闪速熔炼炉泡沫渣的成因和预防措施(1)(2)

闪速熔炼炉泡沫渣的成因和预防措施

刘富全

中铝东南铜业有限公司熔炼厂，福建宁德 352100

摘要：分析了闪速熔炼炉泡沫渣发生的成因 ,同时提介绍出了泡沫渣预防和处理措施

关键词：闪速熔炼；炉温；渣型；泡沫渣

前言

目前国内铜冶炼工艺比较先进的“双闪”技术，即“闪速熔炼”、“闪速吹炼”冶炼工艺，在中国已有四座双闪铜冶炼厂。某厂设计能力为年产阴极铜400kt/a，硫酸1460 kt/a。该厂从建成至投产生产过程中不断设备改进与技术革新，于建成当年产出第一块阳极铜板。在试生产过程中熔炼炉因停炉后复产发生泡沫渣工艺事故 ,现就其原因作一简要分析 ,并提出预防和处理措施。

1 工艺简介

闪速熔炼是铜冶炼“双闪”炼铜的熔炼工艺，主要功能是处理铜精矿、烟尘、吹炼渣、渣选精矿、石英砂的混合物料，炉料在反应塔内与富氧空气完成氧化脱硫反应及造渣、造冰铜反应，生成的冰铜经冰铜风淬系统风淬后及冰铜磨研磨干燥后送闪速吹炼系统吹炼，熔炼渣经缓冷后进入渣选系统。烟气经过余热锅炉、电收尘净化后和吹炼炉烟气混合后送制酸厂制酸。

2 产生泡沫渣的情况

泡沫渣发生在闪速熔炼炉停炉保温再次投料复产时段。在停炉保温期间，通过采取增加柴油辅助升温，在闪速熔炼炉靠近反应塔侧形成明显的停炉前的生料堆，逐渐熔化反应。停炉保温期间，多次尝试进行熔体排放，由于铜渣分离不清和炉内熔体粘度较大，熔体下部温度较低等原因，排放困难，熔体排出效果不明显。

闪速熔炼炉停炉保温反应塔侧检尺炉内熔体总液面高640mm。发生泡沫渣前两小时炉内液面异常增高，测得反应塔侧熔体液面高740mm。熔炼炉再次投料生产，炉内产生泡沫渣从燃烧器口、观察孔逸出。现场取样泡沫渣较轻，渣面凹凸不平，渣内部有许多的气孔。

3 泡沫渣的成因

3.1 炉渣的组成

闪速熔炼熔炼过程中 ,石英石的量需要经过数模计算 , 某厂熔炼炉渣型Fe/SiO

2

控制1.35左右 ,在此范围之内 ,渣的粘度小 ,熔点低 ,容易操作。该厂停炉时炉内局部有生料堆积，局部熔渣呈现过氧化状态且熔渣已不能继续放出。虽然在保温期间对炉况采取了增加柴油升温措施进行处理，炉内生料有熔化

并有交互反应现象发生，总液面升高。但炉内Fe

3O

4

含量已经40%以上，超出正

常范围过多，使得渣熔点升高,流动性差,粘度增大,操作困难,发生泡沫渣事故。表1是某厂发生泡沫渣时闪速熔炼炉各位置的渣成分化验结果。

表 1渣成分化验结果

由化验结果可以看出Fe

3O

4

含量较高，正常Fe

3

O

4

在25%以内，炉渣流动性较

好。由相图FeO-SiO

2系状态图可知，Fe

3

O

4

含量与炉内的氧势有关，随冰铜品位

上升，Fe

3O

4

含量呈现上升趋势，控制Fe

3

O

4

的方法是加入块煤、焦炭。该厂处理

的方式是加入20-30mm无烟块煤和100-250mm焦炭，由于焦炭粒度偏大，现场效果不好，在渣层表面漂浮，不易熔化。

3.2炉内的气氛

闪速熔炼的作业过程是一种强烈地强化过程，氧系数是关键控制参数之一。一方面由于渣的粘度较大，氧系数过大易形成泡沫渣；另一方面，炉渣组成中的

磁性铁（如Fe

2O

3

、Fe

3

O

4

）与硫化物（如FeS）反应生成SO

2

气泡，在高温熔融熔

体中产生气体，这些气体都会促使熔体形成泡沫。风、氧和熔渣的各种反应所产生的气体，如果能量足以冲破泡沫，那么最终形成大量泡沫渣的机率就小，反之在酸性熔融炉料中形成大量泡沫的机率就高，最终导致事故。

3.3 炉况的控制

闪速熔炼炉渣温控制在1280～1300℃左右，随着熔炼过程的进行，炉渣Fe

3O 4

含量急剧增加。工艺操作中，炉渣Fe

3O

4

含量一般控制在20%左右，保证Fe

3

O

4

在

炉渣中的溶解度，防止Fe

3O

4

大量析出炉渣粘度增加。因为炉温控制过低，即炉

渣过热度不足时，炉渣的表面张力变小，表面积就愈易增大即小气泡愈易进人而使之发泡，气泡合并长大及从渣中逸出的阻力变大，渣中气泡的稳定性增加。所以控制合理的炉温，保持炉渣流动性，是保证正常生产的前提。

在操作过程中氧系数控制的合理，磁性铁产生的少，被还原成为FeO的概率就大，反之炉内氧化气氛太强，就会造成FeO被氧化变成磁性铁，形成熔点较高的铁尖晶石，因而使渣的熔点和粘度都有所提高。在操作过程中，要结合不同炉况，控制合理的氧料的比例，减少磁性铁的生成，从而降低液渣的粘度。

4 泡沫渣的预防措施

1）在操作过程中控制好氧系数，使炉料中的铁不被还原成单质铁或被氧化形成

Fe

3O

4

，而以FeO的形态参与造渣。当炉内Fe

3

O

4

含量高于25%以上时，及时采用

焦粉或无烟煤进行还原和调整炉况。如果现场有条件可以用直径100-250mm，长1000-2000mm干原木进行还原，泡沫渣液面下降速度快，还原效果更好。

2）严格控制炉温，使其炉温控制在1280～1300℃。

3）现场注意取样观察。由于生成了磁性氧化铁使炉渣粘度增加。可以对炉渣样品进行视觉检查判断，注意观察取样杆上炉渣的厚度和断面变化。

4）熔炼炉停炉保温，停炉前铜面控制在满足再次开炉低液面以内，停炉后尽可能的将渣层放薄，控制渣层厚度在100mm以内，熔体总液面750mm以下，再进行放铜作业。

5）熔炼炉内有生料、炉内熔体过氧化、炉内粘渣层较高等炉况下需要长时间停炉时，要组织工艺操作人员对炉况进行分析，采取措施将炉内熔体液面放低，才能进行复产。

5 结论

泡沫渣是在铜冶炼工艺过程中通常都会出现的一种常见工艺事故。发生泡沫渣并不是由某一种单独原因引起的,而是多种因素共同作用引起的,本文只分析闪速熔炼炉过氧化时的泡沫渣，仅仅是泡沫渣种类之一。

对于闪速熔炼炉如果能采取严格的预防措施，精心操作,控制好炉温,时刻注意炉况的细微变化，做好配料计算,控制好渣型,根据化验结果及时作出调整。就可有效地预防泡沫渣的产生。