渣 Fe/ SiO2 ,要综合考虑回收率、 炉体 安全和节约能耗等因素[4 ] . 金川铜合成熔炼炉 Fe/ SiO2 的工艺调试和生产 实践 表明,在反应塔加入足量SiO2 , 能够满足Fe/ SiO2 的控制 ;

由于该炉型设计有贫化区 ,可以通 过贫化区补充适量的 SiO2 对渣型微调 ,对降低炉渣 含铜更有利.

31412 与冰铜品位、 还原剂加入量的关系 冰铜品位降低 , FeO 活度降低 ,炉渣中 Fe3 O4 的含量也相应降低.但是现代闪速熔炼技术向强氧 化熔炼、 高品位和高处理量的方向发展 ,控制较高的 冰铜品位以减少中间产物 ,可以弥补火法精炼设备 能力不足 ,提高闪速炉产量 ,所以不能采取降低冰铜 品位的方式来降低炉渣含铜. 铜合成熔炼炉反应塔和贫化区加入块煤作为还 原剂就是为了解决这一矛盾 ,经理论计算 ,加入渣量

016 %的块煤就可以完全破坏炉渣中 Fe3 O4 . (1) 块煤在反应塔加入 由于铜精矿在反应塔内 ,若氧气足量时可以产 出白冰铜甚至是粗铜 ,在该气氛下 ,反应塔加入的块 煤主要生成 CO ;

所以 ,在反应塔若加入过量的块煤 产生大量的 CO ,会破坏炉壁已经形成的挂渣 ,而且 在沉淀池和排烟系统二次燃烧引起烟气温度急剧升 高. (2) 块煤在贫化区加入 由于贫化区鼓入硫酸盐化空气 ,块煤还原产生 的CO 在贫 化区内 二次燃烧,贫化区炉膛温度900 ℃,燃烧不会对炉体造成危害.

31413 温度的影响 温度对渣含铜的影响总体上来说 ,温度过高溶 解损失增大 ;

温度过低 ,炉渣黏度增大 ,不利于有价 金属液滴的沉降 ;

合理的炉渣温度范围是

1 260~

1 280 ℃.

315 主要技术经济指标 铜合成炉熔炼系统主要指标见表 1.

4 结论 金川铜合成熔炼炉投产后经历了试生产、 调试 和达产达........