大规模生产FRHC铜和阳极铜的成本优化

２０１２年４月第２期谭春梅摘译：大规模生产ＦＲＨＣ铜和阳极铜的成本优化・１・

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ｊ国外工程技术；

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大规模生产ＦＲＨＣ铜和阳极铜的成本优化

谭春梅摘译

（云南铜业公司，云南昆明６５０１０２）

【摘要１废杂铜是一种有价资源，它应用于精矿铜冶炼、再生铜和铜加工行业。根据废杂铜质量，可以

直接用它生产不同类型的半成品，如：阳极铜、铜棒或作为精矿铜冶炼过程中的冷却材料。

尤其是高品质的废杂铜可用作倾斜式和固定式反射炉的炉料，后者广泛用于回收废杂铜。这种炉

子采用单一物料进行熔炼、精炼和浇铸生产阳极铜，或是生产用于制作铜棒的ＦＲＨＣ铜（火法精炼高导

电性铜）。

精矿铜冶炼的特点是冶炼厂的年生产能力越来越高，单位生产成本越来越低。对比精矿铜冶炼的

最新发展，ＦＲＨＣ铜棒和新的再生铜厂的生产中看不到这种趋势。然而，单位生产成本低对于废杂铜的

回收极为重要，因为要比精矿冶炼厂生产阴极铜拥有成本优势。大部分用于生产ＦＲＨＣ铜棒的炉子年

生产能力仍然很小，每天的生产能力仅为５０。８０ｔ。

本文提出为什么再生铜行业尤其是生产ＦＲＨＣ铜棒的炉子没有明显大型化的趋势。不同炉型的单

位生产成本和单位投资成本之间的差异表明，大型炉子和可选择性的炉子有助于生产成本的优化。由

于这些小型炉子大多建于发展中国家，对发展中国家能源成本和劳动力成本增加的影响也进行了讨论。

【关键词】ＦＲＨＣ铜；阳极铜；废杂铜；回收；能效

【中图分类号１ＴＦ８１ｌ【文献标识码１Ｂ【文章编号】１６７２—６１０３（２０１２）晓－０００ｌ－０７

ｌ导言

根据微观经济学的基础理论，大多数生产工艺

可以理解成所谓的“规模经济”。比较同一产品的两

种生产工艺，其区别仅存在产量上。预计，高产出或

高重复率的工艺，将导致特定的生产成本降低。单

位成本降低的主要原因可归结为：在采购、生产、融

资、营销、技术和学习效应方面所占有的优势，这些

优势得益于较高的重复性。然而，也要考虑其他因

素，如：受供应短缺或环境影响而导致的原材料成本

的增加，这些因素也会使已取得的成本优势下降，导

致生产成本的增加。

规模经济效应理论的有效性可以从其它行业中

看出，如汽车工业、信息及通信技术产业以及农业。

ｆ译者简介】谭春梅ｆ１９６７一）．女．云南曲靖人，副译审，云铜公司冶

炼加工总厂负责翻译组织工作。

【收稿日期ｌ２０１ｌ—ｃｒ７—２７批量生产的发明，导致了汽车的发明。今天，发

达国家的大多数人都能供养汽车。同理，世界上大

多数人都能用得起移动电话。同时，在农业领域，土

地规模变得越来越大，自动化程度高，技术先进，劳

动成本低，产量高，从另一方面来说，使得我们今天

的食物成本降低了。

除了以上所举例子外，铜工业也是一个典型案

例，即生产工艺的单位成本优势可以通过提高产量

来实现。

本文简要描述了目前铜冶炼工艺以及精矿铜冶

炼厂、再生铜厂规模的扩大。提出了在过去几年精

矿铜冶炼厂的平均规模及其年产量（见图１）的增长

超过再生铜冶炼厂及ＦＲＨＣ铜厂的原因。

以再生铜厂及ＦＲＨＣ铜厂使用的安德里兹・梅

尔兹炉（ＡｎｄｒｉｔｚＭＡＥＲｚ）为例，本文讨论了通过采用

规模效应，实现阳极铜及ＦＲＨＣ铜棒的高效生产。

万方数据．２．中固有色冶金

Ａ卷生产实践篇・ＩＲ９＇ｂＴ＿程技术

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图２１９７６．２００９年世界铜冶炼产量

２精矿铜冶炼厂的现状

精矿铜冶炼行业始终保持不断发展，世界铜年

产量持续增加，如图２所示。这种发展的主要特点

是合理地提高生产率，降低能耗，加强环保，提高操

作的稳定性和安全性。

过去几十年里，现有冶炼厂的产能不断扩充，新

建冶炼厂的规模不断扩大，使得铜冶炼由间断生产

发展到连续生产。抛开能源成本和精矿价格上升的

因素，铜精矿转化成阳极铜的单位生产成本降低了。

安德里兹・梅尔兹公司响应此种发展趋热，于２００５１２００６年间出售给中国阳谷祥光铜业公司一台

世界上最大的铜阳极炉，与现有产能２ｘ６３０ｔ的闪速

炉配套。

３再生铜厂的现状

虽然过去几十年间新增的及现有的精矿铜冶炼

厂的产量有了持续的增长，但再生铜冶炼厂的产能

和ＦＲＨＣ铜棒的产量没有得到同样的增长。再生铜

厂根据不同的处理原料分为以下三种类型：

・ＦＲＨＣ铜棒厂，采用高品位废杂铜；

・阳极铜工厂，原料为中等品位的废杂铜；螂量

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万方数据２０１２年４月第２期谭春梅摘译：大规模生产ＦＲＨＣ铜和阳极铜的成本优化・３－

・阳极铜工厂，原料为低品位的废杂铜和电子

废料。

采用低品位废杂铜及电子废料生产阳极铜的工

厂与其它两个不同的是，在过去几年内保持着增

长。大部分采用这种电子废料的工厂位于欧洲．大

多采用如顶吹旋转炉、奥斯麦特炉、艾萨熔炼炉或类

似的冶金炉来处理这种废料，这些设备具有较高的

冶炼效率。通常，这些炉子可以结合鼓型炉使用，进

行最终的精炼和阳极浇铸作业。过去冶炼工艺中使

用的采用焦炭的竖炉，由于环保及经济的原因，现在

一般很少用了。

众所周知，在铜工业中，阳极铜生产厂处理中等

品位废杂铜的历史由来已久。在阳极铜生产厂，通

常采用梅尔兹倾斜炉、梅尔兹固定式炉和梅尔兹膛

式竖炉。过去这些炉型产能一般在８０—３５０ｔ／ｄ，而现

有的新式炉型产能达到８００ｔ／ｄ。

由于环保条例的限制，尤其在九十年代，东欧和

前苏联国家停止出口废杂铜，造成废杂铜短缺，结果

导致欧洲和北美的再生回收冶炼厂关闭，取而代之

在东欧、俄罗期、印度及中国纷纷建起新的熔炼炉。

通常这些新冶炼厂的处理能力均小于北美及欧洲冶

炼厂停产前的处理能力，因此经济效益较低。

同样，生产ＦＲＨＣ铜棒工厂在过去２０年里更多

的使用规模为６０ｔ及８０ｔ的小型炉及小型浇铸生产

线。其中一个原因是这些生产线的投资成本较低。

采用中等品位废杂铜进行阳极铜的生产则可使用大

型生产线。与今天所采用的小型生产线相比，这些

大型生产线的产能高达８００删，与３５ｔ，１１的浇铸生产

线相结合，每吨生产成本降低很多。

４回收废杂铜的安德里兹・梅尔兹炉

安德里兹・梅尔兹产品系列包括熔炼炉和精炼

炉，这些炉子用于精矿铜冶炼和再生铜冶炼，以及处

理工业铜废料，如阴极铜和高质量废杂铜；同时还包

括用于铜、废杂铜及贵金属精炼的转炉。优化的工

艺可以用于生产高质量的导线，金属丝／电线、管材、

定制产品、以及电解用的阳极铜。重点讨论阳极铜

及ＦＲＨＣ铜棒的再回收生产，采用不同品位的废杂

铜，使用下列炉子和炉子组合：

・鼓型炉（椭圆形）（熔炼、精炼和浇铸）

ｏＦＲＨＣ铜和阳极铜生产

・倾斜反射炉（熔炼、精炼和浇铸）

ｏＦＲＨｃ铜和阳极铜生产・膛式竖炉（熔炼），附带两台鼓型炉（精炼和浇

铸）

ｏＦＲＨＣ铜和阳极铜生产

・顶吹旋转转炉（熔炼、精炼）．附带鼓型炉（精

炼和浇铸）

ｏ从低品位废杂铜生产阳极铜

４．１回转式鼓型炉

铜工业中广泛应用的炉型是鼓型炉。鼓型炉的

能力取决于它的功能，鼓型炉用于废杂铜熔炼、阳极

铜或ＦＲＨＣ铜的精炼和浇铸，能力为２０—３０ｔ，形状

为椭圆形。用鼓型炉进行精炼和浇铸，最高处理能

力仅为２５０ｔ。大型炉子既可以和一台梅尔兹膛式

竖炉配套使用，也可以与顶吹旋转转炉、奥斯麦特炉

或艾萨熔炼炉配套。这些炉子用于最终的精炼。生

产合格的阳极铜或ＦＲＨＣ铜。图３是与奥斯麦特炉

或艾萨炉配套的回转炉，用于处理低品位废杂铜和

电子废料。

图３雠＿、童砭…，，

由于鼓型炉呈圆筒形，所以鼓型炉的熔池面和

熔池深度的比值较小。炉子的几何形状和大的旋转

角度（沿纵轴）限制了加料和大量固体物料的熔炼。

现有的表面积有限，结果辐射传热速度降低了。因

此，如果每批要熔炼３０ｔ以上的铜。最好采用一台顶

吹旋转转炉、或一台倾斜炉或一台膛式竖炉。小型

鼓型炉呈椭圆形，表面较大一些。

然而，鼓型炉的精炼工艺效率高于倾斜炉。通

过风服将压缩空气和富氧喷入炉中进行氧化，风眼

位于熔融金属的下面。采用同样的方式喷吹还原

剂，进行还原作业。氧含量是ＦＲＨＣ铜的关键指标，

喷人鼓型炉内的氧含量比喷入倾斜炉内的氧含量

低，可以更好地进行ＦＲＨＣ铜棒的生产。精炼风眼

位于熔池的下面．沿纵轴方向旋转炉体，从而增加了

熔池深度。可以浸投多个风鼹。通过风眼高速喷吹

精炼气体，可提高工艺效应、降低成本、缩短工艺时

万方数据．４．中固有色冶ｄｒ－

Ａ卷生产实践篇・国外工程技术

间。氮气、氢气或其它介质喷吹元件的安装，是为增

加熔炼过程的传热速度，提高熔池的均匀性。喷吹

元件对精炼工艺同样有好处，加速了氧化和还原。

采用一台可编程控制器，可以轻松控制熔融金

属的浇注作业。平稳而均匀的转动炉子得到速度理

想、连续均匀的金属流。炉子排放口的位置使得熔

池底部的金属出现虹吸现象，使金属和任何残留的

浮渣分离开来，这些浮渣可能会降低产品的质量。

４．２倾斜式反射炉

研发了一种适应性强的倾斜式反射炉，可以在

单台炉子中熔炼、精炼和浇铸大量单块原料的废杂

铜。与熔炼用的小型鼓型炉相比，倾斜炉具有以下

优点：

・快速填装大量的废料；

・熔池面较大，传热快，可快速熔炼。

倾斜式系统的作业灵活。通过炉体侧墙上部的

开孔将废杂铜加人炉子中。采用一台移动式加料机

或者

可配

加料

达到倾斜炉的其它优点还包括：在保持熔池液位的

同时．还能再次加料，如果浇铸机遇到紧急情况或出

现故障时，可以立即停止金属流。

４．３竖炉，膛式竖炉

梅尔兹竖炉可以熔炼阴极铜、残极、高品位废杂

铜．能效高达７０％。由于梅尔兹烧嘴系统是单烧嘴

控制，且炉形是优化的几何形状，所以效率非常高。

采用一台料斗吊车将物料加人竖炉中。烧嘴呈放射

状安装在竖炉的下部，负责提供熔炼能量。废气经

过通道向上进人竖炉的上部，预热固体废料。铜水

通过包子或溜槽送到后面的工序。

与竖炉的相同原理，安德里兹・梅尔兹公司开发

了梅尔兹膛式竖炉，用来高效熔炼大量中等品位和

高品位的废杂铜，见图５。与两台鼓型精炼炉配套，

膛式竖炉（ＨＳＦ）将竖炉熔炼的有效传热性和倾斜式

反射炉操作的灵活ｌ生相结合，取得了很好的精炼效果。

图４梅尔兹倾斜炉的加料端

一旦熔炼足够量的物料后，就可以安全地转动

炉体了。炉体转到精炼位置，浸没风眼。喷人氧化

空气除去杂质，形成渣层。如果需要的话，可以喷入

更多的添加剂，去除关键元素（如镍和其它元素）。

以铜水中溶解氧的含量为指标，当氧化完成时，炉体

转回到原位。

炉体转到排渣位置，除去熔池面上的渣。烧嘴

火焰和喷吹系统的脉冲有助于排渣，将渣推向排渣

门。一旦放完渣，炉体又转回到精炼位置，进行还原

作业或者进一步氧化，直至达到最终的金属成分。

如果达到了理想的化学成分，铜水既可以浇铸成阳

极铜．也可以送往铜棒浇铸机中。兹膛式竖炉

膛式竖炉是一种单台炉．包括两个部分：通道部

分负责熔炼，炉膛部分负责液态铜的收集和处理。

采用一台料斗吊车将废料加入竖炉中。沿着竖炉的

下部安装了４—８个烧嘴，提供熔炼用的一次能量。

熔炼速度可达到５０“ｈ。高温废气向上经过通道。

固体物料在通道上部得到了预热。铜水和渣流进炉

膛进一步加热和处理。

炉膛部分收集的熔融铜与渣的混合物，直至达

到最大容量。炉膛容量通常为３５—１５０ｔ液体。炉膛