张伟旗
【摘 要】从分析倾动炉精炼工艺原理入手,通过长期实践摸索,成功解决了倾动炉常见故障成为制约生产的技术"瓶颈"及同类型生产线熔炼"核心"问题,倾动炉作业率高,杂铜冶炼时间短,氧化渣率低,耐材、渣流槽损耗小,烧嘴堵塞结焦烧损、冷却水系统漏水及气体泄漏回火等故障骤减,单位能耗低,环境污染小,炉龄攀升至612炉,多项控制关键技术国际领先. 【期刊名称】婴童车《有设备》
【年(卷),期】2016(000)005
【总页数】6页(P7-12)
【关键词】倾动炉;废杂铜;故障率;成本能耗;炉龄
【作 者】张伟旗
【作者单位】江西铜业集团铜材有限公司,江西 贵溪 335424
【正文语种】中 文
【中图分类】TF748.2
废杂铜因具有再生投资小、工艺相对简单、成本能耗低及环境污染小等特点，因而倍受国内外铜冶炼企业的普遍青睐。目前我国废杂铜原料主要依赖进口，废杂铜再生利用问题很多且亟待解决，突出表现在企业规模小、精炼设备落后、机械化自动化程度低、产品质量差、金属回收率不高、环境污染严重、综合能耗高及资源有效利用率低等，废杂铜中的Cu、Ag、Pt、Pd、Pb、Sn等有价金属难以回收利用，资源浪费严重，经济损失巨大，我国再生铜的利用与欧美等发达国家相比差距很大。要扩大再生铜回收规模，加大废杂铜的再生利用，精炼工艺技术设备至关重要。目前铜火法精炼阳极炉的炉型可分为三种：固定式、回转式和倾动式[1]。
贵溪冶炼厂分别于2003年、2009年投产了一台年可处理含铜10万t物料的德国MAERL-GUATSCHI公司350t倾动炉、一台13 m3卡尔多炉处理低品位杂铜，标志着我国废杂铜冶炼工艺技术升级的开始[2]。倾动炉是处理废杂铜的理想炉型，其兼顾了回转式精炼炉和固定式反射炉的优点，但炉子运行过程中，作业率低，设备故障率高，氧化渣量多，易污染
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环境，单位能耗高，严重影响炉子的正常生产，成为生产技术的“瓶颈”。倾动炉运行状况的好坏，将影响到阳极板的物表质量，进而直接影响到铜电解的残极率、电流效率及电解铜的质量、成本和能耗水平，因而针对倾动炉常见故障及控制关键技术进行研究，十分必要。
该倾动炉为世界第9台、同吨位第2台、国内第1台，其火法冶炼废杂铜为周期性作业，按冶炼过程中所发生的物理、化学变化的特点来说，倾动炉铜冶炼工艺主要包括加料熔化、氧化造渣、还原脱氧、出渣浇铸、余热回收、布袋收尘及循环水等工序。 配料是杂铜精炼工艺中不可或缺的组成部分。因符合倾动炉设计化学成分要求的杂铜最大比例为56%，故需根据杂铜成份合理配料以顺利造渣脱杂及缩短冶炼时间。根据加料机的能力，加料机专用料箱最大装料量为4 t，杂铜打包块、电解残极及鼓风炉产的黑铜配料装箱后，专用料箱由叉车运至主厂房内地面，经吊车吊至4米平台上的平板运输车上，运输车将料箱运至炉前。
加料系统使用了德国DDS公司产的CHM200型移动式加料机，总载荷5 t，车体含料箱总长10.17 m，旋转排空料箱时间为4 s。加料机将平板运输车料箱内的固体铜物料从2个加料口
rbd-312分批加入炉内，加料便利，布料均匀；再利用2个重油烧嘴采用二次雾化及富氧助燃进行熔化冶炼，以增加冶炼能力。固体铜物料重量由吊车电子称称量记录。烧嘴的重油由重油机组供给。燃烧用风由固定在炉体上的燃烧风机提供。加料门一直关闭至固体物料充分熔化，再加入下一批物料。整个加料熔化阶段需持续约13 h。
为最大限度地除去铜中的杂质，可利用压缩空气经氧化系统喷入熔池氧化，并加入适当的熔剂进行造渣。当金属特性达到目标时，氧化造渣过程结束并排渣，液态渣通过渣流槽排入渣包，此时铜含氧约7 000 ppm。整个氧化造渣阶段持续约4～6 h。 炉子设有4组氧化还原风眼，每组2根，炉子作业时仅用1根。LPG由风眼直接导入铜液进行还原，还原过程中LPG裂解的碳反应不完全，会影响LPG利用率，但因风眼数量多于回转式精炼炉，故其还原效率要高于回转式精炼炉。倾动炉LPG的利用率仅为44%，仍有大部分未参与还原反应而溢出液面形成炭黑，LPG耗量增大；还原过程中烟气中的碳部分在炉内燃烧，其余在燃烧室和沉渣室燃烧；精炼好的铜水由流槽流入双圆盘浇铸机，浇铸成阳极板；阳极板叉运至临时堆场，待检和倒运至阳极板堆场。
倾动炉烟气进入沉渣室即二次燃烧室后，烟气流速变小，部分烟尘产生沉降，一次沉降室
下方设有由卷扬驱动、沿轨道运动的活动渣包车，可回收该部分烟尘及减少清理烟尘对生产的影响。还原期中，>50%的LPG裂解后的炭黑随烟气进入沉渣室，应继续向沉渣室补充空气使炭黑继续燃烧，避免黑烟污染。沉渣室出口烟温最高达1 250 ℃。冶炼烟气经余热锅炉降温后即进入采用德国DISA公司烟气净化技术的烟气净化系统；余热锅炉采用德国OSCHATZ公司振打清灰系统、管屏管束悬挂结构、摆式支撑等专利技术；锅炉出口烟温<350 ℃，经空气冷却器后进入布袋收尘器收尘，干净烟气由风机吸入排气烟囱排空；为防止布袋收尘器着火，收尘系统设置了石灰辅料添加系统。经处理后，烟气中残余烟尘含量≤10 mg/Nm3。沉渣室、锅炉、冷却器、旋风收尘器及布袋收尘器收集的烟尘返熔炼C烟尘处理。
氧化造渣结束后，渣排入渣包中进行冷却，冷却好的固体渣翻入渣壳场，并用吊车的电磁铁砸碎；沉淀在包底的铜并不能砸碎，该锅盖式的冷铜需分检出来回炉处理；砸碎后的固体渣运至渣堆场。排渣结束后，LPG经还原系统输送至风口而吹入熔池，还原铜中的氧，铜含氧量<200 ppm时，完成还原，整个还原阶段时间约1～3 h。
还原完毕，需用氧气烧开出铜口，炉体倾转进行浇铸。炉子出铜作业与浇铸机配套灵活，
发生浇铸故障时，炉子可由液压驱动迅速往回倾转，避免了反射炉可能出现的“跑铜”事故；一旦突发停电事故时，泄压后炉体具有安全自动复位功能。浇铸时间根据浇铸机的能力而定[3]，通常单圆盘或双圆盘浇铸时间分别约8～10 h或4～6 h。
氧化精炼的基本原理在于铜水中存在的大多数杂质，对氧的亲和力都大于铜对氧的亲和力，且多数杂质的氧化物在铜中的溶解度很小，当空气中的氧鼓入铜水中便优先将杂质氧化除去。氧化精炼基本反应如下：
氧化精炼的温度不得过高，以1 140～1 170 ℃为宜，而杂铜精炼是为了造渣的需要，氧化造渣的终点温度应为1 180～1 200 ℃，此时铜中约饱和了8%的氧化亚铜。其实，氧化过程是一个动态的过程，上述影响因素是从金属- 渣相的理论考量，然而在实际生产中的影响主因有炉内压力、杂质及其氧化物的挥发性、比重、造渣性等。
杂质的氧化物及硫化物将有一部份溶解于熔融状态的铜液中，另有一部份杂质则以炉渣夹杂物形式混于熔体中，而大部份金属杂质在熔体中是以游离状态存在的。
Al、Si、Mn、Fe、Zn、Ni、Sn、Pb、S、Bi、Sb、As、Ag、Au等杂质的氧化先后次序可
根据热力学的数据计算排列出，去除杂质的影响因素很多且复杂，难易程度也不尽相同，其主因包括铜液中含杂的比例及对氧的亲和力；杂质及杂质氧化物在铜液中的溶解度、造渣性、挥发性及与铜液的比重差；若杂质及氧化物在铜液中的溶解度越大，该杂质就越难除去；若杂质对氧的亲和力越小，该杂质就越难氧化，则越难脱除。
高温闸板阀降低渣含铜的基础是造良性渣。低沸点金属杂质除挥发进入烟气外，氧化阶段金属杂质的氧化物与石英砂形成良性渣极为重要，目的是为了分离杂质。稀渣形成时，杂质与铜分离的效果好，说明氧化结束，可通过目测熔体表面，取样判断决定。渣层厚度有时可达150mm，渣中的Cu2O、SiO2、FeO、Al2O3、CaO、MgO等主要金属化合物与SiO2结合成渣，且渣的粘性与温度有关，炉温低，渣的流动性相对较差，反之亦然。FeO是造渣必须的添加剂，是杂铜中及添加剂中的Fe全部熔化富集形成的氧化物。
线圈盘渣量的变化会随着入炉物料成分的变化而改变，每炉渣量波动范围为20～35t，造渣率约8%。氧化阶段，易生成渣，而氧化结束，造渣即完成。氧化开始时生成的渣呈粘性且不均匀，为造稀渣，需深度进行氧化，而继续氧化渣量增加，会使熔体温度相应提高。应正确使用添加剂，以得到最佳的渣型；加入物料成分的配比、混合均匀；熔炼时，要快速提温
等是决定渣型的主因。熔炼温度高，易造良性渣，但倾动炉精炼渣含铜高达30%～40%，必须加以回收处理。而高熔化点氧化物Al2O3 (2053℃)、ZnO (1725℃)、CaO (2570℃)的生成量决定着渣型；氧化物Cu2O、PbO与SiO2的结合会降低渣的熔点，SiO2/FeO的重量比则决定着良性渣的生成，且通常以SiO2/FeO=5/3较适宜，氧化终点含氧约为0.7%～0.9%。
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