中条山有色金属集团有限公司侯马冶炼厂采用Ausmet公司的浸入式喷枪顶吹技术吹炼铜锍，生产粗铜。在该工艺的初始设计中，选择传统的铁橄榄石渣Fe/SiO 2比，并控制在1.4 ~ 1.6。吹炼过程中氧势过大，导致渣中Fe304含量和粘度增加，容易产生泡沫风险和安全隐患。铁橄榄石钙渣的应用试验就是为了解决这些问题。
1.铜顶吹工艺简介
铜锍顶吹炉是一种立式圆筒形冶金炉。来自熔炼系统的热铜锍通过溜槽和堰进入顶吹炉，冷铜梳和熔剂通过皮带系统从顶部孔口加入炉内。高温熔池中的铜锍与浸没喷枪提供的氧气反应造渣脱硫，最终生产出含铜99%以上、含硫0.2%的合格粗铜。顶吹炉可以单炉操作，也可以连续吹。炉渣通过溜槽进入水淬系统，并作为返料返回熔炼系统。粗铜通过溜槽输送到粗铜精炼系统。烟气经余热锅炉和电除尘回收余热后，送至制酸系统生产硫酸。与传统的PS转炉吹炼工艺不同，整个吹炼过程都是在厚渣中进行的。喷枪的鼓风先氧化炉渣，过氧化物炉渣在强搅拌条件下与铜锍接触，完成脱硫和制铜反应。
(1)工艺流程图(图1)
(2)顶吹转炉简介
吹炼炉高12.7米，直径5.24米，喷枪富氧顶吹。喷枪的供气压力为280 ~ 300 kPa，流量为480m3/Min。吹炼炉为圆筒形钢壳，内衬耐火材料，顶部和烟道斜坡采用钢纤维浇注料。炉子顶部设有喷枪口、加料口和备用燃烧器口。炉底为粗铜出料口，距炉底900mm处为排渣口，距炉底1200mm处为与堰体的连接口。炉子结构图见图2。
(3)采用铁橄榄石渣吹炼炉的操作参数。
吹炼炉的具体操作参数如下。加料方式:通过堰体加入50%左右的热冰铜，通过皮带系统加入50%左右的冷冰铜；铜锍品位58% ~ 62%；炉温控制:第一循环1250℃，第二循环1300℃；枪位控制:枪头200mm高于炉内理论金属相界面；渣控制:Fe/SiO 2 = 1.2 ~ 1.6，Fe 304 15% ~ 20%；供气压力为280 ~ 300 kPa粗铜品位> 99%。
(4)铁橄榄石渣使用中的问题
在顶吹炼铜过程中，炉内熔体需要保持一定厚度的渣层，参与反应的氧大部分是由渣转移的。顶吹炼铜过程中，吹入渣层的空气体首先氧化渣层，通过熔体的剧烈搅拌使渣层与铜锍接触，达到造渣脱硫的目的，这样渣容易被氧化产生泡沫渣，这是顶吹炼铜给操作过程带来的一大难题。吹炼炉渣的发泡与炉渣的过氧化程度密切相关。通过对FeO-Fe2O3-SiO2体系相图的分析，发现体系平衡氧分压的增加会导致Fe3O4的固相析出。因此，要使铁橄榄石渣保持熔融均相，必须保持较高的操作温度，使Fe3O4熔融在镁橄榄石渣中，否则，由于磁体的析出，渣的粘度会增加，造成严重的泡沫渣事故。在生产实践中，为了控制炉渣中Fe3O4的过量，往往采用较低的炉渣Fe/SiO 2和较高的炉温控制措施，但这些控制方法增加了吹炼炉的生产成本，也影响了炉衬寿命。通过调整渣型来控制渣中Fe3O4含量一直是吹炼炉生产和应用的关键技术指标之一。
二、钙铁橄榄石渣模应用的理论基础
根据FeO-Fe2O3-CaO体系的相图，在冶炼温度(1200 ~ 1300℃)和较宽的氧分压范围内(P02 = 10-6 ~ 105 Pa)，该体系具有均匀的液相区，渣系在Fe3O4中有很大的溶解度，可以避免固态Fe3O4的析出。
CaO-FeO-SiO 2系统延续了FeO-Fe2O3-CaO系统相图的特征。在1250℃的熔炼温度下，该体系具有较大的液相区。虽然CaO FeO Si02的熔点为1223℃，高于2Fe0 Si02，操作温度较高，但在实际吹铜生产中，铁橄榄石渣在高氧势条件下是一块磁铁。炉子操作需要达到1250-1300℃。钙铁橄榄石渣型理论上适合于顶吹渣型应用，因为它可以避免更多的固体Fe304沉淀。
三。钙铁橄榄石渣的应用试验
从2007年9月12日至9月23日，进行了30个操作周期的铜锍顶吹钙铁橄榄石渣型应用试验，根据CaO-FeO-SiO2体系选择渣型控制目标。
(1)目标炉渣类型(图3)
(二)测试操作参数
测试参数如下。加料方式:热冰铜50%左右，冷冰铜50%左右；风量为400 m3/h；炉温控制:1250 ~ 1300℃；枪位控制:枪头200mm高于炉内理论金属相界面；炉渣成分控制范围:Fe/SiO 2 = 1.2 ~ 1.6，Cao 7% ~ 15%，Fe 304 15% ~ 20%。
(3)原料和产品成分的典型分析(表1 ~ 3)
表1炉内冷冰铜成分/%
由于炉渣中含有A1203、MgO等成分，所以吹炼炉渣实际上是一个非常复杂的系统。在CaO含量5% ~ 15%的目标控制值范围内，进行了30炉次试验。实验发现，当炉渣中CaO含量控制在15%时，过多的石灰石助熔剂会消耗过多的热量，增加炉子的燃料比。在生产实践中，较低的CaO含量可以改善炉渣的性能，在正常炉温操作条件下，将炉渣的实际CaO含量控制在5% ~ 7%较为合适。
(Fe3O4的影响
侯马冶炼厂顶吹炉经过2007年9月的试验，开始使用钙铁橄榄石渣。表4显示了实际生产中Fe3O4含量的分析。之前铁橄榄石渣中Fe3O4含量为15% ~ 22%，泡沫渣事故发生时Fe3O4含量甚至超过30%。
表4炉渣中Fe3O4的含量/%
(六)炉衬的影响
经过一年半的生产实践，在维修时对炉衬进行了检查，发现使用钙铁橄榄石渣系并不影响镁铬质炉衬的使用寿命。
四。结论
(1)钙铁橄榄石渣系可以降低炉渣的Fe3O4含量，改善炉渣的流动性，降低炉渣起泡的风险，改善炉口、烟道和喷枪的结合，对镁铬耐火砖无影响；
(2)铜梳顶吹炉使用的钙铁橄榄石渣系中CaO含量可控制在5% ~ 7%；
(3)钙铁橄榄石渣系可以很好地应用于铜梳顶吹炉。
