山達(dá)克140 m2反射爐改造性大修方案的論證及實施

李 斯

(中冶集團銅鋅有限公司， 北京 100006)

山達(dá)克140 m2反射爐改造性大修方案的論證及實施

李 斯

(中冶集團銅鋅有限公司， 北京 100006)

隨著山達(dá)克140 m2反射爐10年使用壽命的臨近，其爐底溫度逐年攀升，2012年上升至590 ℃，接近上限溫度620 ℃，故中冶集團資源開發(fā)有限公司決定于年底對其實施改造性大修。該大修主要包括將原設(shè)計鎂鐵燒結(jié)爐底改造成雙層反拱磚爐底，更換所有立柱拉桿并增設(shè)錐形彈簧，爐體四周增加圍板。在連續(xù)施工5個月后，反射爐大修工程順利竣工投產(chǎn),在投料生產(chǎn)3個月后，新反射爐運行狀況良好，各生產(chǎn)工藝指標(biāo)正常穩(wěn)定。

銅冶煉； 反射爐； 爐底溫度； 改造性大修

0 引言

山達(dá)克冶煉廠反射爐爐床面積為140 m2，于1995年建成投產(chǎn)，僅生產(chǎn)3個月就因資金和管理等原因停產(chǎn)擱置，2001年中冶集團通過競標(biāo)取得山達(dá)克銅金礦項目的10年生產(chǎn)經(jīng)營權(quán)，2002年10月其下屬子公司中冶集團資源開發(fā)有限公司開始接手該項目，經(jīng)過數(shù)月檢修于次年8月打通所有環(huán)節(jié)恢復(fù)生產(chǎn)，隨后反射爐一直正常生產(chǎn)至2012年年底。但近幾年因爐底溫度逐年上升，一度接近設(shè)計上限溫度620 ℃，鑒于此，必須對反射爐爐底進行大修，專家通過多次到現(xiàn)場考察論證，最終提出反射爐改造性大修方案并組織實施。

1 現(xiàn)狀分析

巴基斯坦山達(dá)克銅金礦工程冶煉廠由北京有色設(shè)計總院設(shè)計，設(shè)計日處理干精礦272.72 t，日產(chǎn)粗銅62.09 t，年處理干精礦90000 t，年生產(chǎn)330 h，年產(chǎn)粗銅20490 t，粗銅品位定為98.5%，冶煉回收率97.5%。主要設(shè)備為1臺140 m2反射爐，2臺30 t轉(zhuǎn)爐(1臺1運行1臺備用)，1臺20 t余熱鍋爐，2臺30 m2電收塵器等。山達(dá)克冶煉廠的生產(chǎn)根據(jù)銅精礦產(chǎn)量確定，一般生產(chǎn)7～9個月，產(chǎn)粗銅15000～20000 t。反射爐每年需進行一次中修，主要檢修反射爐爐頂、上升煙道、爐墻、放渣口、轉(zhuǎn)渣口和虹吸前床等，檢修時間約2～3個月。

山達(dá)克140 m2反射爐爐底為鎂鐵燒結(jié)爐底，設(shè)計使用年限為10年。近年來，隨著反射爐使用壽命的到期，爐底溫度呈現(xiàn)逐年上升趨勢，如圖1所示。

圖1 2007～2012年爐底最高溫度變化曲線圖

可以看出2012年爐底溫度已達(dá)590 ℃，為保證反射爐安全運行，必須實施大修。

2 反射爐改造性大修方案的論證

中冶集團資源開發(fā)有限公司針對山達(dá)克反射爐改造性大修方案，組織冶煉、爐窯、鋼結(jié)構(gòu)等專業(yè)專家多次到現(xiàn)場考察，先后進行過多次技術(shù)咨詢和技術(shù)交流，請有關(guān)反射爐設(shè)計、施工和生產(chǎn)使用方面的專家針對山達(dá)克反射爐改造性大修方案召開了兩次論證會，最終確定大修方案，并委托中國恩菲工程公司進行施工圖更改設(shè)計。

2.1 反射爐大修原由

山達(dá)克140 m2反射爐于1995年9月打完爐底，10月開始烤爐并投產(chǎn)，生產(chǎn)3個月后停產(chǎn)擱置至2003年，2003～2012年連續(xù)生產(chǎn)10年，已達(dá)公認(rèn)的10年大修周期；發(fā)現(xiàn)爐底溫度超過590℃的危險溫度，說明此部位爐底耐火砌體已被燒穿；2007年后，經(jīng)常有鎂鐵爐底料從放渣口排出，說明鎂鐵爐底料沒能真正燒結(jié)好并已被破壞。

基于以上原因，并根據(jù)以往國內(nèi)銅熔煉反射爐生產(chǎn)經(jīng)驗，建議山達(dá)克反射爐盡早安排大修，以消除爐底燒穿的重大安全隱患。

2.2 反射爐改造性大修方案的選定

山達(dá)克反射爐大修方案主要取決于爐底大修方案的選擇，爐底大修方案是保留現(xiàn)在的鎂鐵燒結(jié)爐底，或改造為磚砌雙層反拱爐底，需論證確定。

反射爐爐底處于惡劣條件下工作，因此必須耐高溫和耐腐蝕。一般采用燒結(jié)或搗固爐底，如用80%～90%石英砂和10%～15%氧化銅搗筑的爐底或用燒結(jié)爐底[1]。反射爐燒結(jié)爐底通常用石英燒結(jié)，即用磨碎的石英石或天然河沙砌筑，其粒度不大于2 mm，SiO2含量不小于92%～96%。爐底厚度一般為0.6～1.2 m[2]。

鎂鐵燒結(jié)爐底是20世紀(jì)50年代從蘇聯(lián)引進的，是原昆明冶煉廠在精煉小反射爐上做過實驗，1975年在大冶反射爐大修上推廣應(yīng)用的。鎂鐵燒結(jié)爐底是由硅質(zhì)爐底發(fā)展而來，效果自然比硅質(zhì)爐底好。鎂鐵燒結(jié)爐底是用冶金鎂砂和氧化鐵粉混合，在高溫下燒制而成的一種氧化鎂質(zhì)爐底[3]。要將鎂鐵爐底燒結(jié)好，溫度必須達(dá)到1500～1600 ℃，但在實際燒結(jié)操作過程中，很難將整個燒結(jié)料的燒結(jié)溫度控制在該區(qū)間，這主要體現(xiàn)在爐頭和爐尾的溫度要相差100～200 ℃，燒結(jié)料表層與內(nèi)層溫度也要相差100～200 ℃，要使整個燒結(jié)料都達(dá)到1600 ℃左右，爐內(nèi)最高溫度至少要在1700 ℃以上才能完成，若達(dá)至該溫度，爐體將燒塌，排煙系統(tǒng)及電收塵將燒毀，故無法實現(xiàn)。燒結(jié)檢測的溫度往往不能代表全爐實際的燒結(jié)溫度，故鎂鐵爐底燒結(jié)料，對大型爐來說，所謂的燒結(jié)好了，只是一種局部的表層現(xiàn)象而已。一旦表層破壞，未燒結(jié)部分就會不斷漂浮而損毀。

周期作業(yè)的精煉和熔煉反射爐多采用磚砌反拱爐底，厚度一般為700～900 mm。爐底反拱中心角視熔體密度和深度而定，熔體密度和深度大時，反拱中心角宜較大，對于粗鉛連續(xù)精煉爐，一般采用180°的反拱中心角，反射爐則多采用20～45°[4]。目前磚砌反拱爐底所使用的耐火磚為鎂鉻磚，耐溫達(dá)1700 ℃，若雙層錯縫磚砌筑厚度為830 mm，再通過圍板及彈簧拉桿對反拱爐底加固，爐底的抗溫及抗沖刷能力將大大提高。同時雙層磚砌反拱爐底在銅冶煉爐窯上使用較成熟，應(yīng)用實例較多，如國內(nèi)所有貧化電爐都采用雙層磚砌反拱爐底，使用壽命達(dá)15年以上，熔煉用的白銀爐及礦熱電爐也采用雙層磚砌反拱爐底，使用壽命也在15年以上。另外雙層磚砌反拱爐底可以實施局部挖修。所以，經(jīng)多位專家多次論證,并得到中冶銅鋅公司同意后確定選擇雙層磚砌反拱爐底方案。

3 反射爐改造性大修內(nèi)容

本次大修的施工內(nèi)容，除按新圖紙砌筑反射爐本體結(jié)構(gòu)外，還將對爐體混凝土基礎(chǔ)進行恢復(fù)性修補；對前后龍門架及所有立柱進行調(diào)整和修復(fù)；對拉桿、彈簧、爐頭燃燒器、水冷梁、拱腳梁及各溜槽進行更換等。

本次改造性大修與原設(shè)計對比在以下方面發(fā)生變化：

(1)原設(shè)計鎂鐵燒結(jié)爐底更改為雙層磚砌反拱爐底，大大加強了爐底結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗沖刷性和耐腐蝕性，消除了爐底燒穿漏銅的風(fēng)險。

(2)原設(shè)計爐底保溫層厚113 mm更改為345 mm，使?fàn)t體保溫性增強，有利于節(jié)約能源。

(3)爐墻小磚改大磚，使?fàn)t體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，有利于延長爐墻壽命。

(4)將原設(shè)計工作層鎂磚改為目前國內(nèi)有色爐普遍采用的半再結(jié)合鎂鉻磚，符合采用新材料原則，有利于提高爐壽命。

(5)增加截錐渦卷彈簧有利于保持爐體脹縮平衡，消除耐火材料因過度擠壓造成的破壞，緩解了鋼結(jié)構(gòu)的變形修復(fù)。

(6)增加鋼圍板，有利于保護爐底及爐墻，減少其變形。

4 反射爐改造性大修的實施

反射爐改造性大修的設(shè)計圖紙、檢修內(nèi)容、檢修材料及備件等的準(zhǔn)備工作耗時將近兩年時間，至2012年11月基本準(zhǔn)備完成，并于2012年11月底停爐開始反射爐改造性大修。

本次改造性大修主要分為鋼結(jié)構(gòu)和磚體兩部分。施工單位在大修前期主要完成爐體拆除及鋼結(jié)構(gòu)的制作安裝工作，期間共完成鋼結(jié)構(gòu)的制作安裝量約290 t，除新增爐體圍板、拉桿彈簧及爐頭龍門架的加固工作外，還完成了上升煙道鋼結(jié)構(gòu)的制作安裝，所有立柱的校正及拉桿的更換，燃燒器的更換調(diào)整，拱腳梁的安裝，虹吸前床鋼結(jié)構(gòu)的制作安裝，打眼放銅流槽、放渣流槽、放銅流槽等的制作安裝。

大修后期主要完成反射爐爐基、爐底、爐墻、爐頂及上升煙道等的磚體砌筑工作，完成耐火材料砌筑量1847 t。在反射爐雙層磚砌反拱的砌筑上嚴(yán)格按照設(shè)計要求進行砌筑，嚴(yán)格控制錯縫、磚縫及反拱半徑等參數(shù)，保證反拱爐底的質(zhì)量。另外在本次改造性大修過程中還對以下部分進行了變更。

(1)本次大修將爐墻磚由原來長230 mm改為長460 mm及380 mm的耐火磚，增加了爐墻的使用壽命。

(2)爐尾八字角墻體寬度由設(shè)計的460 mm加寬到760 mm，其后部的煙道墻體也由300 mm加寬到450 mm，防止渣蝕。

(3)進轉(zhuǎn)渣口底部標(biāo)高比設(shè)計降低75 mm，以減小轉(zhuǎn)爐渣對爐底的沖擊力；渣口寬度由600 mm增加到了720 mm，便于頻繁更換溜槽(溜槽寬度580 mm)，溜槽與墻體之間的空隙用白泥填實；進渣口旁邊加寬墩臺到675 mm，厚度為450 mm，保證渣口結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，不會因轉(zhuǎn)渣回流洗涮而破壞。

(4)提高連通口耐火磚標(biāo)準(zhǔn)，由鎂鉻磚變更為鎂鋁尖晶石磚。

(5)提高放渣口耐火磚標(biāo)準(zhǔn)，將放渣口底部和側(cè)壁的鎂鉻磚更換為鎂鋁尖晶石磚。

(6)擴大打眼放銅孔尺寸，由原來的55 mm×65 mm改為80 mm×75 mm。

(7)為了測量高溫區(qū)反拱爐底的腐蝕情況，在爐頭附近區(qū)域的爐頂增開了4個測量孔。

5 生產(chǎn)實踐

5.1 點火升溫

山達(dá)克140 m2反射爐改造性大修工程于2013年4月20日提前竣工，于4月28日點火開爐，按照升溫曲線要求，升溫12天至爐膛溫度達(dá)到1400 ℃時，往爐內(nèi)加入140 t反射爐爐渣，對爐底進行均熱，灌縫及掛渣保護30 h后，5月11日開始正式投料生產(chǎn)。反射爐的升溫曲線見圖2。

圖2 新反射爐開爐升溫曲線

5.2 反射爐磚體及鋼結(jié)構(gòu)膨脹

在烘爐升溫期間，為了考察反射爐磚體及鋼結(jié)構(gòu)的膨脹情況，現(xiàn)場對反射爐磚體及鋼結(jié)構(gòu)的膨脹情況作了詳細(xì)記錄，當(dāng)反射爐爐頭溫度達(dá)到1400 ℃時，反射爐磚體及鋼結(jié)構(gòu)膨脹幅度最大，1400 ℃恒溫一天后，5月11日上午8點測量換算立柱膨脹量為：爐底A側(cè)立柱的膨脹量平均為5 mm，B側(cè)為6 mm；爐頂A側(cè)立柱的膨脹量平均為25 mm，B側(cè)為23 mm；爐頭底部立柱的膨脹量平均為21 mm，爐頂則為59 mm；爐尾底部立柱的膨脹量平均為6 mm，爐頂則為31 mm；對比上述數(shù)據(jù)可知，爐體兩側(cè)立柱膨脹量基本相同；爐頂立柱的膨脹量比爐底大；爐頭頂部立柱的膨脹量最大，以上數(shù)據(jù)說明新反射爐爐體膨脹正常、合理。

5.3 反射爐拉桿彈簧的調(diào)整

反射爐新增的拉桿彈簧在開爐之前全部調(diào)整到了設(shè)計的預(yù)緊力附近(爐底縱向彈簧預(yù)緊力為25 t，橫向彈簧為20 t，爐頂縱向為20 t，橫向靠近爐頭3個、靠近爐尾4個均為10 t，剩余為8 t)，在烘爐和生產(chǎn)過程中，通過觀察彈簧的變化量來確定是否需要松、緊彈簧使其始終工作在相應(yīng)的安全彈力范圍內(nèi)。投料兩周后，爐頂縱向拉桿彈簧平均工作在25 t力(生產(chǎn)最大受力為30 t)左右，橫向則為18 t(靠近爐頭的3個彈簧最大生產(chǎn)受力為22 t，中間14個彈簧為20 t，靠近爐尾的4個則為25 t)左右，爐底縱向彈簧工作在30 t力(爐底縱向彈簧最大生產(chǎn)受力為35 t)左右，橫向則為22 t(靠近爐頭3個、靠近爐尾5個彈簧最大生產(chǎn)受力均為28 t，剩余的為26 t)左右，彈簧受力均在正常受力范圍內(nèi)。

5.4 反射爐爐底、爐基溫度的變化

為了準(zhǔn)確反映大修后的反射爐爐底溫度和位置的關(guān)系以及各測溫點間的溫度關(guān)系，在不破壞爐底結(jié)構(gòu)的前提下，現(xiàn)場對原設(shè)計的測溫點位置和數(shù)量做了適當(dāng)變更，開爐時，現(xiàn)場在爐底和爐基相應(yīng)位置共放置了7根測溫管，現(xiàn)選擇爐頭進渣口附近的測溫點來分析爐底和爐基溫度的變化情況，從4月28日至8月8日的3個月內(nèi)，現(xiàn)場每隔10天取上午8點記錄的實時溫度作爐頭高溫區(qū)爐底、爐基溫度變化曲線，見圖3。

圖3 爐頭高溫區(qū)爐底、爐基溫度變化曲線

由上圖可知，爐頭高溫區(qū)的爐底溫度呈現(xiàn)先升后降的變化形態(tài)，這主要是因為在烘爐和生產(chǎn)前期，爐底沒有形成爐結(jié)保護所致，生產(chǎn)半個月后，爐內(nèi)冰銅面基本穩(wěn)定，爐底表面爐結(jié)逐漸加厚，再通過控制加料量和延長進渣時間等工藝操作致使?fàn)t底溫度逐漸下降，隨后受加料量和操作工藝的影響，爐底溫度小幅回升；爐基溫度則不斷上升，最后趨于穩(wěn)定。

5.5 反射爐生產(chǎn)

改造性大修的反射爐點火投產(chǎn)后的3個月內(nèi)，生產(chǎn)穩(wěn)定正常。為了保護新砌爐底，現(xiàn)場控制加料，三個月內(nèi)反射爐共投入銅精礦干量29721 t，平均日處理320 t，大于設(shè)計值272 t，但小于2012年的平均日處理量331 t。截止8月14日，新反射爐共產(chǎn)出冰銅21600 t，平均品位28.56%，轉(zhuǎn)爐共產(chǎn)出粗銅6697.32 t，日產(chǎn)72 t，大于設(shè)計值62 t，粗銅平均品位為99.5%大于設(shè)計指標(biāo)98.5%，反射爐渣含銅指標(biāo)平均為0.383%小于設(shè)計值0.5%，渣性較好，其他工藝、經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)均正常。

6 結(jié)論

山達(dá)克140 m2反射爐改造性大修工程，從立項、確定大修方案、招標(biāo)、備件材料準(zhǔn)備到現(xiàn)場施工，整個過程歷時近兩年，中方及巴方近百人參與施工，工程總費用近450萬美金，現(xiàn)場施工耗時128天，并最終比計劃工期提前18天竣工。

大修后的反射爐在投入使用的3個月內(nèi)，運行狀況良好，爐底、爐基溫度基本穩(wěn)定，爐體膨脹緩慢，拉桿彈簧控制在正常受力范圍內(nèi)，附屬設(shè)施和新反射爐磨合較好，生產(chǎn)穩(wěn)定，各工藝技術(shù)指標(biāo)皆正常，可以認(rèn)為本次反射爐改造性大修是成功的。

反射爐通過此次改造性大修，不僅解決了爐底老化問題，而且在大修過程中對相關(guān)部位作出了有利于生產(chǎn)和延長反射爐壽命的變更，為中冶集團資源開發(fā)有限公司未來的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

[1] 陳國發(fā).重金屬冶金學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

[2] 許并社,李明照.銅冶煉工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[3] 文啟樂.反射爐鎂鐵爐底的結(jié)構(gòu)與施工方法[J].有色金屬(冶煉部分)，1991，(1)：9-10.

[4] 有色冶金爐設(shè)計手冊編委會.有色冶金爐設(shè)計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000：553.

Demonstration and Implementation of the Reforming Overhaul Program of Saindak 140 m2Reverberatory Furnace

LI Si

(MCC Tongsin Resources Limited, Beijing 100006, China)

With Saindak 140 m2reverberatory furnace approaching 10 years of life, the furnace bottom temperature was on the trend of uprising, in 2012 rose to 590 ℃, which was close to the upper limited temperature 620 ℃. So it has been decided that reconstructive major overhauling will be given to the reverberatory furnace start from December 2012. The reconstructive major overhauling mainly includes: the Mg-Fe sintering furnace bottom in the previous years be replaced by the double-layer arch brick structure, all the upright columns and the tie-rods be replaced and the cone-shape mechanical spring be supplemented, the secure hoardings be supplemented around the furnace. After five months construction, the major overhauling project was successfully completed and the furnace be put into use. After three months charging for the production, the newly built furnace was running in good condition, all the production and technical index were remained in normal range.

copper smelting； reverberatory furnace； furnace bottom temperature； reconstructive major overhauling

2013-10-06

李斯(1987-)，男，湖北大悟人，助理工程師，大學(xué)本科，從事銅冶煉生產(chǎn)工藝管理工作。

TF806.2

B

1003-8884(2014)01-0057-04