NGL炉精炼废杂铜工艺及其应用

废杂铜火法精炼有别于液态熔融粗铜的火法精炼，其精炼工艺和装备有很大差异。目前国内大多数废杂铜精炼厂都是采用固定式反射炉精炼，存在氧和还原剂利用率低、自动化程度不高、工人劳动强度大、操作环境恶劣、环境污染严重等诸多问题。国外大都采用倾动炉技术处理废杂铜，具有环保、安全、自动化程度高等优点，但是倾动炉没有熔体微搅动装置，传热传质能力较差，结构复杂。针对现有废杂铜处理技术的不足，中国瑞林工程技术有限公司研发了“NGL”炉废杂铜火法精炼工艺和装备，现已在国内几个大型废杂铜处理工厂应用。

一、废杂铜火法精炼的特点

由于废杂铜来源广，成分复杂，形状各异，所以其火法精炼工艺和装备有如下特点：（一）加料、熔化时间长

加入炉内的废杂铜均为固体冷料，有块状、粉屑状和丝状料打成的包块，加料速度慢，熔化时间长。在废杂铜火法精炼中，加料和熔化时间占作业周期的一半以上，消耗的燃料占总量的80%以上，所以废杂铜火法精炼时加料速度和熔化速率对生产效率和能耗影响很大。

（二）成分复杂，精炼难度大

废杂铜中除了含有Pb、Zn、As、Sb、Bi、Ni、Fe等金属元素，还经常含有卤族元素如F、Cl、Br和有机物等。进入火法精炼工序的废杂铜一般杂质含量在4%～20%，而液态熔融粗铜含杂质一般在0.5%～2%，所以废杂铜的精炼需要根据不同的除杂要求反复氧化和造渣，有时还要造碱性渣等，所以精炼难度高，时间长。

（三）渣量大，排渣次数多

废杂铜精炼造渣率一般在5%～10%，入炉物料品位低时造渣率更高。炉渣含铜高达20%～35%，渣量大、黏度大，所以废杂铜精炼炉在结构上要考虑方便出渣作业。

（四）挥发物多，烟气处理系统要求高

废杂铜精炼过程中有大量可挥发物进入烟气，如Pb、Zn和未燃尽的有机物等，有时烟气含尘高达100g/m3，生产中控制不当会严重粘结炉子出口、烟道和余热回收系统，给烟气处理带来很大的麻烦。

二、NGL炉工艺及设备介绍

NGL炉是结合倾动炉和回转式阳极炉的优点而开发的。侧面有大的加料门和渣门，另一侧有氧化还原口和透气砖，炉体可在一定角度内转动。目前设计的NGL炉能力为100～270t，图1为250t能力的NGL炉主、俯视图及操作炉位图。

图1 NGL炉示意图

NGL炉工艺处理废杂铜步骤为：用加料设备将废杂铜从侧面的炉门装入到炉内，采用燃料燃烧加热熔化物料，既可使用气体燃料，也可使用粉煤等固体燃料，可采用普通空气助燃，也可采用富氧或纯氧助燃。当物料熔化了五分之一左右，开始从炉底的的透气砖供人氮气，物料熔化后将炉体倾转一定角度，使氧化还原口埋入铜液，将氧化风送入铜液中进行氧化作业，出渣时将炉体转到出渣位倒渣。将炉体转回到氧化作业位置，采用天然气或液化石油气作为还原剂，经氧化还原口送入炉内铜液中进行还原作业，还原完成后将炉体倾转进行浇铸。除装料外，一直持续稳定的经透气砖向炉内鼓入氮气对熔体进行微搅拌。

为进一步了解NGL炉的熔化速率和寻求氧化风口的最佳位置，对NGL炉的精炼过程进行了计算机仿真，参考仿真结果对炉体结构、燃烧器的设置、氧化风口和透气砖的位置进行了调整。

三、NGL炉工艺的优点

（一）加料、扒渣方便。可在炉体侧面靠近平台处设置加料门和渣门，炉料可用加料车方便快速的加入。炉渣门靠近渣线设置，既可倒渣，也可方便的扒渣；

（二）热效率高。炉体紧凑、密闭，氧化、还原管道固定在炉体上，作业时不需要打开炉门操作，热量外泄少，漏入的冷空气少。在炉体上布置了多块透气砖，通入氮气搅拌，加速了传热传质，缩短操作时间，节省燃料消耗；

（三）安全性高。由于炉体可以转动且氧化还原管道固定在炉体上，避免了人工持管操作可能发生的安全事故，减小了工人的劳动强度；遇到故障时炉子可迅速转到安全位置，避免“跑铜”事故的发生，操作安全；

（四）环保条件好。炉体密闭性能好，氧化、还原时不需要打开炉门操作，减少了烟气外逸；借助炉体转动可以控制氧化还原管的埋入深度，加上透气砖的氮气搅拌作用可提高还原剂的利用率，减少黑烟生成；在炉后设置有完善的烟气处理系统，烟气通过烟罩导入双体结构的二次燃烧室，烧尽可燃物后进余热锅炉回收余热，再进入布袋收尘达标后排放；

（五）自动化程度高。整个系统采用了DCS控制，工艺参数均通过仪表自动检测和调节，对一些需要精确控制和与安全有关的作业实现了电气连锁。

四、NGL、炉工艺的主要技术经济指标

炉料平均含铜90%；NGL炉能力250t（投料量270t／炉）；NGL炉作业周期24h(其中：加料及熔化14h、氧化4h、还原2h、浇铸4h)；精炼渣率5%;精炼渣含铜35%；炉子最大出口烟气量（熔化期）：空气助燃时25000m3／h，纯氧助燃时5000m3／h；每吨阳极天然气单耗：空气助燃时110m3，纯氧助燃时60m3；每吨阳极还原剂（天然气）单耗8m3；浇铸机能力80t/h；每吨阳极（杂铜－阳极铜）综合能耗50kgce(空气助燃且回收余热蒸汽时)；每吨阳极国家能耗先进值290kgce。

可以看出，如果采用纯氧助燃时，烟气量仅为空气助燃时的20%，烟气带走的热量少，燃料消耗低，烟气处理系统可大为缩小，减少投资和运行费用，目前国内几个工厂的NGL 炉均采用纯氧助燃的燃烧器。

五、NGL炉工艺的拓展

对NGL炉工艺进行技术拓展是为了使其具有更强的功能和更广泛的用途。

（一）采用富氧空气精炼

为了使进入NGL炉处理的废杂铜品位进一步降低，提高经济效益，正在研究采用从氧化还原口鼓入富氧空气精炼废杂铜，以提高NGL炉的氧化强度和效率。由于NGL炉上有多组氧化还原管和多块透气砖，改善了氧化还原反应时动力学和热力学条件，与转炉相比，透气砖使氧气在熔体中的扩散更均匀，而且熔体的搅动不剧烈，对风口区耐火材料影响小，相同氧量的利用率比转炉高。

（二）利用NGL炉直接生产国际电工标准的铜杆

国外已有利用品位94%以上的废杂铜精炼直接生产标准为EN1977(1998) CW005A的火法精炼铜杆，优点是省去电解精炼过程，大幅度节省了能耗和生产成本，国内已有企业从国外引进了该技术和设备。在提高NGL炉的氧化强度和效率后，再进一步研究精炼过程如何选择合理的氧化剂、造渣剂、渣型等使精炼过程仅脱除有害杂质，保留有效金属成分，同时开发精炼与加工设备之间精确联动的自动化控制系统，最终实现将90%的废杂铜精炼后直接进入连铸连轧设备生产达到国际电工标准的铜杆，获取更大的经济效益。

六、结论

NGL炉工艺与设备是国内自主创新的技术。具有结构简单、效率高、能耗低、自动化程度高、环保好、投资低等优点，已在国内几个大型废杂铜再生工厂得到应用。