影響銅冶煉轉(zhuǎn)爐爐壽的原因分析及生產(chǎn)實(shí)踐

惠興歡, 李江平, 張 鑫, 岳曉華, 夏 俊, 王春華

(楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司， 云南 楚雄 675000)

采用PS轉(zhuǎn)爐進(jìn)行生產(chǎn)的銅冶煉廠，轉(zhuǎn)爐在生產(chǎn)中起到粗煉除雜并配合上下工序調(diào)整生產(chǎn)節(jié)奏的作用，而轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯耐火材料的使用壽命決定了轉(zhuǎn)爐爐壽的高低。楚雄滇中有色公司2臺60 t轉(zhuǎn)爐采用爐交換的生產(chǎn)模式進(jìn)行生產(chǎn)，2013～2015年，轉(zhuǎn)爐爐壽一直偏低，小修爐壽平均為90～95爐，低于同行業(yè)水平。轉(zhuǎn)爐爐壽的高低，直接影響轉(zhuǎn)爐工序的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)頻繁倒?fàn)t、檢修次數(shù)增加給生產(chǎn)帶來諸多不利影響。

1 轉(zhuǎn)爐耐火磚的損耗情況

1.1 轉(zhuǎn)爐耐火磚損耗的主要形式

1.1.1 高溫下化學(xué)侵蝕

耐火磚在高溫下化學(xué)侵蝕時(shí)爐渣會(huì)和鎂鉻磚中的方鎂石反應(yīng)生成橄欖石相，形成鎂橄欖石(Mg2SiO4)和鈣鎂橄欖石(CaMgSiO4)的反應(yīng)為：

2MgO+SiO2=Mg2SiO4

(1)

Fe2SiO4+2MgO=Mg2SiO4+2FeO

(2)

MgO+CaO+SiO2=CaMgSiO4

(3)

轉(zhuǎn)爐耐火磚在使用過程中，耐火磚的熱端受到嚴(yán)重的渣侵蝕和金屬滲透，在熱端會(huì)形成深度約40～50 mm的侵蝕滲透層，導(dǎo)致耐火磚的組織結(jié)構(gòu)被破壞，形成與原來鎂鉻磚結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同的變質(zhì)層，并且距爐磚工作面越近，爐磚滲透越嚴(yán)重。同時(shí)在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中，如果熔劑的加入量過多，容易生成酸性爐渣，耐火磚易被酸性爐渣侵蝕，且爐溫越高，酸性爐渣對鎂鉻磚的侵蝕越快。

1.1.2 熱應(yīng)力損壞

本公司轉(zhuǎn)爐使用爐交換的方式生產(chǎn)，從出銅到下一爐次進(jìn)料間隔時(shí)間過長(約420 min)，期間爐襯的表面溫度溫差達(dá)300～700 ℃ ，當(dāng)溫差為300 ℃ 時(shí)，鎂鉻質(zhì)耐火磚在工作面產(chǎn)生的熱應(yīng)力可達(dá)25～40 MPa，這一數(shù)值已經(jīng)超過了鎂鉻耐火磚的高溫抗折強(qiáng)度。由于溫差較大，變質(zhì)層和原磚層間因熱膨脹系數(shù)差異，在熱應(yīng)力的作用下易產(chǎn)生平行于工作面的裂紋，導(dǎo)致變質(zhì)層崩裂和剝落。

1.1.3 機(jī)械應(yīng)力損壞

轉(zhuǎn)爐在生產(chǎn)過程中，轉(zhuǎn)爐進(jìn)風(fēng)量大小對風(fēng)眼區(qū)耐火磚的損耗有較大影響，轉(zhuǎn)爐風(fēng)箱、風(fēng)眼座及風(fēng)眼彈子漏風(fēng)，會(huì)造成爐內(nèi)熔體在風(fēng)眼區(qū)附近強(qiáng)烈攪動(dòng)，繼而導(dǎo)致風(fēng)眼內(nèi)管燒損較快，使得風(fēng)眼區(qū)耐火磚受到爐內(nèi)熔體較強(qiáng)的機(jī)械沖刷而損耗。其次是在正常生產(chǎn)中，因操作需要須進(jìn)行頻繁的捅風(fēng)眼、清風(fēng)眼操作，易造成風(fēng)眼磚損壞。另外在清理爐口粘結(jié)物時(shí)，爐口機(jī)釬頭的擊打，易造成爐口區(qū)耐火磚損壞、脫落。

1.2 轉(zhuǎn)爐耐火磚的損耗情況

經(jīng)過多次轉(zhuǎn)爐小修，對轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼至上爐口、爐口區(qū)域的耐火磚損耗情況進(jìn)行測量、統(tǒng)計(jì)，耐火磚損耗情況見表1。

由表1可看出，風(fēng)眼磚及爐口磚的壽命決定了轉(zhuǎn)爐的爐壽。

表1 轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼至上爐口、爐口區(qū)域的耐火磚損耗情況

2 改進(jìn)及控制措施

2.1 改進(jìn)風(fēng)眼區(qū)鎂鉻磚材質(zhì)

風(fēng)眼區(qū)的鎂鉻磚要求具有較強(qiáng)的耐高溫、耐沖刷、耐化學(xué)腐蝕、耐沖擊振動(dòng)等性能。因此，將風(fēng)眼區(qū)域的風(fēng)眼磚、三角磚由原設(shè)計(jì)的電熔20鎂鉻磚(DMGe-20)改為電熔26鎂鉻磚(DMGe-26)，其理化指標(biāo)對比如表2。

表2 電熔鎂鉻磚理化指標(biāo)

鎂鉻磚中氧化鉻(Cr2O3)的含量增加，提高了鎂鉻磚抗沖刷性能，減緩了鎂鉻磚在使用過程中的洗刷速度。同時(shí)，DMGe-26鎂鉻磚的氣孔率顯著降低，縮短了渣侵蝕、金屬滲透的深度，縮短了鎂鉻磚熱端變質(zhì)層(變質(zhì)層長度縮短約10 mm)，降低了耐火磚的剝落長度，減緩了風(fēng)眼磚的損耗速率。

2.2 對檢修質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)

2.2.1 機(jī)械方面

(1)風(fēng)眼座、三通座修復(fù)時(shí)，對座子表面進(jìn)行打磨，確保座子面的平整度。安裝時(shí)采用防松動(dòng)螺栓，并將普通石棉墊改為鋁包石棉墊，確保風(fēng)眼座及三通座處無漏風(fēng)間隙。

(2)制作風(fēng)眼管調(diào)校樣板，用樣板選擇兩根風(fēng)眼管作為校正基準(zhǔn)，風(fēng)眼管中心距校正后需達(dá)到風(fēng)眼磚砌筑要求，并將風(fēng)眼管與風(fēng)眼套管焊接牢固。

(3)風(fēng)眼管安裝到位后，用塞子塞住風(fēng)眼管管口，啟動(dòng)GM風(fēng)機(jī)對轉(zhuǎn)爐供風(fēng)，將風(fēng)壓憋至轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)時(shí)風(fēng)壓(0.1 MPa左右)，對風(fēng)箱及風(fēng)眼各連接點(diǎn)的漏風(fēng)情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)點(diǎn)及時(shí)處理，避免因漏風(fēng)造成進(jìn)風(fēng)量不足，導(dǎo)致風(fēng)眼內(nèi)管及風(fēng)眼區(qū)域爐磚洗刷過快。

2.2.2 爐窯砌筑方面

(1)風(fēng)眼磚由中間向兩端砌筑，砌筑后對風(fēng)眼磚前后面進(jìn)行打磨，避免局部位置出現(xiàn)三角縫。

(2)風(fēng)眼磚至上爐口處的方磚按要求退臺砌筑，縮小退臺過渡段磚層之間的高差，減緩過渡段爐磚的損耗速率。

(3)磚縫內(nèi)灰漿飽滿、均勻，內(nèi)外一致，新舊磚接口處磚縫小于3 mm，加工磚寬度不小于自身寬度的1/2，厚度不小于自身厚度的2/3。

(4)上、下爐口砌筑時(shí)，在爐口上焊接鋼片用于鎖磚，避免生產(chǎn)中清理爐口時(shí)造成爐口磚整體脫落。

2.3 規(guī)范烘爐操作

制定轉(zhuǎn)爐小修烘爐規(guī)范，烘爐時(shí)采用木柴、油槍分階段烘爐，嚴(yán)格按升溫曲線進(jìn)行升溫控制，確保烘爐溫度與理論升溫曲線偏差不超過50 ℃，確保耐火材料熱膨脹達(dá)到材料要求，避免烘爐溫度波動(dòng)大造成耐火磚損壞。

2.4 優(yōu)化生產(chǎn)操作

(1)制定冷料的加入標(biāo)準(zhǔn)，防止?fàn)t溫過高；穩(wěn)定控制冰銅品位，制定單爐冰銅量標(biāo)準(zhǔn)，避免冰銅量波動(dòng)大洗刷爐磚，并嚴(yán)格控制單爐產(chǎn)量。

(2)造渣過程中適當(dāng)升高爐渣堿度，爐內(nèi)形成磁性鐵粘附于爐壁上，在爐內(nèi)形成“掛渣”，保護(hù)爐磚。

(3)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中搖爐前必須關(guān)閉氧氣，減緩富氧空氣對風(fēng)眼管的氧化損耗。

3 結(jié)論

通過實(shí)施以上各項(xiàng)措施，2016年轉(zhuǎn)爐小修爐壽由90爐提高至140爐。雖然轉(zhuǎn)爐爐壽有所提高，但還與其他冶煉廠有相當(dāng)?shù)牟罹啵瑢⑼ㄟ^對轉(zhuǎn)爐砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，并在轉(zhuǎn)爐檢修時(shí)嚴(yán)控檢修質(zhì)量，進(jìn)一步優(yōu)化轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)操作，爭取將轉(zhuǎn)爐小修爐壽提高至200爐。

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