煉鉛側(cè)吹爐爐缸砌體及殼體的設(shè)計(jì)創(chuàng)新

李 陽 白 樺

(1.長沙電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖南 長沙 410131； 2.長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖南 長沙 410011)

煉鉛側(cè)吹爐爐缸砌體及殼體的設(shè)計(jì)創(chuàng)新

李 陽1白 樺2

(1.長沙電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖南 長沙 410131； 2.長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖南 長沙 410011)

針對側(cè)吹爐煉鉛生產(chǎn)中爐缸膨脹變形、爐缸砌體向上抬高等問題，筆者對爐缸砌體及殼體的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)、創(chuàng)新，砌體工作層不設(shè)膨脹縫，殼體設(shè)計(jì)成滑動式，可消除爐缸變形、避免爐缸砌體向上抬高。

膨脹縫; 滑動式殼體; 設(shè)計(jì)創(chuàng)新

0 前言

幾十年來，我國的煉鉛工藝經(jīng)歷了一系列技術(shù)革新。燒結(jié)—鼓風(fēng)爐煉鉛屬于淘汰工藝。底吹—鼓風(fēng)爐煉鉛是煉鉛工藝的一大進(jìn)步，曾在煉鉛業(yè)起到了重要作用，但其固有的兩點(diǎn)不足妨礙了其進(jìn)一步發(fā)展，一是原礦氧化段的潛熱得不到利用；二是鼓風(fēng)爐需用焦炭。而基夫塞特?zé)掋U工藝過程復(fù)雜，對入爐物料要求苛刻(要求入爐爐料粒度小于1 mm，含水率小于1%)，投資較大，不論是建新廠還是老廠改造都遠(yuǎn)不及采用側(cè)吹爐或底吹爐來的靈活和便捷，故利用側(cè)吹爐煉鉛(不論是用于氧化段還是還原段)在我國的生產(chǎn)實(shí)例愈來愈多。

隨著側(cè)吹爐煉鉛實(shí)例的增多，生產(chǎn)過程中爐體也暴露出一些問題，如爐臺銅水套侵蝕嚴(yán)重；水冷銅風(fēng)口出現(xiàn)磨損、侵蝕；爐缸膨脹變形、爐缸砌體向上抬高等。本文針對爐缸膨脹變形、爐缸砌體向上抬高問題提出了側(cè)吹爐爐缸砌體及殼體的改進(jìn)建議。

1 爐缸膨脹變形、砌體向上抬高的原因

湖南郴州某新建冶煉廠采用的是富氧側(cè)吹氧化—富氧側(cè)吹還原煉鉛工藝。該工程投產(chǎn)運(yùn)行45天因故停產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)還原爐爐缸兩側(cè)鋼板向外鼓漲成弧形，最寬處約40～50 mm。同時(shí)，爐缸砌體兩側(cè)墻(包括爐臺水套)向上抬起約20～30 mm。

在原因分析會上，筆者認(rèn)為導(dǎo)致上述現(xiàn)象發(fā)生的原因是爐缸內(nèi)的高溫鉛液滲入耐火材料砌體所致，并建議拆開爐缸查明原因。因該企業(yè)為了不耽擱生產(chǎn)進(jìn)度，只是作了簡單的整改后繼續(xù)生產(chǎn)。

湖南衡陽某冶煉廠新建的一臺富氧側(cè)吹試驗(yàn)爐同樣發(fā)生了爐缸兩側(cè)鋼板向外鼓漲，砌體兩側(cè)墻向上抬起的現(xiàn)象。將爐缸砌體的內(nèi)側(cè)磚拆掉一層后，可明顯的看到在未拆掉的砌體磚縫之間仍留有大量鉛。

一般來說，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)爐窯砌體時(shí)是通過計(jì)算或查手冊并按照常規(guī)的膨脹縫設(shè)置方式留有足夠的膨脹空間以消除耐火材料熱膨脹的影響。如某側(cè)吹爐爐缸砌體設(shè)計(jì)圖上預(yù)留膨脹縫為：“爐底第一環(huán)沿圓周方向每隔4塊磚留3 mm縫；沿爐子長度方向每隔3塊磚留3 mm縫，縫內(nèi)夾紙板?！毕喈?dāng)于圓周方向約300 mm留3 mm縫，長度方向約450 mm留3 mm縫，殼體與砌體之間還留有50 mm的預(yù)留縫。

這說明爐缸膨脹變形、砌體向上抬高的原因不是耐火材料本身熱膨脹力未得到充分的釋放空間所引起，而是鉛熔融體滲入到耐火材料中，耐火材料砌體在鉛液的鼓脹下而不斷膨脹。尤其是膨脹縫，看似可以消除砌體熱鼓脹造成的影響，結(jié)果是膨脹縫留的越足夠越給鉛熔融體更早、更多的滲入提供了可能。

側(cè)吹爐為熔池熔煉，富氧從風(fēng)口鼓入爐內(nèi)對熔體強(qiáng)烈攪拌。有科研工作者對側(cè)吹爐風(fēng)口區(qū)的熔體流場做過實(shí)驗(yàn)研究，將氣體以150～160 m/s的速度從風(fēng)口噴入爐內(nèi)熔體，結(jié)論是風(fēng)口中心線以上約1 500 mm，中心線下方約600 mm為攪動區(qū)。

我國目前用于煉鉛的側(cè)吹爐風(fēng)口中心線到爐缸底的距離一般在950 mm以內(nèi)，如果是階梯型爐缸底，高臺階部分爐缸底距風(fēng)口的距離就更近了。側(cè)吹爐煉鉛時(shí)風(fēng)口風(fēng)速經(jīng)驗(yàn)值在160～180 m/s，且只需要開部分風(fēng)口(與鼓風(fēng)爐煉鉛全風(fēng)口操作不同)。筆者了解到某廠側(cè)吹爐煉鉛實(shí)際生產(chǎn)中由于風(fēng)管的布置、支風(fēng)管上閥門的開啟等原因，使用中的部分風(fēng)口并不是每個(gè)風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)量在同一時(shí)間都是一樣的，有時(shí)差別還相當(dāng)大，顯然有的風(fēng)口風(fēng)速會遠(yuǎn)大于160～180 m/s(這是設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)風(fēng)管的配置及可方便調(diào)節(jié)方面應(yīng)該注意到的問題)。風(fēng)口風(fēng)速的不均會導(dǎo)致局部的攪動更強(qiáng)，爐缸內(nèi)局部的鉛液溫度會更高。液體鉛的粘度隨溫度的升高而降低，鉛液對耐火材料的滲透能力大幅提高，使鉛熔融體完全有可能在較短時(shí)間內(nèi)大量滲入到耐火材料砌體中去。

2 設(shè)計(jì)創(chuàng)新

筆者針對側(cè)吹爐爐缸內(nèi)鉛液溫度高、對耐火材料滲透力強(qiáng)的特性對爐缸砌體及殼體的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)、創(chuàng)新。

2.1 爐缸砌體設(shè)計(jì)創(chuàng)新

爐缸砌體由多層耐火材料組成，筆者把工作層(與金屬熔體相接觸層)砌體磚設(shè)計(jì)成一種Z形磚，用這種Z形磚組合式砌筑工作層，水平砌筑，砌筑時(shí)縱、橫向都不預(yù)留膨脹縫，也就是說工作層不設(shè)膨脹縫。由于沒有膨脹縫，最大限度的減少了鉛液對砌體滲透的可能性。或者說，至少可以有效延長鉛液開始向砌體內(nèi)滲透的時(shí)間。Z形磚的搭接式砌筑一是保證不浮磚(因是水平砌筑)，二是可防止鉛液向砌體縱深滲透。水平砌筑沒有反拱，也就沒有了反拱膨脹時(shí)的向上分力。

耐火材料受熱時(shí)都具有膨脹性，為解決砌體熱膨脹的影響，筆者在設(shè)計(jì)中將砌體與殼體之間留有一定量的膨脹空間(理論值的40%～50%)，膨脹縫最好是用壓縮比較大的保溫材料填充，不主張用石棉板等壓縮比較小的材料。同時(shí)把爐缸殼體圍板設(shè)計(jì)成可滑動式，以消除耐火材料剩余的膨脹量(理論值的60%～50%)。

2.2 爐缸殼體設(shè)計(jì)創(chuàng)新

爐缸殼體的端板、側(cè)板與底板不焊接，端板、側(cè)板之間也不焊接，當(dāng)砌體膨脹達(dá)到一定的力時(shí)可推動端板、側(cè)板向外位移，見圖1、圖2。

圖2 爐缸殼體結(jié)構(gòu)A向視圖

1.連接短板; 2.側(cè)板外筋板; 3.側(cè)板; 4.螺栓孔; 5. 螺栓橢圓長孔; 6.角鋼; 7.端板外筋板; 8.端板; 9.底板圖1 爐缸殼體結(jié)構(gòu)俯視圖

端板外側(cè)焊有多條加強(qiáng)筋板，筋板比端板長，兩頭伸出端板一段長度，筋板兩端開有螺栓橢圓長孔。

側(cè)板外側(cè)也焊有多條加強(qiáng)筋板，筋板數(shù)與端板筋板數(shù)相同，且設(shè)置在同一標(biāo)高，筋板與側(cè)板長度一樣或略短，筋板兩端開有螺栓孔，2～3個(gè)就夠了。設(shè)有連接短搭板，連接短搭板一頭開有螺栓孔，也是2～3個(gè)，另一頭開螺栓橢圓長孔。兩塊連接短搭板夾住一塊側(cè)板外的筋板，開有螺栓孔的一頭與筋板端螺栓孔用螺栓連接緊，連接短搭板開有螺栓橢圓長孔的一頭與端板外筋板上的螺栓橢圓長孔用螺栓連接緊。這樣，側(cè)板與端板就圍成了一個(gè)箱型框。

在箱型框4個(gè)角垂直方向上用角鋼擋住端板與側(cè)板結(jié)合之處的縫隙，將角鋼的一邊焊在端板或側(cè)板上，另一邊不焊。

箱型框坐在底板上，與底板不焊接。底板上用角鋼在箱型框內(nèi)側(cè)圍上一圈，角鋼的一邊焊在底板上，另一邊不焊，以遮擋箱型框與底板結(jié)合之處的縫隙。

筆者設(shè)計(jì)的靠螺栓連接長孔的方式使殼體圍板可以向外位移的爐缸殼體結(jié)構(gòu)，較之設(shè)計(jì)成彈簧頂桿的方式(用彈簧頂桿來穩(wěn)固爐窯殼體的結(jié)構(gòu)形式在實(shí)際中已有應(yīng)用)允許殼體圍板也可以向外位移的結(jié)構(gòu)，實(shí)用、簡單、造價(jià)低。不同的是，彈簧頂桿方式在砌體膨脹力消除后殼體圍板可以在彈簧推力下自動回位，而螺栓連接長孔方式在砌體膨脹力消除以后(比如停爐后)殼體圍板不能自動復(fù)位，要靠人力將其復(fù)原。

3 結(jié)束語

側(cè)吹爐煉鉛(包括底吹爐煉鉛)會在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)成為我國煉鉛工藝的發(fā)展趨勢，也會不斷地反映出一些問題，這需要設(shè)計(jì)者不斷地去探索產(chǎn)生問題的原因，不斷地去找出解決問題的辦法。

Z形磚組合式不留膨脹縫砌筑、長孔螺栓連接可滑動式殼體圍板結(jié)構(gòu)僅是解決側(cè)吹爐煉鉛時(shí)反映出來的爐缸膨脹變形、砌體向上抬高問題的方法之一，這種設(shè)計(jì)創(chuàng)新也有待實(shí)踐的檢驗(yàn)。

Design Innovation of Hearth Masonry and Shell for Side-blown Lead Smelting Furnace

LI Yang, BAI Hua

Against hearth production expansion and deformation, masonry hearth up and other issues in side-blown lead smelting furnace, this paper carries a design modification and innovation of side-blown lead smelting furnace hearth masonry and shell, by laying out no expansion joints on masonry work layer, designing sliding shell, hearth distortion is eliminated, and masonry hearth up is avoided.

expansion joint; sliding shell; design innovation

2014-10-11

李陽(1964—)，女，湖南長沙人，大學(xué)本科，副教授，主要研究方向：教學(xué)及項(xiàng)目的研發(fā)設(shè)計(jì)工作。

TF806

A

1008-5122(2015)05-0023-02