吉恩鎳業(yè)冶煉廠提高轉(zhuǎn)爐爐壽的幾項(xiàng)措施

趙 云， 司俊起， 王傳強(qiáng)

(吉恩鎳業(yè)股份有限公司 生產(chǎn)技術(shù)部， 吉林 磐石 132311)

吉恩鎳業(yè)冶煉廠吹煉車間共有三臺30 t臥式轉(zhuǎn)爐，采用一開兩備生產(chǎn)模式，自2009年吉恩鎳業(yè)冶煉廠投產(chǎn)后，吹煉車間轉(zhuǎn)爐爐壽一直處于較低水平，其大修后平均爐壽為83爐次，小修后平均爐壽為24爐次，造成修爐工作頻繁進(jìn)行，嚴(yán)重時極易造成“丟爐”情況發(fā)生。爐壽低不僅造成了頻繁修爐，還使得生產(chǎn)成本居高不下，轉(zhuǎn)爐產(chǎn)量也受到了很大影響。

為了解決這一問題，吉恩鎳業(yè)冶煉廠經(jīng)過調(diào)查分析后，從生產(chǎn)操作、爐體砌筑、溫度監(jiān)測等方面入手，解決了影響轉(zhuǎn)爐爐壽的關(guān)鍵因素，使轉(zhuǎn)爐爐壽得到進(jìn)一步提高。

1 吉恩鎳業(yè)冶煉廠轉(zhuǎn)爐改造前生產(chǎn)情況

吉恩鎳業(yè)冶煉廠吹煉車間共有3臺30 t臥式轉(zhuǎn)爐，尺寸為φ2.7 m×6.0 m，生產(chǎn)采用一開兩備生產(chǎn)模式，轉(zhuǎn)爐日作業(yè)爐次為3爐次/d，送風(fēng)時率為75%，送風(fēng)量15 000 Nm3/h，轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼數(shù)量20個，風(fēng)眼中心距170 mm，爐口尺寸1.36 m×1.05 m，吹煉溫度1 200～1 250 ℃,主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表1。

吉恩鎳業(yè)冶煉廠于2009年開始試生產(chǎn)，并于2010年達(dá)產(chǎn)，吹煉轉(zhuǎn)爐基本爐壽為大修后83爐次左右，小修后24爐次左右，轉(zhuǎn)爐爐壽偏低，噸鎳耐火材料消耗居高不下，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)成本，而且砌筑勞動強(qiáng)度較大，還時常存在“丟爐”危險。

表1 轉(zhuǎn)爐主要技術(shù)參數(shù)

2 影響轉(zhuǎn)爐爐壽的主要因素及改進(jìn)措施

2.1 影響轉(zhuǎn)爐爐壽的主要因素

根據(jù)查閱資料及現(xiàn)場實(shí)際情況研究判斷，轉(zhuǎn)爐爐壽不僅取決于低冰鎳品位、送風(fēng)強(qiáng)度、操作溫度等工藝參數(shù)，也和熔劑質(zhì)量、生產(chǎn)工藝條件、砌爐和烘爐的質(zhì)量關(guān)系密切，還和操作水平、管理水平有關(guān)[1-5]。

2.2 改進(jìn)措施

2.2.1 改變冷料加入方式，以減少大量冷料同時投入爐內(nèi)對砌體的沖擊

轉(zhuǎn)爐造渣、冰鎳富集反應(yīng)是放熱反應(yīng)，為有效調(diào)控轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)溫度，爐長在生產(chǎn)操作過程中要根據(jù)不同情況加入含鎳?yán)淞蟻砜刂茽t內(nèi)反應(yīng)溫度。冷料的加入方式為將冷料通過裝載機(jī)裝入冷料斗內(nèi)，由行車吊起從爐口直接投入爐內(nèi)。每斗冷料重量在3 t左右，為10～40 cm不等的塊狀物料。投入過程中會造成對爐口及爐內(nèi)耐火材料不同程度的機(jī)械沖擊。

為解決這一問題，將原有轉(zhuǎn)爐爐上備用石英料倉改造為冷料加入裝置，將冷料進(jìn)行集中破碎，使其達(dá)到10 cm左右均勻塊狀料吊運(yùn)至冷料倉內(nèi)以備使用，從而達(dá)到均勻追加冷料控制爐溫，避免大量冷料同時投入爐內(nèi)對砌體造成機(jī)械沖擊。

2.2.2 增加轉(zhuǎn)爐測溫點(diǎn)及煙氣測溫點(diǎn)，以達(dá)到更好的吹煉溫度控制

增加轉(zhuǎn)爐及煙氣測溫點(diǎn)，及時監(jiān)測吹煉溫度，為轉(zhuǎn)爐操作提供準(zhǔn)確溫度數(shù)據(jù)，以更好地實(shí)現(xiàn)吹煉溫度控制，減少爐溫過高對耐火材料的影響。根據(jù)煉銅廠經(jīng)驗(yàn)定期繪制耐火材料消耗和爐溫曲線圖，在確保轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)情況下，準(zhǔn)確控制爐溫。

2.2.3 改變砌筑方法，延緩爐內(nèi)冰鎳熔體對耐火材料的侵蝕

原有璇胎法砌筑，爐襯易出現(xiàn)通縫及錯臺的現(xiàn)象。將原有的璇胎法砌筑改為絲杠法砌筑，砌筑后爐內(nèi)磚縫錯落有致，避免了之前砌筑后爐內(nèi)耐火材料存在大量通縫的現(xiàn)象，延緩了爐內(nèi)冰鎳熔體對耐火材料的侵蝕速度。

2.2.4 改變風(fēng)眼區(qū)砌筑方法，加強(qiáng)風(fēng)眼底座維護(hù)

1)提高風(fēng)眼區(qū)耐火材料砌筑后的一體性，延緩熔體對耐火材料的侵蝕速度。轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，隨著爐內(nèi)耐火材料厚度的降低，采用干法砌筑的風(fēng)眼處極易出現(xiàn)風(fēng)口座與爐體間隙處滲鎳現(xiàn)象，造成風(fēng)管燒毀，風(fēng)眼“死眼”，最終導(dǎo)致送風(fēng)量不足，影響正常生產(chǎn)。改為濕法砌筑后，經(jīng)過高溫烘爐，風(fēng)眼區(qū)耐火材料一體性更好，風(fēng)管和磚縫間隙更小，大大降低了風(fēng)口座與爐體間隙滲鎳情況的發(fā)生。

2)加強(qiáng)出爐后風(fēng)眼底座維護(hù)，延長爐襯壽命。在生產(chǎn)過程中風(fēng)眼底座在頻繁的捅風(fēng)眼操作過程中易出現(xiàn)松動情況，一旦風(fēng)眼底座松動搖晃便會破壞轉(zhuǎn)爐內(nèi)部風(fēng)眼磚結(jié)構(gòu)，影響風(fēng)眼區(qū)耐火材料使用壽命。所以，出爐后，應(yīng)規(guī)定操作人員在下一吹煉周期開始前對20個風(fēng)眼底座進(jìn)行仔細(xì)檢查并緊固，以避免風(fēng)眼區(qū)耐火材料由于風(fēng)眼底座松動造成的過早損壞。

2.2.5 在爐口內(nèi)側(cè)焊接護(hù)套，延緩爐口沖擊破損

轉(zhuǎn)爐爐口為金屬鑄件，由于熱熔體沖刷等原因，在生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)燒損殘缺、變形等情況。上、下爐口磚體砌筑后便易出現(xiàn)耐火材料掉落，爐口排渣、排鎳過程中涮漏現(xiàn)象，嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)爐爐壽。轉(zhuǎn)爐砌筑過程中，在爐口上、下兩側(cè)焊接鋼板，固定內(nèi)部耐火材料，并在吹煉初期熔體溫度低時形成噴濺掛渣，以保護(hù)爐口附近耐火材料，避免由于爐口掉磚影響整體爐壽。

2.2.6 改變烘爐方法，提高烘爐質(zhì)量

對原有烘爐油槍進(jìn)行改造，改變油槍配風(fēng)方式，使油槍噴入爐內(nèi)火焰長度得到延長，從而達(dá)到爐內(nèi)耐材均勻受熱的目的。

每次修爐后控制烘爐操作，嚴(yán)格執(zhí)行耐火材料升溫烘爐制度，依次使用木材、煤、焦炭、柴油等對爐體進(jìn)行烘烤，并在每個階段實(shí)時監(jiān)測烘爐溫度，保證升溫速度、保證恒溫時間，以此來滿足耐火材料的脫水、升溫過程，使耐火材料合理膨脹，達(dá)到使用要求，并在生產(chǎn)使用前轉(zhuǎn)動爐體，以檢查是否出現(xiàn)耐火材料“抽簽”脫落情況，以保證使用前最后一道檢驗(yàn)合格。具體砌筑后升溫曲線見圖1，升溫曲線說明如下所述。

圖1 轉(zhuǎn)爐砌筑后升溫曲線

1)砌筑完成后，以37 ℃/h的升溫速度進(jìn)行升溫，直至升到300 ℃為止。升溫時間8 h，之后恒溫12 h，以達(dá)到脫除游離水的目的。

2)再以25 ℃/h的升溫速度進(jìn)行升溫，直至升到450 ℃為止。升溫時間6 h，之后恒溫8 h，以達(dá)到脫除結(jié)晶水的目的。

3)再以25 ℃/h的升溫速度進(jìn)行升溫， 直至升到650 ℃為止。之后恒溫6 h，以達(dá)到脫除殘余水的目的。

4)再以30 ℃/h的升溫速度進(jìn)行升溫，直至升到750 ℃為止，之后進(jìn)行恒溫8 h。

5)再以16 ℃/h的升溫速度進(jìn)行升溫，直至升到950 ℃為止，之后進(jìn)行恒溫12 h。經(jīng)過12個h恒溫之后，再進(jìn)行升溫至1 000 ℃，此時轉(zhuǎn)爐具備吹煉生產(chǎn)條件，符合進(jìn)料要求。

2.2.7 合理控制進(jìn)料量，避免高料面操作

轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，如果長期處于高料面操作，爐口附近爐肩部位便始終處于高溫熔體沖刷狀態(tài)，由于爐肩部位不在液面以下，所以整個區(qū)域耐火材料消耗速度將大于其他部位，影響了整體爐壽情況。為了避免這一情況發(fā)生，應(yīng)合理控制進(jìn)料量，大修后轉(zhuǎn)爐在進(jìn)料量達(dá)到7包或7包以上時，必須在吹煉中途達(dá)到吹煉終點(diǎn)時出一次爐，將爐內(nèi)產(chǎn)品全部排出或部分排出，之后再進(jìn)料生產(chǎn)，以控制料面、保護(hù)耐火材料。

2.2.8 嚴(yán)格控制石英石加入量，減少轉(zhuǎn)爐渣對耐火材料的侵蝕

吉恩鎳業(yè)冶煉廠轉(zhuǎn)爐爐襯使用電熔再結(jié)合鎂鉻磚，屬于堿性耐火材料。轉(zhuǎn)爐吹煉過程中使用石英石作為熔劑與鐵反應(yīng)進(jìn)行造渣操作，生成FeO·SiO2(酸性)。具體反應(yīng)見式(1)、式(2)。

2FeS+3O2=2FeO+2SO2

(1)

2FeO+SiO2=2FeO·SiO2

(2)

吹煉造渣產(chǎn)生的酸性爐渣對鎂質(zhì)耐火材料有一定的侵蝕作用，并且轉(zhuǎn)爐渣中含硅量越高對耐火材料的侵蝕越嚴(yán)重。所以應(yīng)嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐渣含硅量，在確保吹煉渣型的前提下，盡可能降低渣含硅，減少對耐火材料的侵蝕。吉恩鎳業(yè)冶煉廠轉(zhuǎn)爐吹煉作業(yè)渣含硅控制在22%左右。

3 改造后效果

3.1 爐壽指標(biāo)

2014年吉恩鎳業(yè)冶煉廠優(yōu)化生產(chǎn)組織，改變砌筑工藝，經(jīng)過大修后，平均爐壽由原來的83爐次提高到125爐次，減少了砌筑次數(shù)，降低了勞動強(qiáng)度，并降低了生產(chǎn)成本。2010～2015年平均爐壽指標(biāo)見表2。

表2 吉恩鎳業(yè)冶煉廠2010～2015年平均爐壽指標(biāo)

3.2 經(jīng)濟(jì)效益核算

按年生產(chǎn)周期11個月計算，共計生產(chǎn)990爐次(每天3爐次)。改造之前平均爐壽83爐次，需要大修11.93次，改造之后，平均爐壽達(dá)到125爐次，需要大修7.92次，年減少大修4次。耐火材料一項(xiàng)年節(jié)約成本：80 t(耐火材料)/次×4次/年×0.9萬元/噸=288萬元/年。

改造后，不僅耐火材料費(fèi)用降低，而且由于減少了維修，人工費(fèi)用方面也大幅度降低，有效降低了噸鎳生產(chǎn)成本。

4 結(jié)語

實(shí)踐證明，通過一系列改造措施后，轉(zhuǎn)爐爐壽得到了大幅度提升，不僅降低了生產(chǎn)成本，還降低了工人勞動強(qiáng)度，節(jié)約勞動力，給生產(chǎn)組織安排提供了有力保障，為公司創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。