冰铜水淬与实践
有色金属(冶炼部分)2009年2期 · 33·
冰铜水淬与实践
刘卫东
(祥光铜业有限公司,山东阳谷252327)
摘要:简要介绍了冰铜水淬“INBA”系统在祥光铜业的生产工艺,分析了冰铜在水淬过程中产生爆炸的
原因。阐述了冰铜性质、冰铜温度、水淬水压、相对水量等内外条件对沙状冰铜品质的影响,总结了“IN—
BA”系统在生产实践中存在的问题和整改措施。
关键词:熔融冰铜;砂状冰铜;冰铜粒度;爆炸
中图分类号:TF811文献标识码:A 文章编号:1007—7545【2009)02—0033--03
Matte...
有色金属(冶炼部分)2009年2期 · 33·
冰铜水淬与实践
刘卫东
(祥光铜业有限公司,山东阳谷252327)
摘要:简要介绍了冰铜水淬“INBA”系统在祥光铜业的生产工艺,
了冰铜在水淬过程中产生爆炸的
原因。阐述了冰铜性质、冰铜温度、水淬水压、相对水量等内外条件对沙状冰铜品质的影响,总结了“IN—
BA”系统在生产实践中存在的问题和整改措施。
关键词:熔融冰铜;砂状冰铜;冰铜粒度;爆炸
中图分类号:TF811文献标识码:A 文章编号:1007—7545【2009)02—0033--03
MatteGranulationandPractice
LIUWei—dong
(XiangguangCopperCo.。LTD,Yanggu252327,China)
Abstract:Theproductionprocessofmattegranulation“INBA”systemappliedbyXiangguangCopperisde—
scribedandthereasonofexplosioninmattegranulationprocessisalsoanalyzed.Theimpactsofmatte
chemicalproperty,mattertemperature,granulationwaterpressureandcomparativewaterquantity,etc.
interiorandexteriorconditionsonthequalityofsandmatteareexplainedandtheproblemandcorrection
measuresof“INBA”systeminproductionpracticearesummarized.
Keywords:Meltingmatte;Sandmatte;Mattesize;Explosion
闪速吹炼和闪速熔炼一样,都要利用物料的巨
大表面积,为达到闪速吹炼入炉物料粒度(70%≤
0.047mm)的
,需要将闪速熔炼产出的熔融冰
铜转化为固态砂状冰铜,再细磨成冰铜粉,为此祥光
铜业引进了一套“INBA”水淬系统,其工艺过程的基
础是用带压的冷水对高温熔融冰铜进行水淬。
1 工艺流程简介
高温熔融冰铜由闪速熔炼炉放铜口排出后经出
铜溜槽导人粒化塔内,在粒化塔内由粒化水箱喷出
的带压水流进行水淬而得到砂状冰铜;再由渣浆泵
将水、砂混合物打到脱水转鼓内,在脱水转鼓内完成
水、砂分离;水淬过程中产生的蒸汽由烟囱排到大气
中;分离出的水由循环泵送到冷却塔进行降温处理
后,再通过粒化泵参于系统循环;砂状冰铜由转运皮
带连续运至脱水仓进一步脱水,以达到含水5%~
作者简介:刘卫东(1970--),男,熔炼车间副主任,大学.
8%的要求。
2 影响砂状冰铜粒度的因素
砂状冰铜在脱水转鼓内是依靠细目(0.6mmx
0.8mm)的筛网和粗砂滤细沙的原理而达到水、砂
分离的;而且砂状冰铜还不能直接作为闪速吹炼的
入炉物料,要经过冰铜磨的细磨和干燥,这就对砂状
冰铜粒度提出要求:粒度过大会影响冰铜磨的正常
运行,粒度过小会造成收集困难。一般要求砂状冰
铜粒度控制在1mm~8mm,理想状态3mm~5
mmo
2.1水淬过程中的化学反应
熔融冰铜在水淬的过程中会出现爆炸现象(习
惯叫做冰铜放炮),这是因为水与高温熔融冰铜接
触,在急速汽化膨胀的同时,还会发生化学反应【1]:
Cu2S+2H20=Cu+S02(g)+2H2(B)(1)
万方数据
· 34· 有色金属(冶炼部分)2009年2期
△G=354343—315.06T
FeS+H2O—FeOd-H2S(g) (2)
△G=91211.2—123.6T
3FeS+4HzO=Fe304+3H2S(g)+H2(g)(3)
△G=247777—454.1T
由于粒化塔与大气相通,且在粒化塔的顶部设
有排汽烟囱,粒化塔内的空气流动很快,有充足的氧
气,生成的可燃气体H。S和Hz还会和空气中的氧
气发生反应:
2H2+02—2H20 (4)
△G=一503921d-117.36T
H2S+02—2H20+S02(g)(5)
△G=1125161.3d-389.5T
以上为放热、增容反应,在高温状况下反应速度
极快,由于反应剧烈,释放热能的速度极快,体系不
能在有效的时间内将热量散发出去,就会产生剧烈
的局部升温;汽化膨胀和反应中瞬间产生的高压气
体来不及扩散,在压缩的过程中就会产生巨大的压
力,当这种压力使气体以极快的速度扩散时,就会产
生高温高压气流在瞬间释放能量的现象(爆炸)。爆
炸产生的冲击波对熔融冰铜和已经冷却固化的砂状
冰铜都有分散和破碎的作用,使之形成细目的颗粒。
在祥光铜业的生产实践中,由脱水转鼓收集到的颗
粒≤0.3mm的细目冰铜就达到10%~20%,脱水
转鼓未收集到而沉降于中间水池的细目冰铜达到
6.9%,甚至有一0.047mm的细目冰铜出现。
2.2冰铜温度对砂状冰铜粒度的影响
由反应式(1)~(3)中的△G可以看出,冰铜温
度对反应的方向和速率影响极大,随着温度的升高,
△G减小,从热力学的角度看,温度的升高有利于反
应的进行;从动力学角度看,温度升高反应会加快,
反应时间会缩短。冰铜温度越高,反应越剧烈,反应
的产物越多。产生的可燃气体就越多,反应式(4)、
(5)的反应机率越高。爆炸的频率越高、威力越大,
产生的细目冰铜也就越多。同时冰铜温度越高,流
动性越好,流量也就越大,相对水量会减小。而且随
着冰铜温度的升高,黏度会降低,熔融冰铜更容易被
分散。在祥光铜业的生产实践中,当冰铜温度低于
1220℃时,水淬现场只有间断、微弱的爆炸声,脱水
转鼓内的水位也很低;当冰铜温度高于1270℃时,
水淬现场的爆炸声连续、剧烈,脱水转鼓内的水位上
升很快、很高,甚至会出现转鼓溢流的状况。脱水转
鼓的水位代表了水能否顺利的穿过脱水转鼓的细目
网孔,水位的高低反映出了筛网的堵塞程度,说明了
细目冰铜的多少。通过在粒化塔出口取样分析,在
水淬水压相同(350kPa),冰铜品位相近的状况下,
当冰铜温度为1210。C时,≤0.3mm的细目冰铜约
占6%~8%,当冰铜温度为1280℃时,≤0.3mm
的细目冰铜约占16%~22%。在正常生产中,考虑
到闪速熔炼炉炉况的控制,冰铜温度控制在1240
1 260℃比较合适。
2.3水淬水压对砂状冰铜粒度的影响
熔融冰铜从出铜溜槽流人粒化塔,在落入粒化
塔水中前,受到安装在溜槽底部的粒化箱喷射出的
带压水流的冲击,分散为小液滴,同时快速冷却为固
态小颗粒。水压越高,分散的效果越好,颗粒数越
大,产生的细目冰铜就越多;但压力过小的水流不能
有效地将冰铜流分散,会造成相对水量减小,增加爆
炸的机率,爆炸的机率越高产生的细目冰铜就越多。
在同一次的冰铜排放当中,通过调整水淬水压,水淬
水压高时产生的细目冰铜比水淬水压低时产生的细
目冰铜要少。而且没有被分散的冰铜流落入水中,
会带人大量的热能,会使其周围的水迅速汽化,汽化
膨胀同样会引起爆炸,而且只要冰铜在熔融状态,同
样会发生化学反应引起爆炸。如果涌入水中的冰铜
过多,一旦爆发,会引起恶性爆炸事故。考虑到安全
生产,水淬水压一般控制在350~450kPa比较合
适。
2.4水淬水量对砂状冰铜粒度的影响
熔融冰铜小液滴固化的速度取决冰铜由过热温
度下降到熔点的时间,冰铜在水淬的过程中,水为主
要的换热介质。相对水量越大,换热的过程就越短,
固化的速度越快,小液滴相互间及小液滴与固态小
颗粒间再结合的机会就会大大降低;同时快速冷却
固化也阻止了化学反应的进行,水汽化膨胀引起爆
炸的机会同样会减小,一般水铜比控制在15:1。
相对水量的大小取决于粒化喷头的形状、粒化喷头
分布状况、冰铜流量、冰铜流的分布状况以及水淬水
压。
2.5 出铜溜槽对砂状冰铜粒度的影响
冰铜流的分布状况受出铜溜槽形状的支配,“弧
形”底溜槽会造成冰铜流的分布不均,两侧的冰铜流
由于相对水压、水量较大,会形成较细的颗粒;而中
间的冰铜流由于相对水压、水量较小,不能有效的分
散和急速冷却,使爆炸的机率增高。为保证冰铜流
的均匀分布,一般采用“平形”底溜槽。同时冰铜在
出铜溜槽内是处于降温的状态,难免会形成粘结(习
惯叫做固铍),尤其是悬挂在溜槽出口粘结(习惯叫
万方数据
有色金属(冶炼部分)2009年2期 · 35 ·
做溜槽挂胡),会在冰铜流和水流间形成隔墙,阻碍
水淬的进行。大量的熔融冰铜未经粒化就涌入水
中,会引起恶性爆炸事故;产生的块状冰铜会损坏渣
浆泵,堵塞粒化塔;产生的固铍需经破碎处理方可使
用,增加了生产成本。为防止此类状况出现,要适当
提高冰铜温度,并通过保温的方式,使冰铜在流经出
铜溜槽后温降尽可能小。
3 水淬系统的水质控制
反应(1)~(3)、(5)的产物中都含有SO:或
H。S,SO:与水反应的产物是亚硫酸,H。S的水溶液
为氢硫酸(弱酸),两种物质都会使水淬水质恶化。
随着水淬过程的进行,水淬水的pH逐渐减小,酸性
增强,腐蚀设备,使设备的寿命缩短。为此需要在水
系统中连续补加碱性溶液以中和连续产生的酸性物
质,保证水的酸碱度,一般水中的pH控制在7.5~
8.5。
4 “INBA"水淬系统在祥光的实践
综前所述,冰铜水淬与炉渣水淬不同,砂状冰铜
的粒度受冰铜遇水放炮的性质影响极大。“INBA”
水淬系统在祥光的生产初期主要问题集中在砂状冰
铜的两极分化和细目冰铜的收集上。
4.1大块的产生与防治
在祥光的生产中。水淬过程中约有1.5%的大
块(≥50mm)冰铜(固铍)产生,这部分固铍会堵塞
粒化塔和造成渣浆泵故障,并影响下道工序的生产
顺行,常常需要停产清理。究其原因主要是出铜溜
槽采用的是水冷铜溜槽,虽然在水冷铜溜槽上设有
保温烧嘴,但冰铜流与水冷铜槽接触部的冰铜仍然
会降温固化,尤其是在溜槽的出口部,溜槽的挂胡现
象非常严重,这一部分固铍被爆炸产生的冲击波击
落到粒化塔中形成大块;而且保温烧嘴燃烧的是天
然气,燃烧后的烟气会在水冷铜槽上形成冷凝水,引
起出铜溜槽放炮,严重威胁操作安全。根据这一状
况,祥光铜业将出铜溜槽改为由耐火材料制成的保
温溜槽,在合适的冰铜温度下,大块的产生机率非常
低,基本上不用停产清理;同时因为溜槽的保温效果
好,溜槽的保温天然气用量只有整改前的1/3,产生
的经济效益也相当可观。
4.2细目冰铜的收集
如前所述,“INBA”水淬系统在生产中随着冰铜
温度的变化,产生的≤0.3mm的细目冰铜约占冰
铜量的20%~30%。大量的细目冰铜不能被转鼓
收集,参与水系统的循环,对循环管道和水泵的磨损
极大,普通水泵叶轮的使用寿命只在生产三万吨冰
铜左右;同时大量的冰铜沉积于冷水池,造成水系统
无法正常循环,每生产三万吨冰铜必须停炉清理,每
次的清理时间需要3—5天。为减少细目冰铜的产
生和有效的收集细目冰铜,祥光铜业在原有的工艺
条件下,对粒化头的几何形状、水流的喷射方向、水
淬水压、相对水量等作了一系列调整;同时在水系统
中增设沉降池,大大降低了循环水的含砂量,保证了
生产顺行。 ·
5 结语
冰铜水淬作为对熔融冰铜处理的新工艺,“IN—
BA”水淬系统也是第一次用在熔融冰铜的粒化上,
也没有很好的成功经验,在生产实践中还会有很多
新问题出现,还会有很多技术难题需要探讨。
参考文献
[1]傅崇说.有色冶金原理[M].北京:冶金工业出版社,
】984.
万方数据
冰铜水淬与实践
作者: 刘卫东, LIU Wei-dong
作者单位: 祥光铜业有限公司,山东阳谷,252327
刊名: 有色金属(冶炼部分)
英文刊名: NONFERROUS METALS(EXTRACTIVE METALLURGY)
年,卷(期): 2009(2)
参考文献(1条)
1.傅崇说 有色冶金原理 1984
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