延長底吹爐氧槍區(qū)使用壽命的生產(chǎn)實(shí)踐

張江龍

(北方銅業(yè)垣曲冶煉廠， 山西 垣曲 043700)

延長底吹爐氧槍區(qū)使用壽命的生產(chǎn)實(shí)踐

張江龍

(北方銅業(yè)垣曲冶煉廠， 山西 垣曲 043700)

從爐體設(shè)計(jì)、耐火材料選擇、砌筑、烘爐以及工藝控制等方面加強(qiáng)氧槍區(qū)的維護(hù)，從而有效延長底吹爐氧槍區(qū)的使用壽命。

底吹爐； 氧槍區(qū)； 使用壽命； 耐火材料； 冰銅； 爐襯； 爐渣

0 引言

富氧底吹熔煉近幾年已發(fā)展成為銅火法冶煉成熟工藝，該工藝占地少，投資省，工藝規(guī)?？蛇x性范圍寬，被越來越多的廠家采用。底吹爐的氧槍區(qū)作為熔煉過程中損耗最快和最關(guān)鍵的部位，其使用壽命決定了底吹爐的大修周期，多數(shù)廠家都是一年左右進(jìn)行大修。有效地延長底吹爐的生產(chǎn)周期，獲得更合理的大修周期，進(jìn)而與后序的回轉(zhuǎn)式陽極爐維修周期相匹配，對(duì)各個(gè)廠家具有現(xiàn)實(shí)的意義。

1 底吹爐熔煉原理

富氧底吹熔煉爐是一座可以轉(zhuǎn)動(dòng)的臥式圓筒形爐子，熔池下部的氧槍將富氧空氣吹入熔池，使熔池處于強(qiáng)烈的攪拌狀態(tài)。爐料從爐子加料口加入到熔池表面，被迅速卷入攪拌的熔料中，氣、液、固三相發(fā)生反應(yīng)，連續(xù)不斷地生成銅锍、爐渣和煙氣。銅锍由放銅口放出送吹煉，爐渣由放渣口排出，煙氣由上部的排煙口排出，進(jìn)入余熱鍋爐冷卻除塵后送制酸系統(tǒng)。

2 氧槍布置及爐體直徑

目前國內(nèi)底吹爐煉銅廠家氧槍設(shè)置的角度有0°、7°、15°和22°四種，同時(shí)有單排氧槍和雙排氧槍兩種布置形式。

采用單排氧槍布置時(shí)，小角度比大角度對(duì)氧槍區(qū)的沖刷力度小。如果采用7°和22°角的雙排氧槍布置，兩種角度氧槍噴射出的富氧空氣所帶動(dòng)的熔體，部分產(chǎn)生碰撞而相互抵消一部分力[1]，同時(shí)使波動(dòng)疊加，爐內(nèi)攪拌更均勻，減弱了單排氧槍噴吹形成的回流對(duì)氧槍區(qū)產(chǎn)生的沖刷，有利于保護(hù)氧槍區(qū)爐襯。

槍距對(duì)氧槍區(qū)爐襯的使用壽命也有影響，槍距過小，兩槍間的爐襯損耗加劇。根據(jù)冷態(tài)實(shí)驗(yàn)給出的回歸方程，有效攪拌直徑Deff/W隨修正的弗勞德準(zhǔn)數(shù)Fr′、液位深度H及氧槍直徑的增加而增大，隨爐子內(nèi)徑Db、氧槍間距W的增加而減小。為了消除熔池底部的死區(qū)和氧氣的吸收，試驗(yàn)者認(rèn)為Deff/W=1.2～1.5 m為合理間距[2]。

從實(shí)際生產(chǎn)使用效果看，使用雙排氧槍布置，在滿足爐體長徑比的前提下，底吹爐的爐體直徑越大，氧槍噴射攪動(dòng)熔體對(duì)氧槍區(qū)的沖刷就越小，因此， 宜選擇大直徑的爐體。

3 耐火材料選擇與砌筑

為了延長氧槍區(qū)的使用周期，建議使用奧鎂公司的奧鎂磚及配套耐火泥漿，至少應(yīng)當(dāng)保證氧槍磚為奧鎂磚，原因是目前奧鎂公司的氧槍磚仍具有無可替代性，雖然也有一些廠家推出了氧槍磚，但生產(chǎn)實(shí)踐中并未獲得理想的使用效果。

目前多數(shù)廠家氧槍區(qū)磚的長度為380 mm，個(gè)別廠家使用長度460 mm的磚型，以增加氧槍區(qū)磚長，延長其使用壽命。

底吹爐如果整體砌筑，應(yīng)嚴(yán)格按施工圖紙要求，保證砌筑質(zhì)量；若是小面積局部挖補(bǔ)，考慮到新舊磚的膨脹系數(shù)不同，應(yīng)適當(dāng)增加膨脹縫；砌筑中盡量減小新舊磚之間的高差，建議最大不超過40 mm，可用切短新磚的方法呈階梯過渡砌筑，使用磚長度均為380 mm，舊磚長度亦不宜小于300 mm，否則應(yīng)擴(kuò)大挖補(bǔ)面積，確保氧槍區(qū)包括渣線以下部分的磚長滿足長周期使用要求。

4 烘爐

要保證底吹爐使用壽命，烘爐是重要的一環(huán)。一般耐火材料生產(chǎn)廠家都會(huì)提供所生產(chǎn)的耐火磚的升降溫曲線圖，因此應(yīng)嚴(yán)格按此圖進(jìn)行控制。烘爐升溫中最重要的是800 ℃的恒溫控制24 h，使耐火材料的熱震穩(wěn)定性好，從而達(dá)到理想的使用效果。垣曲冶煉廠生產(chǎn)中曾對(duì)氧槍磚進(jìn)行過局部更換，由于未進(jìn)行烘烤，投入使用9 d后槍磚頭部開始成片狀脫落。砌筑時(shí)磚長310 mm，周邊區(qū)域厚度為240 mm，僅使用了3個(gè)月就已損耗到100 mm，具體變化如圖1所示(圖中測(cè)量數(shù)據(jù)受“蘑茹頭”影響有差異)，而同期的其它氧槍磚正常損耗為30～35 mm，可見，從某種意義上講，烘爐質(zhì)量直接決定著氧槍區(qū)的使用壽命。

圖1 某氧槍磚厚度測(cè)量記錄

5 生產(chǎn)操作

5.1 氧濃的控制

底吹爐的富氧濃度一般約70%，若吹煉高品位冰銅，氧濃可控制在72%～73%，但不宜超過75%。

合適的富氧濃度，有利于在氧槍頭部形成 “蘑茹頭”，從而達(dá)到保護(hù)氧槍及槍磚的效果。若氧濃過高，產(chǎn)生的“蘑茹頭”會(huì)全部燒掉，進(jìn)而燒損氧槍及槍磚。氧濃過低，會(huì)造成“蘑茹頭”瘋長，較長的“蘑茹頭”隨著熔體的攪動(dòng)而出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎現(xiàn)象，直接噴吹在氧槍區(qū)爐襯上，造成爐襯的損壞。

5.2 氧壓和風(fēng)壓的控制

底吹爐正常生產(chǎn)中，氧壓和風(fēng)壓均適宜保持在5～5.5 MPa。壓力過低，雖可減弱對(duì)氧槍區(qū)的影響，但爐子的安全性能差；壓力過高，達(dá)到7 MPa以上，導(dǎo)致爐內(nèi)熔體翻滾劇烈，加速對(duì)氧槍區(qū)爐襯的沖刷，縮短氧槍區(qū)使用壽命，同時(shí)也會(huì)加速渣線部位爐磚的損耗。

5.3 冰銅品位的控制

生產(chǎn)70%～73%高品位冰銅的底吹爐，在控制中會(huì)由于其它因素導(dǎo)致品位失控，產(chǎn)出75%～83%的高品位，冰銅品位超過75%或者冰銅中的鐵含量低于3%，底吹爐內(nèi)的熔煉會(huì)有部分轉(zhuǎn)化為冰銅吹煉，這種狀態(tài)下氧槍極易被銅液滴堵塞，導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)進(jìn)氧極差，造成氧槍被燒損，進(jìn)而燒損槍磚。

5.4 爐溫和渣型的控制

爐溫控制是底吹爐生產(chǎn)控制中的關(guān)鍵。從操作上看，只要能滿足正常排渣作業(yè)，渣含銅在可控范圍內(nèi)，爐溫越低越好。建議控制渣溫不超過1 180 ℃，在較低的操作溫度下，有利于維持氧槍區(qū)爐磚的體積穩(wěn)定性。

底吹爐爐渣選用的是FeO—SiO2二元系渣[3]，主要考慮爐渣的酸堿度。由于氧槍區(qū)爐磚為鉻鎂磚，主要由Cr2O3和MgO組成，呈一定的堿性，因此宜造中性渣或堿性爐渣。生產(chǎn)中FeO/SiO2可控制在1.7～2.0之間，讓生成的磁性鐵很好的掛在爐襯上，從而達(dá)到保護(hù)氧槍區(qū)的作用。

以上兩項(xiàng)措施，可有效減小爐渣對(duì)氧槍區(qū)爐襯的化學(xué)侵蝕。生產(chǎn)中也應(yīng)用紅外測(cè)溫槍對(duì)每支氧槍對(duì)應(yīng)在爐殼上關(guān)鍵部位的溫度進(jìn)行定期測(cè)量記錄，加強(qiáng)預(yù)防。在高溫的夏季，用大功率軸流風(fēng)扇對(duì)氧槍區(qū)外部爐殼強(qiáng)制降溫，可延緩氧槍區(qū)爐襯損耗。

5.5 爐子轉(zhuǎn)動(dòng)頻次的選擇

為了有效提高底吹爐利用率，各生產(chǎn)廠家都盡量減少爐子轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)。由于底吹爐的氧槍支管測(cè)量流量裝置多為轉(zhuǎn)子流量計(jì)，計(jì)量精度不高，因此在保證空氣流量的前提下，即使氧濃正常，建議最長不超過一周轉(zhuǎn)一次爐，全面檢查各氧槍情況和氧槍區(qū)爐襯情況。

5.6 氧槍的檢查與更換

底吹爐轉(zhuǎn)出檢查時(shí)，應(yīng)檢查“蘑茹頭”和氧槍燒損情況，若“蘑茹頭”不規(guī)則，一般情況為槍皮過短造成，應(yīng)將整個(gè)氧槍向爐內(nèi)適當(dāng)打入，使氧槍在爐內(nèi)露出約1 cm，保證不燒爐磚，延長氧槍區(qū)使用壽命。若氧槍頭部燒損嚴(yán)重，可用切割機(jī)將頭部切平，若氧槍不能滿足使用要求，則進(jìn)行更換。

更換氧槍時(shí)，先通空氣冷卻，使槍皮與爐磚因溫差而易于分離，再用工具將槍皮打掉，若槍皮難打，可用燒氧的方式將其燒掉，再清理爐磚上的掛渣。不要強(qiáng)力擊打，以防損壞槍磚頭部。

即使在氧槍正常的情況下，也要定期將整個(gè)氧槍向爐內(nèi)適當(dāng)打入，這是日常維護(hù)氧槍區(qū)的有效手段，可充分利用“蘑茹頭”和槍頭作為保護(hù)氧槍磚的首道“屏障”。

6 其它情況

6.1 故障停爐或小修

生產(chǎn)中由于故障或小修造成的停爐，如果時(shí)間長，為防止氧槍區(qū)溫差變化大，造成槍磚的內(nèi)應(yīng)力過大爐磚自然斷裂，爐內(nèi)磚體溫度應(yīng)不低于800 ℃。一般爐子轉(zhuǎn)出超過4 h以上，就應(yīng)當(dāng)開啟燒嘴進(jìn)行保溫作業(yè)。

6.2 熱換氧槍磚

生產(chǎn)中若某支氧槍磚燒損嚴(yán)重，如果不影響生產(chǎn)，建議封槍；若僅是氧槍磚燒損，周邊爐襯還較厚，至少超過氧槍磚長一半以上，可以考慮熱態(tài)下更換氧槍磚。更換時(shí)要將氧槍磚外側(cè)的填料搗打好，以防新磚熱腹脹后開縫而造成漏銅。

6.3 封堵氧槍的條件

將氧槍區(qū)所砌爐磚充分利用，是各廠家關(guān)心的問題。垣曲冶煉廠底吹爐的規(guī)格為Φ4.8 m×20 m，在控制冰銅品位58%～62%、冰銅溫度1 135～1 150 ℃、爐渣溫度1 180±20 ℃的條件下，10#氧槍磚在70 mm厚度的情況下20 d燒漏。考慮到測(cè)量誤差和冰銅品位的影響，作者認(rèn)為氧槍區(qū)爐磚可用到厚度100 mm。2016年本廠在高品位冰銅條件下將氧槍磚用到100 mm封槍未發(fā)生問題。

7 結(jié)語

通過爐體設(shè)計(jì)改進(jìn)，加強(qiáng)工藝控制，完善相關(guān)的操作，消除使鉻鎂磚損壞的熱應(yīng)力、機(jī)械力和化學(xué)侵蝕的因素[4]，可有效延長底吹爐氧槍區(qū)的使用壽命，將大修周期延長到18個(gè)月甚至更長。

[1] 陳全坤. 延長底吹爐爐襯壽命的初步討論[A].云南省有色金屬學(xué)會(huì)第七屆冶煉技術(shù)論文發(fā)布會(huì)論文集[C]，2015：719-724.

[2] 崔志祥. 富氧底吹熔池?zé)掋~新工藝[J].有色金屬(冶煉部分)，2010，(3)：17-20.

[3] 黃興無. 有色冶金原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1993.10.

[4] 萬學(xué)武. 延長煉銅轉(zhuǎn)爐壽命的實(shí)踐[J].中國有色冶金，2013，42(4)：27-28.

Production practice to extend oxygen lance zone service life for the bottom-blowing furnace

ZHANG Jiang-long

The paper introduces the extension of the oxygen lance zone service life by enhancing maintenance of the zone from perspectives of furnace body design, refractory selection, furnace construction, furnace heating-up and process control.

bottom-blowing furnace; oxygen lance zone; service life; refractory; copper matte; furnace lining; furnace slag

張江龍(1974—)， 男， 山西陽城人， 本科學(xué)歷， 冶煉工程師。

2016-- 07-- 22

TF811

B

1672-- 6103(2017)02-- 0011-- 03