富氧側(cè)吹爐上部結(jié)構(gòu)的改造

劉清漓

（新疆喀拉通克礦業(yè)有限責(zé)任公司 富蘊(yùn) 836107）

喀拉通克礦業(yè)公司富氧側(cè)吹爐屬于熔池熔煉工藝，由長沙設(shè)計院為銅鎳礦設(shè)計，是國內(nèi)第一家側(cè)吹爐煉鎳爐型，于2011年3月試生產(chǎn)運(yùn)行。其砌體結(jié)構(gòu)分爐底砌體、爐缸砌體、上部砌體三部分。通過三年的生產(chǎn)實(shí)踐，爐底砌體、爐缸砌體表現(xiàn)正常，但上部爐膛空間砌體結(jié)構(gòu)存在問題，不能滿足生產(chǎn)的需要。

1 上部砌體的結(jié)構(gòu)及使用情況

側(cè)吹爐上部砌體又細(xì)分為三部分：熔煉池內(nèi)上部砌體、上升煙道水套下部處上部砌體、上升煙道水套內(nèi)襯。

1.1 上部砌體的結(jié)構(gòu)

原設(shè)計結(jié)構(gòu)為：三層水套上部至爐頂水套下部的空間，用水冷梁圍成框架，水冷梁內(nèi)用鎂鉻質(zhì)耐火澆注料澆注一圈，澆注層厚230 mm，高770 mm。澆注料上部砌鎂鉻質(zhì)半再結(jié)合耐火磚9層。上升煙道水套內(nèi)襯用同樣材質(zhì)耐火磚砌筑。結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 富氧側(cè)吹爐

1.2 上部砌體的使用情況

2011年3月15日，側(cè)吹爐投料生產(chǎn)，熔渣溫度按1220℃左右控制，原礦處理量26～32 t/h。至4月中旬，發(fā)現(xiàn)渣口開始出磚；5月中下旬，渣口大量出磚，有時一個班次，從渣口可漂出20～30塊磚，磚型較完整，為上部砌體用磚。從爐后部觀察孔觀察爐內(nèi)，發(fā)現(xiàn)熔煉池兩側(cè)的澆注料層剝落嚴(yán)重，澆注料層上部的耐火材料砌體，多處坍塌。9月下旬停爐時，水冷梁內(nèi)的澆注料層只剩余20～50 mm，耐火磚砌體除角部外全部掉落。

1.3 砌體損壞原因的初步分析

在2011年的側(cè)爐生產(chǎn)中，爐溫控制較低，表現(xiàn)為爐膛上部粘結(jié)嚴(yán)重，結(jié)瘤厚度多在500～1000 mm間。設(shè)備處在磨合期，停風(fēng)多。停風(fēng)后爐內(nèi)溫度下降，結(jié)瘤脫落，磚墜下。

鎂鉻質(zhì)澆注料耐火度不夠，造成澆注料層剝落。澆注料層的剝落，使耐火磚砌體失去支撐，從而造成耐火磚砌體的坍塌。

2 第一次改造及效果

鑒于上述認(rèn)識，咨詢相關(guān)廠家，2012年二季度檢修時，耐火澆注料材質(zhì)由鎂鉻質(zhì)澆注料改為高溫抗熱振性較好的鉻剛玉澆注料，耐火磚不變。7月3日投料生產(chǎn)后爐溫控制上調(diào)，熔渣溫控制在1250℃左右，使上部結(jié)瘤厚度不超過500 mm，但效果不明顯。至9月份，澆注料層剝落，耐火磚砌體掉完，水冷梁水溫上升，水冷梁內(nèi)水垢增多而影響換熱效果，從9月份起，開始頻繁出現(xiàn)水冷梁漏水事故，存在較大安全隱患。說明單純改換不同材質(zhì)耐火澆注料，不能解決爐子上部砌體快速掉落問題。

2012年因水冷梁漏水，側(cè)吹爐停風(fēng)檢修統(tǒng)計見表1。

表1

3 第二次改造及效果

上部砌體損壞的關(guān)鍵點(diǎn)，在于澆注料層剝落后，耐火磚砌體失去支撐。以此為出發(fā)點(diǎn)，制定了進(jìn)一步改造方案：

（1）取消水冷梁結(jié)構(gòu)，用鋼板圍成上部框架。

（2）取消澆注料層結(jié)構(gòu)，增加一層“L”型銅水套，用銅水套替代澆注料支撐耐火磚砌體。

（3）耐火磚厚度由230 mm改為495 mm，內(nèi)層為380 mm鎂鉻質(zhì)耐火磚，外層為115 mm保溫磚。改造后見圖2、圖3、圖4。

圖2

圖3

圖4 L形銅水套

2013年3月開始實(shí)施改造，4月下旬側(cè)吹爐投料生產(chǎn)。5月16日上升煙道下部對應(yīng)的改造部位鋼圍板燒紅，經(jīng)停風(fēng)檢查，前端砌體除貼近L形銅水套底端的4層外，上部7層磚只殘余20～80 mm。從殘磚形狀上，可以明顯看出，耐火磚為高溫?zé)龘p。前端砌體補(bǔ)砌后，采用外部噴淋降溫的方式維持生產(chǎn)至9月下旬。

第二次改造后，上部耐火磚砌體前端在生產(chǎn)20 d左右，出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)龘p現(xiàn)象，前部兩側(cè)砌體在生產(chǎn)一個半月左右，也出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)龘p現(xiàn)象，而熔煉池兩側(cè)上部耐火砌體，至9月底停產(chǎn)檢修時仍很完整，無明顯燒蝕剝落現(xiàn)象。上升煙道鋼水套內(nèi)襯耐火磚砌體至9月底，前端部及兩側(cè)靠近前端部位，基本燒蝕剝落完，局部剛水套直接被高溫?zé)煔鉀_刷而漏水。

對第二次改造后的情形進(jìn)行分析，確定熔煉池上部結(jié)構(gòu)改造已成功，能滿足生產(chǎn)需要。上升煙道處上部砌體結(jié)構(gòu)，仍不能滿足生產(chǎn)，需要進(jìn)一步改造。并確定了上升煙道處砌體損壞的原因是高溫?zé)g。產(chǎn)生高溫?zé)g的原因是：

（1）原礦離解出的單元體S，在此處燃燒氧化放熱;

（2）燃料不完全燃燒產(chǎn)生的CO氣體，在此處燃燒氧化放熱;

（3）二次風(fēng)主要在此處補(bǔ)充進(jìn)入爐內(nèi)，使此處呈現(xiàn)較強(qiáng)的氧化氣氛。故上升煙道處氣體溫度比熔煉池上部氣體溫度要高。

4 第三次改造及效果

吸收、總結(jié)前兩次改造的得失，制定了第三次改造的方案：

（1）熔煉池處上部結(jié)構(gòu)沿用第二次改造結(jié)構(gòu)不變動;

（2）上升煙道水套內(nèi)襯砌體結(jié)構(gòu)保持不變;

（3）上升煙道處前端及兩側(cè)砌體進(jìn)行局部嵌入銅水套，每隔3層磚鋪加一層銅水套，通過水冷來加強(qiáng)耐火磚結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，改造見圖5和6。

圖5

圖6

2013年10月實(shí)施第三次改造，10月18日投料生產(chǎn)，至2014年1月20日計劃停爐，上升煙道處耐火磚砌體完好，且期間沒有再出現(xiàn)因漏水和耐火材料燒蝕剝落而產(chǎn)生的停風(fēng)停產(chǎn)現(xiàn)象，富氧側(cè)吹爐的運(yùn)轉(zhuǎn)率保持在96%以上，有力的保證了生產(chǎn)秩序的正常與穩(wěn)定，說明第三次改造獲得成功。

5 結(jié)語

喀拉通克礦業(yè)公司富氧熔煉側(cè)吹爐上部結(jié)構(gòu)，在3年的生產(chǎn)時間段里，先后經(jīng)歷了3次改造，在實(shí)踐中不斷探索、總結(jié)、找準(zhǔn)原因，并最終改造成功。在新工藝試生產(chǎn)過程中，不斷對生產(chǎn)現(xiàn)象進(jìn)行總結(jié)、分析，是快速理順工藝流程、提高生產(chǎn)水平的關(guān)鍵。通過這3次改造，得到如下經(jīng)驗(yàn)：

（1）側(cè)吹爐上部耐火砌體不能使用澆注料結(jié)構(gòu)，因耐火澆注料抗熱振性較差，不能適應(yīng)爐膛空間的高溫環(huán)境和煙氣沖刷；

（2）上升煙道處為強(qiáng)氧化氣氛，流經(jīng)該部位的煙氣溫度較高，此處耐火材料砌體必須采用適當(dāng)?shù)慕禍乇Ｗo(hù)結(jié)構(gòu)；

（3）使用銅水套對上部耐火材料砌體進(jìn)行支撐并降溫的措施是可行的。