傾動爐爐體的改進

鄭步東

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

傾動爐爐體的改進

鄭步東

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

闡述了某廠傾動爐運行初期暴露出的爐體缺陷，分析原因，針對性地提出延長爐體使用壽命的改進方法。

銅冶煉；傾動爐；爐體；鎂鉻磚；水冷元件

某廠擴產(chǎn)工程主要包括改造原有熔煉系統(tǒng)達到年礦產(chǎn)銅30萬t規(guī)模、新建年產(chǎn)20萬t ISA銅電解工程和年處理雜銅10萬t傾動爐工程。傾動爐本體是10萬t傾動爐工程的核心設備，2003年5月28日開始爐襯筑爐，6月15日竣工，8月1日點火升溫一次投產(chǎn)成功。傾動爐初期運行時，存在一些問題，經(jīng)過多個爐役期的實踐探索，對爐襯結構不斷改進，爐體由初期的不到一年一修，延長到一年半以上檢修一次。

1 傾動爐爐體結構

1.1 爐型結構

傾動爐的爐型結構與固定式反射爐基本一致[1]，所不同的是整個爐體支撐在鋼托架上，爐體通過專有傳動機構可以前后一定角度傾轉(zhuǎn)。典型傾動爐結構見圖1。

1—粘土磚(ANKO-42)；2、4—鎂鉻磚(ANKROM-B65)；3—鎂鉻磚(ANKROM-S55)

1.2 爐襯構造

1.2.1 爐底

為方便爐體前后轉(zhuǎn)動，爐底鋼殼體設計成反拱形，爐底耐火材料內(nèi)襯厚近1 m，由下往上分為5層：第一層為爐底板上平鋪陶瓷纖維板，第二層為干砌粘土磚，第三層為干砌鎂鉻磚，第四層為表面平鋪薄鋼板的鎂砂找平層，第五層為濕砌鎂鉻磚，爐底膨脹縫采用集中留設法。

1.2.2 爐墻熔池區(qū)

前后墻熔池區(qū)墻厚度約900 mm，從爐外向爐內(nèi)依次為陶瓷纖維板、粘土磚和ANKROM-S55鎂鉻磚，鎂鉻磚砌筑時每3塊磚留設3 mm膨脹縫，墻兩端不留集中膨脹縫。兩端墻厚約800 mm，從爐外向爐內(nèi)依次為陶瓷纖維板、粘土磚和ANKROM-S55鎂鉻磚，鎂鉻磚砌筑時每3塊磚留設3 mm膨脹縫，墻兩端不留集中膨脹縫。爐墻上的加料口、放渣口、放銅口、氧化還原風口隨爐墻同步砌筑。加料口門厚約350 mm、放渣口門厚約350 mm，分別吊掛RADEX-E12鎂鉻磚，磚間不留膨脹縫。

1.2.3 爐墻氣流區(qū)

前后墻氣流區(qū)均為弧形墻，干砌吊掛ANKROM-B65鎂鉻磚，砌筑時上下方向每隔2塊磚留設3 mm厚陶瓷纖維板1塊，長度方向每隔4塊、8塊磚留設6 mm厚陶瓷纖維板1塊，同時兩端各留設一處50 mm厚陶瓷纖維棉集中膨脹縫，墻上的觀察孔與爐墻氣流區(qū)同步砌筑。兩端墻為直墻，從爐外向爐內(nèi)依次為陶瓷纖維板、粘土磚和ANKROM-B65鎂鉻磚，砌筑時上下方向不留膨脹縫，長度方向每隔2塊磚留設3 mm厚陶瓷纖維板1塊，兩端不留集中膨脹縫，端墻上兩橢圓形耐火澆注料燒嘴孔，需與端墻同步澆注，澆注時要注意防止燒嘴孔周圍耐火磚受潮。

1.2.4 爐頂

爐頂為拱形墻，干砌吊掛ANKROM-B65鎂鉻磚，砌筑時圓周方向每隔2塊磚留設3 mm厚陶瓷纖維板1塊，長度方向每隔4塊、8塊磚留設6 mm厚陶瓷纖維板1塊，同時兩端各留設1處50 mm厚陶瓷纖維棉集中膨脹縫。

2 爐體運行情況

該傾動爐2003年8月投入生產(chǎn)，運行當中暴露出其存在缺陷，主要表現(xiàn)在以下方面：

(1)傾動爐為方便加料，前側墻上設計有2個2.4 m2矩形加料口，爐子使用10個月后，靠燒嘴側的加料口側部水冷元件熱面由于內(nèi)襯耐火材料掉落，水冷元件裸露在燒嘴火焰區(qū)域，受到燒損，出現(xiàn)冷卻水滲漏現(xiàn)象；

(2)加料口區(qū)域門框下部兩層厚鋼板燒損嚴重，耐火磚失去鋼板的剛性框架緊固，加料時雜銅直接機械沖擊耐火磚，造成斷裂，損壞嚴重，門框上部磚也因處于爐口溫度隨加料門啟閉而變化較頻繁的區(qū)域，斷裂損壞嚴重，爐子運行9個月后出現(xiàn)掉磚現(xiàn)象；

(3)出煙口端墻與二次燃燒室連接部水冷急冷環(huán)在爐子運行8個月后出現(xiàn)燒壞漏水；

(4)傾動爐運行分氧化期、還原期等不同工藝期，爐壓存在一定的波動，甚至有時呈微正壓，運行中爐頂時有漏煙現(xiàn)象。

2004年6月，工廠對傾動爐進行了第一次計劃性停爐檢修，停爐后進入爐內(nèi)檢查的情況如下：

(1)爐頂距燒嘴端墻7 m以內(nèi)范圍內(nèi)的耐火磚損耗僅剩200 mm左右，最短處約170 mm；

(2)燒嘴端端墻液面區(qū)域爐墻鎂鉻磚剩磚最短處約300 mm，而該墻其余區(qū)域損耗并不嚴重，煙氣出口端端墻液面區(qū)域損耗情況較燒嘴端端墻要好，鎂鉻磚剩磚最短處約430 mm，非液面區(qū)域基本完好；

(3)設有兩爐門的前側墻除液面區(qū)域損耗約170 mm，渣口下部砌筑的現(xiàn)場加工耐火磚損耗較嚴重，其余區(qū)域基本完好，但整個墻體均向爐內(nèi)滑出約160 mm；

(4)有氧化還原風口的后側墻液面區(qū)域耐火磚損耗約170 mm，還原風口區(qū)域風口磚損耗約300 mm；

(5)爐底僅加料區(qū)域損耗約190 mm，其余區(qū)域情況較好。

3 爐體損壞原因及改進措施

3.1 爐體損壞原因

該傾動爐用于處理雜銅，一個作業(yè)周期要完成加料、升溫、熔化、氧化、還原、排渣、放銅等操作，燃燒器加大油量燃燒升溫時，隨著溫度升高，火焰區(qū)域四周爐襯耐火材料因受高溫、強熱流、熱應力的作用，損耗嚴重。同時，當燃燒器燃燒升溫時，爐尾煙氣出口溫度相應很高，易燒壞煙氣出口的急冷環(huán)；加料時隨著爐門的反復啟閉，爐溫波動頻繁；氧化、還原期常出現(xiàn)正壓，火苗上串直燒爐頂；打包后的大塊雜銅加入爐內(nèi)過程中易對爐襯耐火磚造成機械沖擊；另外，爐體的傾動造成爐墻向爐內(nèi)滑動。

3.2 爐體局部結構改進

在傾動爐后續(xù)的多次計劃停爐檢修中，在分析損壞原因的基礎上，針對爐體結構上存在的缺陷，逐步進行改進，主要有以下方面：

(1)為防止加料門水冷元件表面耐火材料整體掉落，加料口門框水冷元件表面增設耐熱錨固件，增大耐火材料在水冷元件表面的附著力，同時將水冷元件熱面所襯耐火材料厚度減薄，盡量避開加料時的碰撞；

(2)前墻加料口下部的兩層厚鋼板改為水冷元件，強化該區(qū)域冷卻，保證加料口下部鋼結構不因高溫燒損；

(3)加料口上部爐頂拱腳磚部位設計專門的異型水冷元件，強化冷卻，加強拱腳的結構穩(wěn)定性，防止爐頂?shù)舸u；

(4)出煙口處水冷急冷環(huán)冷卻強度不足，通過改變材質(zhì)，加大冷卻水流速等強化其冷卻效果；

(5)由于燒嘴墻處于高溫區(qū)域，其液面波動區(qū)域耐火磚的損耗比其余三面爐墻的液面波動區(qū)域耐火磚損耗更快，以致與其余三面爐墻壽命不同步，且過短的耐火磚容易造成其上部爐墻倒塌，直接威脅生產(chǎn)安全。通過在該區(qū)域增設水冷元件，強化冷卻，減緩耐火磚的損耗，從而提高其壽命，進而達到延長整體爐墻使用壽命的目的。

3.3 爐體局部筑爐改進

加強筑爐管理，對砌爐細節(jié)進行改進，具體如下：

(1)加料口下部、放渣口下部原現(xiàn)場加工磚改成定型組合磚，砌筑時不再現(xiàn)場臨時加工；

(2)爐頂原設計為干砌，傾動爐運行中爐壓的波動，甚至有時正壓，高溫煙氣外泄，對爐頂金屬吊掛件損傷厲害，后續(xù)的檢修中改成濕砌，加強爐頂?shù)拿芊庑裕?/p>

(3)傾動爐氧化還原作業(yè)時爐體需要后傾，造成前墻整體向爐內(nèi)滑動，存在整個爐墻倒塌的風險。為防止此類事故發(fā)生，砌筑時加強了爐墻內(nèi)外層間的搭接，同時增設錨固磚，強化前墻的整體穩(wěn)固性；

(4)后側墻氧化還原風口的風口磚及放銅口磚材質(zhì)由鎂鉻磚改成抗侵蝕、抗沖刷性能好、熱震穩(wěn)定性好、耐壓強度高、氣孔率低的鋁鉻磚。鎂鉻磚與鋁鉻磚的性能見表1。

表1 鎂鉻磚與鋁鉻磚性能對比

3.4 工藝操作改進

工藝操作的好壞直接影響傾動爐爐體使用壽命，工廠在改進爐體結構的同時，也非常注重爐子的日常操作維護，主要落實在以下方面：

(1)冶煉過程中熔渣對爐襯耐火磚的化學侵蝕速度隨著溫度的升高而加速，同時，溫度越高，熔渣的粘度降低，流動性更好，更容易滲入耐火材料的孔隙及耐火磚的磚縫中，加大反應接觸面，加劇侵蝕，還有熔渣對耐火材料的物理溶解和機械沖刷也隨溫度升高而加劇，控制適當?shù)脑般~金屬的過熱度，在滿足冶煉要求的前提下，盡可能降低爐內(nèi)熔體溫度作業(yè)，這樣既保護爐襯耐火材料，也有利于節(jié)能降耗；

(2)傾動爐作業(yè)的各過程爐內(nèi)溫度有所不同，操作中應控制溫度的變化幅度盡可能小，從而減小耐火爐襯所受的溫度應力，同時各班次的操作要統(tǒng)一，實現(xiàn)標準化操作，保證傾動爐各個操作周期爐溫的平穩(wěn)變化，起保護爐襯耐火材料的作用；

(3)操作上注意探索傾動爐傾轉(zhuǎn)角度與爐內(nèi)液面位置的關系，使傾動爐不長期固定在某一傾角進行氧化還原作業(yè)，有效錯開液面熔渣對爐墻固定高度耐火材料的侵蝕損耗，使爐墻的損耗相對拉開，均勻平緩化；

(4)對加料機操作人員進行崗位培訓，其操作熟練后方可上崗。做到加料時間短、準確操作加料機伸臂將料送入爐內(nèi)、輕輕卸料，縮短加料門敞開時間、減少溫降，避免爐底、爐頂及加料口門框耐火磚被碰撞、砸壞。

4 結束語

某廠傾動爐屬國內(nèi)第一、世界第二座大型銅熔化傾動爐，與俄羅斯同等大小的傾動爐相比，二者之間爐體砌磚結構完全不相同，相互之間沒有太多借鑒之處。該廠冶金爐工作人員立足自身多年積累的冶金爐檢修改進經(jīng)驗，在歷次傾動爐大修時，逐步實施了以上改進措施，使傾動爐爐期壽命由初期的第一次10個月、第二次12個月、第三次12個月，成功延長到18月以上，在國內(nèi)外同類爐窯中處于領先水平。

隨著我國銅工業(yè)的發(fā)展，傾動爐冶煉技術的逐步完善，此項技術將逐步在國內(nèi)銅冶煉行業(yè)采用。傾動爐冶煉廢舊雜銅技術在國內(nèi)銅冶煉企業(yè)中將會得到進一步推廣和應用。

[1]《有色冶金爐設計手冊》編委. 有色冶金爐設計手冊[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2004：548-568.

[2]孫來勝. Ausmelt 爐耐火材料的改進[J]. 中國有色冶金，2008，(3)：20.

Improvementoftiltingfurnacebody

ZHENG Bu-dong

The problems existing in tilting furnace of a factory during the early running process were introduced, the corresponding causes were analyzed, and the improvement methods to prolong the service life of furnace body were proposed in this paper.

copper smelting; tilting furnace; furnace body; magnesia-chrome brick; water cooling elements

鄭步東(1969—)，男，江西宜春人，高工，碩士，主要從事工業(yè)爐設計工作。

TF811； TF806

B