沸騰焙燒爐爐底損壞原因分析及提高使用周期措施的探討

閆 超

（巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾015543）

巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司于2005 年建設一座109 m2沸騰焙燒爐，日產(chǎn)焙砂624 t，爐體運轉(zhuǎn)率90%。 2006 年5 月試生產(chǎn)，至今已運行14 年，每年可保證10 萬t 電解鋅原料供給。 二系統(tǒng)于2009年10 月試生產(chǎn)至今運行11 年，形成20 萬t 電解鋅生產(chǎn)能力。 隨著運行時間的增長，爐底結(jié)構(gòu)暴露問題日漸突出。

從表1 可以看出，一系統(tǒng)運行12 年爐底大修兩次，二系統(tǒng)運行8 年大修一次。 爐底大修是沸騰焙燒爐檢修的核心，施工難度大，施工程序復雜，每次爐底大修后都要分析爐底損壞原因， 做好相應的改進措施，對延長爐體運轉(zhuǎn)周期，提高生產(chǎn)產(chǎn)量，增加公司經(jīng)濟效益有著舉足輕重的作用。

表1 109 m2 沸騰爐爐底大修統(tǒng)計

1 分析探討爐底損壞原因

爐底結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

（1）從圖1 看出爐底空氣分布板若干片，在連接處設計膨脹縫不超過5～8 mm，空氣分布板與爐殼接觸處設計膨脹縫15～20 mm， 膨脹縫上活放10 mm厚100 mm 寬鋼板作密封板； 空氣分布板之間膨脹縫采用25 mm 寬6 mm 厚鋼板作密封條， 安裝時設計要求一面點焊， 如此密封結(jié)構(gòu)基本起不到密封作用；在生產(chǎn)運行中，風箱內(nèi)的風壓18 kPa，風很容易從爐底混凝土裂縫處逸出。 隨著爐體運轉(zhuǎn)時間的遞增，裂縫越來越大，裂縫寬度達到10～15 mm 不等；所以爐底花板密封結(jié)構(gòu)設計存在先天不足， 下直段爐墻及爐底損壞多數(shù)是爐底漏風所致。

圖1 爐底結(jié)構(gòu)示意圖

（2）2011 年9 月23 日～10 月1 日焙燒二系統(tǒng)因下直段爐墻托板密封板（見圖1）局部開裂，風斗的高壓風從開裂處直吹保溫磚墻，將保溫磚墻沖刷、腐蝕為零，18 kPa 的高壓風暢通無阻的串到排料口結(jié)構(gòu)處，將排料口爐體腐蝕3 個孔洞，在排料口處形成風幕，爐內(nèi)焙砂排不出去只能停爐處理[1]。 所以通過生產(chǎn)實踐解決好爐底漏風對爐體連續(xù)、 穩(wěn)定的運行意義非凡。

（3）爐底空氣分布板設計厚度10 mm，易變形，變形過程中就有熱應力產(chǎn)生， 會使爐體混凝土產(chǎn)生裂紋、掉塊。焙燒一系統(tǒng)爐底在2011 年5 月大修前爐底從破損處漏風達到25 處之多；局部還有孔洞，其面目全非，千瘡百孔，不停爐大修生產(chǎn)無法正常運行。

（4）冷卻盤管漏水對爐體結(jié)構(gòu)的影響已做過詳細的論述[2]。 冷卻盤管漏水統(tǒng)計見表2。

（5）109 m2沸騰焙燒爐煙氣溫度950 ℃，其煙氣成分見表3。

從表3 可以看出，爐內(nèi)煙氣為氧化性氣氛，O2在高溫下對所有耐火材料均有腐蝕作用， 如原料中含有F、Cl 兩種元素在高溫下對耐火材料腐蝕速度變快。 2019 年3 月焙燒一系統(tǒng)下直段爐墻與擴大段接觸處爐墻局部腐蝕一個1 200 mm×1 000 mm×500 mm 的大洞，冒著高溫5 天才搶修完。

表2 冷卻盤管漏水統(tǒng)計 （次）

表3 109 m2 沸騰焙燒爐煙氣成分

（6）爐底大修風帽間澆注料的選擇對爐底使用壽命的延長至關重要，2005 年建爐時， 爐底澆注料設計采用普通低水泥澆注料搗制。 在日常生產(chǎn)運行中爐底溫度280～400 ℃， 低水泥澆注料在此高溫下無相變過程， 混凝土強度差，2011 年5 月爐底大修時由低水泥澆注料改為水玻璃澆注料搗制。 實踐證明搗制水玻璃澆注料要求技術條件非常嚴格：

①水玻璃模數(shù)要求2.8～3.0，而公司采購的水玻璃模數(shù)3.3～3.5。

②水玻璃模數(shù)太高， 需根據(jù)現(xiàn)場溫度不斷調(diào)整氟硅酸鈉的加入量。

③要求攪拌時混合料和促凝劑（氟硅酸鈉）必須攪拌均勻后再加水玻璃， 否則搗固后的混凝土質(zhì)量不均勻達不到預想效果。

④施工人員技術素質(zhì)差，責任心不強，對混凝土的澆筑質(zhì)量都有影響。

由于諸多方面的原因采用水玻璃耐熱混凝土澆注爐底不可取。

2 提高爐底風帽間混凝土使用周期的措施

從圖1 可以看出， 爐底第一個漏風點就是沿四周方向空氣分布板與爐殼間的15～20 mm 膨脹縫。改進設計時采用10 mm 厚100 mm 寬弧形鋼板沿四周方向?qū)⑴蛎浛p蓋?。ɑ钌w），這樣并不能將風擋住，我們在下直段第一層爐壁托板上加10 mm 厚150 mm 高的弧形鋼板作密封板， 密封板與托板和空氣分布板接觸面全部滿焊， 在密封板安裝前將托板下的高強耐磨澆注料搗固好。

爐底第二個漏風點是每塊空氣分布板之間的5～8 mm 膨脹縫，如空氣分布板預制水平達到設計要求， 安裝后的膨脹縫均勻一致。 所以爐底鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝施工隊伍的選擇舉足輕重，不可忽視。 2017年8 月焙燒二系統(tǒng)爐底大修鋼結(jié)構(gòu)施工隊伍選擇不好，預制的空氣分布板達不到設計指標，安裝后的膨脹縫最大在25 mm 左右不等，密封結(jié)構(gòu)由40 mm 寬6 mm 厚鋼板一面焊改為1/2 寸管滿焊（見圖2）。

圖2 空氣分布板密封結(jié)構(gòu)圖

鋼結(jié)構(gòu)安裝完沒做漏風檢查就澆注爐底高強耐磨澆注料，開爐后有一道裂紋產(chǎn)生，風從裂紋處不斷沖刷，裂紋逐漸增大，達6～8 mm。 2018 年停電檢修時采用特殊灰漿處理此縫， 效果不理想。 2018 年8月焙燒一系統(tǒng)第二次大修， 吸取二系統(tǒng)爐底大修的不足之處選擇好鋼結(jié)構(gòu)施工隊伍， 從預制到安裝都設有專人跟蹤， 密封板焊完后， 反復五次檢查漏風點，直到焊好為止。 爐底風帽間澆注完高強耐磨澆注料，升溫投產(chǎn)后第一次停爐檢查爐底是否有漏風處，應該是建爐以來爐底施工質(zhì)量最好的一次。

2011 年5 月焙燒一系統(tǒng)爐底空氣分布板從10 mm 厚改為20 mm 厚，用以提高爐底的結(jié)構(gòu)強度，對抵抗盤管漏水造成的溫度突變所產(chǎn)生的熱應力，促使空氣分布板變形的幾率減少，改后效果顯著。

從表2 可以看到，冷卻盤管漏水每年都有，最高達5 次/a， 所以說冷卻盤管漏水是爐底破損的重要原因。 對冷卻盤管漏水我們想了好多措施[2]，在生產(chǎn)實踐中逐步落實。 為了提高生產(chǎn)產(chǎn)量，防止風帽直吹盤管將冷卻盤管下的風帽孔改為側(cè)吹， 對提高焙砂產(chǎn)量有一定的效果，但是當冷卻盤管漏水時，焙砂很容易將側(cè)吹孔堵死，停爐時很難疏通，需在生產(chǎn)實踐中進一步改進。 有國內(nèi)同行將冷卻盤管距風帽距離提高150～200 mm，用來緩解焙砂在硫化過程中對盤管的機械沖刷，可延長冷卻盤管的使用壽命，我們在積極深入探討、落實應用。

2016 年公司采購大量的本地礦，鋅品位在42%左右，為了提高入爐鋅精礦品位，從國內(nèi)采購大量的ZnO 塵，Zn 品位在55%～60%，與本地礦混合后加到爐內(nèi)。 ZnO 塵含氟4%、含氯5%～7%，F(xiàn)、Cl 兩種元素在高溫下對冷卻盤管、爐底、爐墻腐蝕速度極快，這樣組織生產(chǎn)對爐體設備使用壽命有非常大的負面影響。 后來公司購買國外礦與品位低的本地礦混合后加到爐內(nèi)。 所以采購鋅精礦時要注意Pb、Cu、Fe、Al2O3、SiO2含量不宜過高，這樣才能延長爐底的使用壽命。

2018 年8 月焙燒一系統(tǒng)爐底大修，爐底風帽間的混凝土選擇高強度耐磨澆注料搗制。 其主要理化指標如下：

（1）Al2O3≥75%

（2）SiO2≤21%

（3）體積密度≥2.8 g/cm3

（4）耐磨強度≥65 MPa（110 ℃×24 h）

≥95 MPa（110 ℃×3 h）

≥100 MPa（1 400 ℃×3 h）

（5）0.2 MPa 荷重軟化開始溫度≥1 490 ℃

（6）熱振性（900 ℃水冷）：20 次

（7）最高使用溫度：1 550 ℃

開爐運行一年多，爐底比較完整，爐底風帽間的混凝土采用高強耐磨澆注料搗制， 在國內(nèi)同行業(yè)廣泛應用，效果良好。

3 結(jié)語

以上針對109 m2沸騰焙燒爐爐底損壞實施的提高使用周期措施，自2018 年爐體大修至今已經(jīng)收到了一定成效。 接下來對延長焙燒爐爐底使用壽命還要做進一步的探索和總結(jié)， 為今后的長周期平穩(wěn)運行打下基礎。