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1、闪速熔炼炉工艺培训祥光铜业潘如春1、铜精矿的成分自然界的铜主要以硫化矿和氧化矿形式存在，特别是硫化矿分布最广。硫化矿 采用火法冶炼进行处理，氧化矿用湿法进行处理。我们处理的铜精矿均为硫化矿， 各主要物相成分如下：矿种类成分Cu (%)Fe (%)S (%)辉铜矿CuS79.8020.2铜蓝CuS66.4033.6斑铜矿Cu3FeS355.516.428.1黄铜矿CuFeS 234.530.535黄铁矿FeS。046.653.4铜精矿一般由黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、硫铁矿（FeS2）等其中两种或两种 以上混合而成，并含有一定的脉石成分（SiO2、Al2O3、CaO、MgO等）及金属 的氧化物如氧化
2、镁，氧化铝等。熔炼炉入炉物料主要为硫化物和较少的氧化物。 硫化物组成成分有：CuFeS2、CuS、Cu2S、FeS2、FeS、ZnS、PbS、NiS 等。氧 化物有：SiO2、Al2O3、CaO 和 MgO 等以及 Fe2O3、Fe3O4、Cu2O、CuO、ZnO、 匕匕 0匕 00 l匕NiO、MeO Fe2O3。铜精矿设计成分见下表:成分CuSFeAsPbZnSiO2CaO+MgO%2729.5260.250.30.761.5铜精矿含水10%。粒度-200目占80%。闪速炉对原料要求较高，对物料的粒度、水份都有很高的要求。闪速炉实现的是 自热反应，在冶炼过程中不需要外部供热（或需要很少的热
3、量），所有对混合精 矿的化学成分也有要求，对铜精矿的含铜和S/Cu有一定要求，过高的S/Cu造成 反应热量多，过低的S/Cu造成反应热量低（烟灰和吹炼炉渣等冷料处理不掉）。2、FSF配料计算按车间配料单（配料计划变更指令书）在熔炼计算机数模中，设定 铜精矿、FCF渣、渣精矿等配料比例，然后计算出所需要的石英沙配比，从而得 到入炉混合精矿的成分。根据石英沙比例，我们可以保证反应得出的渣型合理。配料计算得到的混合精矿成分是FSF炉况控制的基础。配料的准确性非常重要，将直接关系到炉况控制的精确性。3、熔炼反应过程1）高价硫化物的热分解熔炼未经焙烧或烧结处理的生精矿或十精矿时，炉料中含有较多的高价硫化
4、 物，在熔炼炉内被加热后，离解成低价化合物，主要反应有：2FeS2(s)-2FeS(s)+S2(g)(2-1)300r开始，560C激烈进行：2CuFeS2(s)f Cu2S(s)+2FeS(s)+1/2S2(2-2)550 C开始：2CuS(s)=Cu2S(s)+1/2S2(2-3)400 C开始，600 C激烈反应。2)硫化物氧化在现代强化熔炼炉中，炉料往往很快地就进入高温强氧化气氛中，所以高价 硫化物除发生离解反应同时，还被直接氧化。主要的氧化反应有：高价硫化物的直接氧化2CuFeS2+5/2O2=(Cu2S - FeS)+FeO+2SO2(2-7 )2FeS2+11/2O2= Fe2O
5、3+4SO2(2-8 )3FeS2+8O2= Fe3O4+6SO2(2-9 )2CuS+O2=Cu2S+SO2(2-10)低价的化合物的氧化反应2FeS (l)+3O2(g) = 2FeO(g)+2SO2 (g)(2-11)10Fe2O3(s)+FeS (l) = 7Fe3O4 (s)+SO2 (g)(2-12)2Cu2S (l)+3O2 (g) = 2Cu2 O(l)+2SO2 (g)(2-13)Cu2O(l)+FeS(l)= Cu2S+FeO其它有色金属硫化物(NiS、PbS、ZnS等)也会被氧化成相应的氧化物。在强氧化气氛下，还会发生下列反应时，Fe3O4生成量较多。Fe3O4容易在炉壁
6、 形成挂渣，在炉底析出形成炉底粘结，对炉体耐火材料起保护作用。3Fe O(l)+1/2O2 = Fe3O4 (S)(2-14)3)沉淀池造渣反应2FeO(l) + SiO2 =2FeO - SiO2(2-15)炉渣是以2FeO - SiO2(铁橄榄石)为主的氧化物熔体。铜铳与炉渣互不相溶，且密度各异从而分离。在氧化气氛的造铳熔炼中，只能依靠与FeS的作用来还原，即：3 Fe3O4 (s)+FeS = 10(FeO)+SO2 (g)A Go=761329455 千焦(2-16)式中()为渣相，为冰铜相。反应要在1400C以上才能向右进行，而且Kp值很小。铁硫化物生成Fe3O4的趋势是不可避免的，
7、只是随炉型，程度不同。在强氧 势及良好的气固接触经过氧化反应，炉料中铁的一部分形成Fe3O4，纯Fe3O4的 熔点高(1597C )在渣中以Fe-O复杂离子状态存在。当其量较多时，会使炉 渣熔点升高，比重增大，恶化了渣与铳的沉清分离。当熔体温度下降时，Fe3O4 会析出沉于炉底及某些部位形成炉结，还会在冰铜于炉渣界面上形成一层粘渣隔 膜层，危害正常操作。加入SiO2后，体系变成Fe3O4-FeS-SiO2系，反应为：FeS(l)+3Fe3O4(s)+5 SiO2(s) =5(2FeO - SiO2)(l)+SO2(g)AG0=625.28 0.44 kJ (T1205K)(2-17)由于SiO
8、2的存在，Fe3O4的破坏变得容易了，在1100C就能进行造渣反应。 随温度的升高，平衡常数Kp值增大。在1300 C时，Kp值比1100 C时提高了 107倍。可见SiO2的存在是Fe3O4破坏的必要条件。氧化反应熔化的共品物和硅酸盐便是初铳和初渣，它们在运动过程中继续被 加热升温，同时又溶解了其它的难熔物。在进入熔池时，完全形成了炉渣和冰铜， 由于两者结构不同，不相互溶解，且比重又有差异，较重的冰铜颗粒窜过渣层沉 于熔池底部形成冰铜层，实现了与渣的分离。4、三大控制参数控制参数冰铜品位渣温渣 Fe/SiO2控制目标值70%1300C1.30正常范围6972%12801310C1.251.3
9、5说明从平衡两炉生产，从 热量和产能及综合 能耗角度考虑。渣温控制从炉体安 全方面和冰铜、渣排 放角度考虑。从保证渣排放顺畅 和减少石英砂消耗 角度考虑。1)冰铜品位通过控制投料时的氧系数来实现。氧系数，就是每吨矿的耗氧量，如氧系数 为168Nm3/t，即每吨混合矿投料时，进入喷嘴的总氧量除以投料量为168Nm3/t， 总氧量指进入喷嘴的工艺风、中间氧总量。品位一定时，提高氧系数，品位上升； 降低氧系数，品位下降。品位修正时，会引起渣温及渣中铁硅比变化，要注意对 其它参数进行修正。2) 渣温主要通过控制烟灰加入量、工艺风氧浓度、反应塔天然气进行控制。通常烟 灰加入量应与系统烟灰发生率基本保持一
10、致，短时间可以通过增减烟灰调整温 度；工艺风氧浓度控制对渣温控制很常用，但工艺风氧浓度控制范围还考虑反应 条件、排烟系统情况，熔炼炉氧浓度控制范围一般在55%85%；反应塔天然气， 当通过前两者不能满足渣温要求时，需要通过反应塔烧嘴提供热量，保证渣温， 一般来说，为减少能耗反应塔尽量不烧天然气，但反应塔烧嘴对反应有一定帮助 作用。3) 渣中铁硅比通过配料时，控制石英砂加入量，来控制渣中铁硅比。增加配料中石英砂比率， 渣中铁硅比下降；降低配料石英砂比率，渣中铁硅比上升。铁硅比正常控制在 1.30左右，控制过高或过低，渣的粘度都会变大。一般来说，渣中铁硅比，仅从 从配料中的石英砂比率进行控制，但在
11、实际控制中还受冰铜品位变化，石英砂皮 带计量，石英砂料仓纯度等影响。渣中Fe3O4含量与渣中铁硅比有一定关系，铁 硅比高时，Fe3O4在渣中的溶解度低。在冰铜品位高时，渣中铁硅比高时，Fe3O4 易析出造成渣粘，渣口粘结放渣困难；如果此时温度下降过快，将使渣中Fe3O4 大量快速析出成Fe3O4相，排渣情况恶化，甚至冰铜排放也困难（Fe3O4熔点高 能从冰铜中析出，造成粘结）。5、三大参数的控制控制参数冰铜品位渣温渣 Fe/SiO2操作参数氧系数烟灰加入量、工艺风氧浓度 或反应塔天然气量配料石英砂比率备注说明增加氧系数，提高品 位；减少氧系数，降 低品位。提氧系数时， 温度会上升，渣铁硅 比也
12、会上升。品位达 到71%左右，再提高 品位，渣中Fe3O4会 快速上升，需控制好 铁硅比及温度。渣温通过烟灰加入量、工艺 风氧浓度、反应塔天然气量 来控制。增加烟灰加入量， 渣温下降；提高反应塔氧浓 度，渣温上升；提高反应塔 天然气量，温度上升。渣温 一般控制在 1290 C -1300 C。渣温过高对炉况 控制带来危险，同时中间物 料处理能力下降，造成水淬 渣、筛上物等积压。增加石英砂比率 时，铁硅比下降； 减少石英砂比率 时，铁硅比上升。 提品位时，铁硅比 会上升；降品位时， 铁硅比会下降。铁 硅比高，Fe3O4在渣 中溶解度容易析 出，造成放渣困难。6、炉况控制的特点1）延时特点体现在两
13、个方面：一个方面是：配料操作变化后，投料参数需要延时。变更配料后，物料要经 过干燥，输送，然后再炉顶干矿仓一段时间后，才能进入反应塔反应，这需要一 定延时。另一个方面是：反应异常变化需要一定时间后，才能从控制参数明显表现出 来，炉况变化判断需要积累一定的经验。预先根据温度准确判断炉况变化趋势， 能避免炉况异常，造成各项控制指标大幅波动。2）可预判性因为熔炼熔池大，渣温、品位、铁硅比等参数实际结果与反应情况存在一定 差异，需要进行预判。比如前一次冰铜品位71%，此次冰铜品位68%，我们可以判断现在产出冰 铜品位为66%左右，而不是分析出来的68%。我们需要判断是反应异常导致， 还是原料成分变化导
14、致。首先应排除反应状况异常，反应状况异常可以从检尺和 炉温以及硫酸情况反应出来。同样，炉温从1300C，短时间升至1315 或降低至1280 。说明目前反应 产出的温度，可能达到1320C以上或者1270C以下，需要尽快找出原因。品位、温度突然变化，如果都降低说明反应异常或入炉物料变化。温度、品 位上升说明反应情况好转（可能前期修正过度）或者配料造成入炉成分异常变化。7、控制参数之间的相关性温度、品位、铁硅比三者之间存在密切的相关性。如果其中一个变化，其它 参数都会相应变化。比如：在实际供氧量大于设定值时，冰铜品位上升，温度上升，铁硅比也会 上升。炉况异常是，冰铜品位下降，渣温也会下降，铁硅比
15、也下降。我们可以从品位、温度、铁硅比单项变化，然后参考其他两项，以及结合检 尺情况和硫酸烟气成分情况，来综合准确判断炉况的变化趋势。炉况控制，需要把握准确趋势，把变化趋势控制好，炉况才能稳定。8、FSF 渣熔炼渣中四氧化三铁含量直接关系到熔炼炉放渣情况。渣中Fe3O4含量放渣情况备注16困难温度高，渣口仍粘结渣中与品位、铁硅比、温度之间的关系：铁硅比合适，渣温合理，Fe3O4含量一般不超过16%，放渣正常。在品位高，温度低，铁硅比高时，渣Fe3O4含量可能超过20%，造成放渣持续困 难。高品位时，应注意温度控制，避免大幅降品位同时降温操作。另外炉况异常，会造成反应塔局部反应异常，渣Fe3O4含量高，检尺异常，渣排 放困难。二期“双闪”在线控制下阶段工作“双闪在线自动控制的目标：“双闪”数模数模计算结果将自动对投料
