DOC《铜钴矿还原熔炼电炉的改造》

铜钴矿还原熔炼电炉的改造 江宇 (华刚矿业股份有限公司,北京100039) 摘要:介绍刚果(金)富利铜钴冶炼厂还原熔炼电炉的构造和冶炼工艺,分析了电炉渗漏的原因,并介绍了改造的措施和方法.

关键词:还原熔炼;

电炉;

铜;

钴;

冶炼;

改造 中图分类号:TF811;

TF816 文献标识码:A 文章编号:1007-7545(2013)01-0000-00 Transformation of Melting Electric Furnace for Copper-Cobalt Ore Reduction JIANG Yu (Sico Mining Industry Stock Company Limited, Beijing 100039, China) Abstract: The structure and smelting process of the reduction melting electric furnace at one FEZA cobalt-copper smelting plant in D.R. Congo, was introduced. Furnace leakage is investigated and transformation measurement is introduced. Key words: reduction melting;

electric furnace;

copper;

cobalt;

smelting;

transformation 刚果(金)富利铜钴冶炼厂采用电炉还原熔炼工艺处理铜钴氧化矿,建成投产后仅1个月就发生了熔体从电炉中渗漏出来的事故,而且电炉炉墙内壁腐蚀严重.通过对事故进行分析,并咨询了当地还原熔炼工艺电炉的铜钴冶炼厂后,我们对富利铜钴冶炼厂的电炉进行了改造[1-3].

1 还原熔炼电炉的构造 该厂的电炉功率为10

000 kVA,采用长方形炉型,长7.968 m,宽3.568 m,高2.280 m,炉墙倾斜10(,以利于炉体热膨胀时保持炉墙的稳定性.由于矿石中SiO2含量高达65%和添加石灰石作熔剂造酸性炉渣,因此,电炉渣线以下墙体使用抗酸的异型微孔碳砖,渣线以上墙体使用铝铬碳砖,在炉体外墙中嵌入铜水套,对炉墙加以冷却保护.电炉炉墙构造:围板、铜水套、380 mm厚的微孔碳砖;

炉底构造:两层380 mm+380 mm厚的铝铬碳砖、镁砂捣打层、黏土砖、底板;

合金、炉渣放出口构造:压板水套内镶嵌100 mm厚的石墨衬套、380 mm厚的碳砖炉墙;

微孔碳砖之间的砖缝使用碳质胶泥进行黏结和填充,炉顶采用耐火钢纤维浇注料整体浇注,以保证电炉的密闭性和使用寿命.

2 电炉冶炼工艺 富利铜钴冶炼厂设计入炉铜钴矿成分(%):Co 2.

20、Cu 2.

50、Ni 0.

30、Fe 4.

00、SiO2 65.

00、CaO 0.

33、MgO 4.

82、S 0.

05、其它20.85.先在电炉中将铜钴矿熔化并还原为铜钴合金,形成合金层和渣层,然后定期放出炉渣和合金.在铜钴矿冶炼过程中加入还原剂焦碳进行还原熔炼(焦碳占矿石的7.5%),再加入矿石量52%的石灰石进行造渣.冶炼过程中要保证合金能够充分地从炉渣中沉降分离出来,需要在电炉内保持厚度达1 m左右的渣层,电极插入渣层中靠电极与渣层界面上的微弧以及电流通过渣层电阻发热来进行熔化冶炼(属于埋弧熔炼).铜钴合金中钴的熔化温度是1

495 ℃,而炉渣在此温度下黏度也比较高,不利于合金从渣中顺利分离,炉渣放出也困难.炉渣温度要保持在1 550~1

600 ℃才能确保炉渣容易放出、合金与炉渣良好分离. 3电炉渗漏和炉墙腐蚀的原因分析 富利铜钴冶炼厂电炉投入生产后约1个月就发生了电炉渗漏和炉墙严重腐蚀的事故,我们对电炉内部进行检查,发现合金放出口上方炉脚压砖内侧和炉底严重磨损,电炉渗漏处腐蚀很深并可看到冷却铜水套.微孔碳砖炉墙大面积、过早地磨损.微孔碳砖砖缝腐蚀很深,达180 mm.炉底接近合金放出口处的铝铬碳砖表层磨损最大约50 mm.我们认为造成事故的原因主要是电炉的耐火材料(铝铬碳砖、微孔碳砖和碳质胶泥)的性能不适用于熔炼铜钴合金的电炉. 虽然铝铬碳砖具有抗腐蚀性、耐磨性和抗热性,并有较好的密度,但这种铝铬碳砖表面孔隙度比较高,在炉内熔体温度高达1

500 ℃以上、并在熔体搅动冲刷的情况下,这种铝铬碳砖用作炉底砖和炉脚压砖容易遭到熔体侵蚀而过早磨损.微孔碳砖是由无烟煤经高温煅烧并添加适量Al2O

3、SiO2和沥青等,经过搅拌、压制而成的,体积密度≥1.6 g/cm3,显气孔率≤18%,在熔体搅动冲刷的情况下,这种微孔碳砖也很容易遭到熔体侵蚀而过早磨损,因此,这种碳砖不适合作为铜钴矿还原电炉的炉墙.而碳质胶泥的密度远低于微孔碳砖和铝铬碳砖,抗熔体侵蚀和抗冲刷能力都较低.这就是造成电炉渗漏和炉墙严重腐蚀事故的主要原因. 收稿日期:2012-07-27 作者简介:江宇(1965-),男,广西博白人,高级工程师.

4 电炉的改造及使用效果 基于上述的分析,并经过技术经济分析、比较,我们决定对富利铜钴冶炼厂的电炉进行改造,计划在电炉炉堂内壁及炉底捣打一层电极糊,作为电炉的消耗炉衬,起到保护炉墙微孔碳砖和炉底铝铬碳砖的作用,确保生产安全和尽快恢复生产.我们先将电炉内的矿渣和合金完全清理出来后,对所有炉墙碳砖进行修补,对部分腐蚀严重的炉墙微孔碳砖和炉底铝铬碳砖进行了更换.采购了南非埃肯(Elkem)公司生产的电极糊,该公司生产的电极糊理化指标较好,塑性20%~40%,体积密度≥1.6 g/cm3;

1

000 ℃培烧后的体积密度≥1.4 g/cm3,抗压强度≥18 MPa.我们参考了当地铜钴矿冶炼电炉捣打电极糊的施工方法,先在电炉内将需要捣打电极糊的炉墙、炉底涂刷一道热沥青,以加强电极糊与炉墙的粘接,然后将电极糊放入钢板制成的槽内加热,掺入电极糊重量20%的焦炭,搅拌均匀后在炉底捣打一层100 mm厚的电极糊,接着在炉脚压砖内侧支护模板,捣打一圈200 mm高、600 mm厚的电极糊,然后在这600 mm厚的电极糊层上至电炉渣线处的炉墙内壁支护模板,捣打1圈300 mm厚的电极糊,为确保炉内电极糊捣打层的整体性,电极糊捣打必须连续作业.示意图见图1. 图1 捣打电极糊示意图 Fig.1 Sketch map of tamping electrode paste inside the electric furnace 富利铜钴冶炼厂的电炉经改造后,电炉炉膛体积较原来缩小了约15%,电炉的处理能力受到了影响.但电炉的生产安全性、作业率得到了提高.自电炉完成改造并重新恢复生产以来,作为电炉消耗炉衬的电极糊捣打层,工作寿命平均为八个月,也就是电炉需要平均三年大修二次,每次大修主要是更换这层消耗炉衬DD电极糊捣打层,无需按原设计每年更换电炉的耐火砖和微孔碳砖.电炉改造前后1个月的技术经济指标见表1.虽然电炉改造前后属于试生产期,各项技术经济指标不完全可比,但电炉自改造后至今,年处理铜钴矿石量和年产铜钴合金基本上达产达标,因此,我们认为富利铜钴冶炼厂还原熔炼电炉的改造是成功的. 表1 电炉改造前后单月的技术经济指标 Table

1 Technical and economical indexes before and after transformation 指标名称 改造前 改造后 入炉矿量/t 818.31

2 360 矿石含钴/% 2.69 3.18 产出合金/t 45.20 254.85 合金含钴/% 25.67 21.65 钴回收率/% 85(估计) 73.51 作业率/% 80.00 95.05 渣率/% 141.15 140.00 石灰石率/% 48.77 55.0. 焦率/% 6.153 6.483 吨矿石墨电极单耗/kg 6.509 6.356 吨矿电耗/kWh

2 191.836 (含设备调试)

1 302.228

5 结论 通过在铜钴氧化矿还原熔炼电炉的炉堂内壁及炉底捣打一层电极糊,作为电炉的消耗炉衬,解决了电炉的渗漏和炉墙严重腐蚀的发生,捣打层的使用寿命达到8个月,电炉改造后年处理铜钴矿石量和年产铜钴合金基本上达产达标. 参考文献 [1] 中国有色工程设计研究总院. 刚果(金)铜钴冶炼厂可行性研究报告[R]. 北京,2002. [2] 北京矿冶研究总院. 刚果(金)铜钴矿电弧炉还原熔炼试验研究报告[R]. 北京,2002. [3] 金川镍钴研究设计院. 刚果(金)铜钴氧化矿小型试验报告[R]. 甘肃金昌,2002.