銅精礦富氧底吹熔池熔煉爐爐壽控制與生產(chǎn)實(shí)踐

夏躍彪 戚永輝 胡圍柱

摘 ?要：對(duì)銅冶煉生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，爐壽的長(zhǎng)短直接關(guān)系到生產(chǎn)成本的降低，同時(shí)更制約著系統(tǒng)生產(chǎn)組織、計(jì)劃，因此有效控制提高爐壽對(duì)高效生產(chǎn)具有重要意義。文章分析介紹了底吹煉銅爐爐壽影響的主要原因和易門銅業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐控制，對(duì)銅冶煉生產(chǎn)爐壽控制有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：底吹煉銅爐;爐壽;實(shí)踐

中圖分類號(hào)：O657.31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）02-0090-03

Abstract： For copper smelting enterprises， the length of furnace life is not only directly related to the reduction of production cost， but also restricts the system production organization and planning， so effective control and improvement of furnace life is of great significance to efficient production. This paper analyzes and introduces the main reasons for the influence of the furnace life of the bottom-blowing copper smelting furnace and the production practice control of Yimen Copper Industry， which can be used as a reference for the furnace life control of copper smelting.

Keywords： bottom-blowing copper smelting furnace; furnace life; practice

前言

底吹爐爐子壽命是指新修砌一次爐襯投入使用到下一個(gè)檢修砌筑時(shí)間周期，單位一般用月表示。爐齡的長(zhǎng)短與生產(chǎn)操作溫度、銅锍品位、熔渣成份及其溫度、耐火材料質(zhì)量、材質(zhì)成份、性質(zhì)、砌筑質(zhì)量等密切相關(guān)。確切地說(shuō)，底吹爐爐子壽命就是爐襯壽命。

1 影響爐襯壽命的主要原因

1.1 化學(xué)侵蝕

熔劑中的SiO2與耐火磚中的MgO作用生成鎂橄欖石;爐渣中鐵的氧化物，能使耐火磚中方鎂石和鉻鐵礦晶粒飽合，使晶格破裂;耐火磚中的MgO在高溫作用下熔解于2FeO·SiO2中。

1.2機(jī)械作用

爐氣、熔體對(duì)爐襯的沖刷;冰銅滲入砌體，使?fàn)t襯氣蝕、松散。在適當(dāng)溫度下，煙氣中的SO2與堿性磚中的方鎂石相互發(fā)生反應(yīng)，生成含鎂的硫酸鹽，使磚體的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生崩潰，降低使用壽命。

1.3 熱應(yīng)力的作用

富氧底吹爐屬于熔池強(qiáng)化熔煉，熔煉溫度很高，生產(chǎn)操作控制簡(jiǎn)單靈活方便，類似于轉(zhuǎn)爐，實(shí)際過(guò)程中隨時(shí)可以轉(zhuǎn)出應(yīng)對(duì)停電以及其他設(shè)備故障等的處理，故障處理排除轉(zhuǎn)入即可恢復(fù)正常生產(chǎn)。但其氧槍必須定時(shí)或不定時(shí)的轉(zhuǎn)出進(jìn)行檢查更換處理，造成熔池及渣線部位爐襯爐溫驟降、急冷急熱，產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，使?fàn)t襯破裂，產(chǎn)生掉磚等現(xiàn)象。在處理高硫礦、冰銅品位控制較低、爐溫控制高的情況下尤為嚴(yán)重。

2 易門銅業(yè)有限公司底吹爐內(nèi)襯結(jié)構(gòu)

我公司在底吹爐砌體設(shè)計(jì)、砌筑時(shí)充分考慮了以上爐襯損毀機(jī)理和生產(chǎn)特點(diǎn)：

渣線以上采用（直接結(jié)合）MGe-16鎂鉻磚，氧槍磚及渣線以下采用（電熔再結(jié)合）鎂鉻磚MGe-24。

3 目前所知底吹爐爐壽情況

由于硫化銅精礦富氧底吹爐熔池熔煉是國(guó)內(nèi)近年自主研發(fā)的新生工藝，工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐歷史不是很長(zhǎng)，但從目前國(guó)內(nèi)的幾家生產(chǎn)來(lái)看，爐壽大多能控制在15個(gè)月以上，具體見表1。

從表1可以看出大部份廠家爐壽都能控制在15個(gè)月以上，主要是冶煉溫度控制較低，但是生產(chǎn)中 CuO2、NiO、PbO、SnO等氧化物在熔融狀態(tài)下具有較強(qiáng)的堿性，冰銅、砷化銻硫化物和熔渣等物質(zhì)在冶煉過(guò)程中具有較大的流動(dòng)性和浸透能力，另外還有酸性氣體的侵蝕，爐襯易被侵蝕，特別是渣線區(qū)域的爐襯損毀最快。并且由于爐內(nèi)襯體中存在著溫度梯度，當(dāng)熔融金屬、氧化物或熔渣沿著襯體的縫隙或氣孔滲透到縱深內(nèi)部時(shí)，則發(fā)生三種情況：

（1）熔融金屬發(fā)生氧化、還原或形成低熔點(diǎn)的礦物，致使襯體遭到侵蝕，或產(chǎn)生龜裂剝落，見圖2。

（2）熔融金屬、氧化物發(fā)生沉積，造成襯體膨脹而塌落;銅熔點(diǎn)1083℃，冶煉過(guò)程中，當(dāng)銅氧化成CuO2時(shí)體積增大0.64倍，氧化成CuO時(shí)體積增大0.75倍。也就是說(shuō)在銅熔煉爐襯體的斷面上，由于溫度的不同，浸透的銅呈現(xiàn)不同的形態(tài)，即體積變化也不同，致使襯體材料的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生龜裂、裂縫，甚至發(fā)生剝落，見圖2。

（3）強(qiáng)堿性的熔融金屬或熔渣，流動(dòng)性很強(qiáng)，對(duì)襯體造成沖刷的侵蝕。在適當(dāng)溫度下，煙氣中的SO2與堿性磚中的方鎂石相互發(fā)反應(yīng)，生成含鎂的硫酸鹽，使磚體的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生崩潰，降低使用壽命，見圖3。

4 易門銅業(yè)有限公司爐壽控制的主要措施

公司針對(duì)自身工藝富氧底吹熔煉爐外分離特點(diǎn)，為減少生產(chǎn)過(guò)程中爐襯的三種損傷分別從渣型性質(zhì)、熔煉溫度、冰銅品位及操作控制制度上均進(jìn)行嚴(yán)格控制。

4.1 控制熔渣鐵硅比1.2～1.3

由于底吹爐用鎂鉻磚是堿性材料，生產(chǎn)中熔渣性質(zhì)卻存在著酸堿性可人為調(diào)整控制的不確定性，也就是說(shuō)如果控制不當(dāng)會(huì)造成熔煉渣成酸性，強(qiáng)烈腐蝕堿性的爐襯磚。因此，確保生產(chǎn)熔煉渣中性或堿性是降低爐襯損失的關(guān)鍵。而熔渣主要組成成份是鐵氧化物和硅酸鹽，鐵的氧化物是堿性，硅的氧化物是酸性，對(duì)此，通過(guò)購(gòu)買便攜式熒光分析儀并投入使用，班中每?jī)尚r(shí)對(duì)熔渣及時(shí)取樣分析，十五分鐘出具分析結(jié)果，根據(jù)分析時(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整，控制熔渣鐵硅比1.2～1.3，嚴(yán)禁低于1.1充分確保熔煉渣型在堿性，降低熔渣對(duì)爐襯的化學(xué)侵蝕損壞。

4.2 控制熔體溫度在1160～1180℃

在一定溫度條件下，銅的氧化物能夠與耐火材料襯體中的某些氧化物發(fā)生反應(yīng)而生成液相。如氧化銅與SiO2的液相點(diǎn)為1060℃，與MgO的液相點(diǎn)為1135℃，與Cr2O3的液相點(diǎn)則在1560℃以上。

生產(chǎn)過(guò)程中提高溫度有利于提高熔渣和銅锍的流動(dòng)性，降低粘度，但也會(huì)加劇其對(duì)爐襯的沖刷和滲透。通過(guò)采取紅外線測(cè)溫槍定時(shí)和不定時(shí)地進(jìn)行咽喉口熔體測(cè)溫跟蹤，每周用一次性測(cè)溫電偶對(duì)熔體進(jìn)行測(cè)溫一次，調(diào)校紅外線測(cè)溫槍的準(zhǔn)確性，確保生產(chǎn)控制熔煉咽喉口熔體溫度在1160～1180℃以內(nèi)，防止超高溫造成的損害。

4.3 控制冰銅品位

低品位的銅锍對(duì)耐火材料成份的溶解度較大、滲透力更強(qiáng)。通過(guò)便攜式熒光分析儀的投入使用，及時(shí)對(duì)當(dāng)班品位進(jìn)行分析，根據(jù)分析及作出調(diào)整控制冰銅品位50～55%。

4.4 保溫恒溫

生產(chǎn)中總是存在計(jì)劃性停爐系統(tǒng)檢修和氧槍檢查更換處理，造成熔池及渣線部位爐襯爐溫驟降、急冷急熱，產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，使?fàn)t襯破裂，產(chǎn)生吊磚等現(xiàn)象。對(duì)此，采取轉(zhuǎn)出停吹≥4小時(shí)，用主燒嘴進(jìn)行燒油保溫恒溫;同時(shí)當(dāng)發(fā)生爐子轉(zhuǎn)出停吹時(shí)間較長(zhǎng)且爐膛溫度低于950℃，復(fù)產(chǎn)時(shí)則必須采取油槍升溫到950℃以上方進(jìn)行轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)。

4.5 時(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控

為更好跟蹤了解爐襯完好情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，易門銅業(yè)有限公司采取了對(duì)爐子外殼主要各點(diǎn)，用精密紅外線測(cè)溫槍每小時(shí)進(jìn)行一次溫度測(cè)量，一但發(fā)現(xiàn)爐殼溫度高于260℃以上，即為異常現(xiàn)象，必須及時(shí)分析原因采取應(yīng)對(duì)措施處理。另外每班制作專用工具，在底吹爐轉(zhuǎn)出檢查更換處理氧槍時(shí)，通過(guò)氧槍孔對(duì)氧槍部位爐襯厚度進(jìn)行測(cè)量，及時(shí)掌握爐襯損失的情況，準(zhǔn)確測(cè)算爐子的壽命，科學(xué)計(jì)劃組織生產(chǎn)。

4.6 氧槍裝配及爐口銅水套漏水及時(shí)進(jìn)行處理

在每次底吹爐轉(zhuǎn)出清理結(jié)焦更換氧槍時(shí)，氧槍頭伸出氧槍磚5-10mm。這樣生成的“蘑菇頭”既可以保護(hù)氧槍，又可以防止混氧空氣沖刷爐襯。底吹爐爐口水套是銅壓制，安裝在出煙口，長(zhǎng)期受到爐氣沖刷，會(huì)變薄。另外，在清理爐口粘結(jié)時(shí)會(huì)使?fàn)t口水套損傷，從而導(dǎo)致爐口漏水。出現(xiàn)爐口銅水套漏水時(shí)需停爐進(jìn)行及時(shí)處理，不能斷水長(zhǎng)期進(jìn)行作業(yè)。通過(guò)其他廠家生產(chǎn)實(shí)踐，爐口銅水套斷水15天左右，銅水套燒損，爐口磚出現(xiàn)燒損，從而縮短了爐子壽命。

5 取得的效果

2015年2月1日大修復(fù)產(chǎn)生產(chǎn)24個(gè)月以來(lái)，監(jiān)測(cè)最薄弱、最易損部位氧槍磚，最大損失只有170mm（原磚厚400mm），爐殼溫度最高為245℃，按照其他廠家情況，熔池內(nèi)磚余量達(dá)到150mm，爐殼溫度達(dá)到280-300℃時(shí)，底吹爐還可以正常組織生產(chǎn)2-3月，由此，可以判斷公司底吹爐爐襯還可以生產(chǎn)6個(gè)月以上。

見表2最大損失也只有170mm。

6 結(jié)束語(yǔ)

以上是我們對(duì)影響爐壽的幾個(gè)主要因素的分析，影響爐壽的因素很多，爐齡的長(zhǎng)短與生產(chǎn)操作溫度氣氛和壓力、銅锍品位、熔渣成份及其溫度、耐火材料質(zhì)量、材質(zhì)成份、性質(zhì)、砌筑質(zhì)量等密切相關(guān)。在一般操作條件下，與熔體熔渣接觸的爐襯部位，大多采用高級(jí)堿性磚。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、新型耐火材料的研發(fā)和推廣應(yīng)用，對(duì)提高爐壽及提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益仍需不斷的總結(jié)和研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉麟瑞，王丕珍.冶金爐料手冊(cè)（第2版）[M].冶金工業(yè)出版社.

[2]韓行祿，劉景林.耐火材料應(yīng)用[M].冶金工業(yè)出版社.

[3]張全勝，孔令政，張雷戰(zhàn)，等.焙燒脫硫-火試金法測(cè)定鉛精礦和銅精礦中金和銀[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè)，2019（8）：932-936.