轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼維護(hù)與管理

李紅象

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

轉(zhuǎn)爐工序的主體設(shè)備是臥式PS大型轉(zhuǎn)爐，主要是將冰銅進(jìn)行送風(fēng)吹煉，把冰銅中的硫和鐵幾乎全部氧化除去而得到粗銅。

轉(zhuǎn)爐吹煉的主要流程是由動(dòng)力送風(fēng)機(jī)輸入高壓空氣通過管道至轉(zhuǎn)爐送風(fēng)閥，然后由轉(zhuǎn)爐送風(fēng)閥調(diào)控使壓縮空氣從轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼送入爐內(nèi)，使壓縮空氣中的氧與爐內(nèi)高溫熔體充分發(fā)生反應(yīng)，從而進(jìn)行吹煉作業(yè)。

風(fēng)眼是爐內(nèi)熔體與壓縮空氣接觸的唯一通道，風(fēng)眼的好壞影響轉(zhuǎn)爐正常的送風(fēng)作業(yè)，因此轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼的通暢是維持轉(zhuǎn)爐正常作業(yè)的重要保證。

轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼內(nèi)襯耐火磚，使高溫熔體與轉(zhuǎn)爐本體隔離，以保護(hù)轉(zhuǎn)爐本體的鋼殼不被高溫熔體燒穿，但是耐火磚隨著吹煉的過程不斷消耗，當(dāng)風(fēng)口區(qū)爐襯普遍低于10 cm就應(yīng)當(dāng)有計(jì)劃停爐冷修。因?yàn)轱L(fēng)眼區(qū)是爐內(nèi)反應(yīng)最劇烈的區(qū)域，風(fēng)眼磚消耗的速度也是爐內(nèi)耐火磚消耗最快的，因此轉(zhuǎn)爐爐齡的長(zhǎng)短完全取決于風(fēng)口磚的消耗速度，耐火磚單耗小，則爐齡長(zhǎng)，對(duì)工廠經(jīng)濟(jì)效益的貢獻(xiàn)也就越大。因此維護(hù)好轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼不僅是轉(zhuǎn)爐正常吹煉作業(yè)的根本，也是維持轉(zhuǎn)爐高爐齡作業(yè)的保證［1］。

1 影響轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼的因素

1.1 風(fēng)口區(qū)溫度過高損害耐火磚壽命

爐內(nèi)溫度對(duì)耐火磚的壽命是非常重要的［2］，在正常生產(chǎn)條件下，耐火磚表面有一層熔渣層，實(shí)際上渣層是動(dòng)態(tài)的，溫度低渣層較厚，溫度高渣層薄，適當(dāng)厚的渣層可以有效減緩高溫氣體和熔渣對(duì)耐火磚的沖刷。因?yàn)轱L(fēng)口區(qū)耐火磚的損耗直接關(guān)系著爐齡的長(zhǎng)短，所以風(fēng)口區(qū)溫度的控制對(duì)耐火磚損耗至關(guān)重要。

1.2 送風(fēng)軟管漏風(fēng)損害風(fēng)眼。

二系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐共有64個(gè)風(fēng)眼，每個(gè)風(fēng)眼都單獨(dú)連接一根送風(fēng)軟管，送風(fēng)軟管連接風(fēng)眼三通，高壓空氣通過軟管進(jìn)入風(fēng)眼，軟管漏風(fēng)會(huì)導(dǎo)致鼓風(fēng)壓力下降，如果鼓風(fēng)壓力小于爐內(nèi)熔體的靜壓，爐內(nèi)熔體就會(huì)進(jìn)入風(fēng)眼，使風(fēng)眼堵塞，如果清理不及時(shí)風(fēng)眼就會(huì)被完全堵死，使風(fēng)眼喪失送風(fēng)功能。

1.3 風(fēng)眼彈子卡死風(fēng)眼

彈子裝在風(fēng)眼三通的彈子室中，送風(fēng)時(shí)，彈子因風(fēng)壓而壓向彈子壓環(huán)，因而與球面部分接觸可防止漏風(fēng)?？墒侨绻麖椬邮覂?nèi)灌了熔體或有雜物，彈子與彈子壓環(huán)接觸有間隙，就會(huì)導(dǎo)致送風(fēng)時(shí)漏風(fēng)，且制造強(qiáng)烈的噪音，如果彈子室堵塞嚴(yán)重，彈子活動(dòng)空間受限，捅風(fēng)眼時(shí)還會(huì)導(dǎo)致釬子直接將彈子捅至水平風(fēng)管內(nèi)，將風(fēng)眼卡死，使風(fēng)眼喪失送風(fēng)功能。

1.4 捅風(fēng)眼時(shí)機(jī)械作用損害風(fēng)眼

捅風(fēng)眼的目的是將風(fēng)眼前端風(fēng)管的粘結(jié)物清理干凈，使風(fēng)眼暢通，吹煉過程由于粘結(jié)物還處于融化狀態(tài)很容易清理，捅風(fēng)眼時(shí)對(duì)爐襯的損害較小，如果出銅后有局部風(fēng)眼堵塞嚴(yán)重，此時(shí)爐子處于冷卻狀態(tài)且持續(xù)50 min以上，此時(shí)被堵塞風(fēng)眼內(nèi)熔體處于凝固狀態(tài)，風(fēng)眼將很難清理通暢，如果再頻繁使用捅風(fēng)眼機(jī)強(qiáng)行將風(fēng)眼清開，被堵塞風(fēng)眼處區(qū)域的耐火磚將持續(xù)受到強(qiáng)力震蕩，容易導(dǎo)致此處區(qū)域的耐火磚結(jié)構(gòu)松弛，最終導(dǎo)致爆磚或脫落，容易損害爐襯。

1.5 化學(xué)侵蝕消耗風(fēng)眼耐火磚。

轉(zhuǎn)爐吹煉分造渣期和造銅期。造渣過程需配入一定量的熔劑與冰銅中的氧化亞鐵反應(yīng)將鐵除去，生成復(fù)合型硅酸鹽。產(chǎn)生的爐渣呈弱酸性，是爐渣中的氧化劑，會(huì)對(duì)耐火磚產(chǎn)生滲透和腐蝕，因耐火磚含有MgO的成分，會(huì)在高溫作用下溶解在硅酸鐵中，使得耐火磚被消耗。

1.6 機(jī)械沖刷作用

造渣時(shí)爐內(nèi)溫度很高，出渣出銅時(shí)溫度劇降，由于溫差變化較大，產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，會(huì)使?fàn)t襯破裂。

2 維護(hù)風(fēng)眼的措施

風(fēng)眼維護(hù)與管理的目的就是保證風(fēng)眼持續(xù)送風(fēng)功能，同時(shí)維持風(fēng)眼區(qū)耐火磚的消耗盡可能小。為了達(dá)到上述兩個(gè)目的，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。

2.1 設(shè)備改進(jìn)

轉(zhuǎn)爐吹煉過程中反應(yīng)最激烈的區(qū)域就是風(fēng)眼區(qū)域［3］，而風(fēng)口區(qū)爐襯的損耗與溫度有直接的關(guān)系，溫度越高，對(duì)耐火磚內(nèi)部結(jié)構(gòu)損害就越大，如果能夠有效降低風(fēng)口區(qū)溫度，就可以達(dá)到降低爐襯損耗的目的。

要有效降低風(fēng)口區(qū)的溫度，常規(guī)意義上的冷卻方式有兩種選擇，即水冷卻和風(fēng)冷卻，用水冷卻就必須在風(fēng)口區(qū)增加冷卻水套，這種方法雖然效果明顯但對(duì)爐體改造難度大，成本高且危險(xiǎn)性大，一旦水套破損會(huì)發(fā)生爆炸事故。風(fēng)冷卻使用成本相對(duì)低廉得多且改造簡(jiǎn)單，而且也可以有效達(dá)到降低溫度的目的。

具體的措施是在風(fēng)眼底座的上方焊接一根冷卻風(fēng)管貫穿整個(gè)風(fēng)眼區(qū)域，冷卻風(fēng)管四周開設(shè)無數(shù)個(gè)小孔向風(fēng)眼區(qū)域吹入冷卻空氣，使風(fēng)眼區(qū)域的爐體表面溫度下降。

改進(jìn)后通過測(cè)量風(fēng)口區(qū)爐襯消耗數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，風(fēng)口區(qū)爐襯單耗提升效果明顯，整個(gè)平均爐齡也顯著提高了30爐次以上。

2.2 送風(fēng)軟管的管理與規(guī)范。

管理送風(fēng)軟管的目的是保證送風(fēng)軟管不漏風(fēng)。

因?yàn)樗惋L(fēng)軟管是采用不銹鋼制成的彈性軟管，以此來吸收因操作中溫度變化而引起的伸縮，軟管外繞有金屬絲編織物，裸露在風(fēng)眼上方區(qū)域，其硬度較低，捅風(fēng)眼時(shí)如果釬子打偏，就會(huì)將軟管打破。

還有就是軟管耐高溫使用壽命有限，容易在使用過程中結(jié)構(gòu)分裂，造成漏風(fēng)。

因此首先要保證捅風(fēng)眼作業(yè)時(shí)釬子不能打偏，認(rèn)真培訓(xùn)好爐后作業(yè)人員的操作水平；其次吹煉過程中用手放在軟管四周可以感知軟管是否漏風(fēng)，有漏風(fēng)的軟管及時(shí)更換；還有就是對(duì)軟管使用時(shí)間做個(gè)統(tǒng)籌管理，每根軟管使用時(shí)限能清楚地記錄，快達(dá)到使用壽命時(shí)提前更換，這樣能提前預(yù)防故障，減少風(fēng)眼的損耗。

2.3 出銅后風(fēng)眼的維護(hù)與管理

出銅后需要進(jìn)行清理風(fēng)眼的作業(yè)，使風(fēng)眼保持暢通。出銅速度越快，清理風(fēng)眼作業(yè)越提前，風(fēng)眼就更容易清理干凈。因?yàn)殡S著爐子的冷卻，堵塞風(fēng)眼內(nèi)熔體將慢慢處于凝固狀態(tài)，與風(fēng)管融于一體，清理過程中風(fēng)眼磚容易受到損傷。

因此為了保證出銅及時(shí)，安排兩臺(tái)行車進(jìn)行出銅作業(yè)是有必要的，使出銅在40 min內(nèi)完成。

清理完風(fēng)眼后需要逐個(gè)檢查每個(gè)風(fēng)眼彈子室內(nèi)是否有雜物，彈子活動(dòng)是否良好，如果彈子室內(nèi)有雜物需要及時(shí)清理出，彈子表面覆蓋粘結(jié)物也要及時(shí)清理或更換，預(yù)防彈子與壓環(huán)接觸有間隙導(dǎo)致漏風(fēng)。檢查完彈子后要給彈子加油潤(rùn)滑，保證彈子活動(dòng)良好不粘結(jié)。

做完風(fēng)眼維護(hù)工作以后，需要測(cè)量風(fēng)口區(qū)耐火磚的厚度，及時(shí)跟蹤把握耐火磚的消耗，對(duì)消耗爐襯快的耐火磚區(qū)域重點(diǎn)關(guān)注和維護(hù)，以保證生產(chǎn)的平穩(wěn)。

2.4 吹煉過程的控制。

2.4.1 送風(fēng)量的控制

1.送風(fēng)量增大，反應(yīng)速度加快，產(chǎn)生的單位時(shí)間熱量增加，風(fēng)口周圍的溫度上升加快，使風(fēng)口區(qū)耐火磚損耗加劇。

2.吹入空氣速度大，反應(yīng)的中心離風(fēng)口前段遠(yuǎn)，對(duì)耐火磚有利。

3.吹入空氣動(dòng)壓大，熔體和氣泡群的機(jī)械運(yùn)動(dòng)激烈，對(duì)耐火磚沖刷力也強(qiáng)，對(duì)耐火磚不利。

4.送風(fēng)時(shí)風(fēng)量大，風(fēng)口許可的動(dòng)阻力增大，進(jìn)行捅風(fēng)眼作業(yè)的頻率增加，會(huì)加劇耐火磚的消耗。

綜合來看，送風(fēng)量大對(duì)耐火磚弊大于利，但是也不能一味追求低風(fēng)量，因?yàn)檗D(zhuǎn)爐吹煉過程風(fēng)口是埋浸在熔體內(nèi)，因此必須保證一定的送風(fēng)量使送風(fēng)壓力大于熔體靜壓，才能使熔體正常攪拌，進(jìn)行正常的吹煉作業(yè)。同時(shí)還要考慮生產(chǎn)計(jì)劃的因素和生產(chǎn)線銅量的平衡。綜合以上因素和不斷的摸索，選擇最佳送風(fēng)量在42 000～45 000 m3／h，這樣使風(fēng)口區(qū)爐襯消耗在可控的范圍，同時(shí)兼顧了生產(chǎn)任務(wù)的完成。

2.4.2 富氧的控制

轉(zhuǎn)爐富氧吹煉的意義是加快物料的反應(yīng)速度，起迅速提升爐溫的效果。目的是為了加快作業(yè)節(jié)奏，保證生產(chǎn)任務(wù)的完成。高富氧吹煉過程會(huì)產(chǎn)生大量的熱量使?fàn)t溫迅速升高，同時(shí)會(huì)降低耐火磚的性能，加速耐火磚的侵蝕，致使耐火磚發(fā)生損害。因此必須加入足夠的冷料來平衡爐內(nèi)溫度。

吹煉過程中冷料的加入要提前考慮富氧的因素加足，同時(shí)為了保持爐內(nèi)溫度平衡，需要及時(shí)調(diào)節(jié)富氧量，使溫度保持在一個(gè)恒定的狀態(tài)，不出現(xiàn)較大的波動(dòng)。

通過數(shù)據(jù)比對(duì)總結(jié)出造渣期富氧率控制在23%左右，造銅期控制在22.3%左右既能保證生產(chǎn)任務(wù)，又能較好地控制好耐火磚的消耗。

2.4.3 渣含硅的控制

轉(zhuǎn)爐造渣過程生成的硅酸鹽呈弱酸性，在高溫作用下會(huì)對(duì)耐火磚侵蝕，破壞耐火磚性能［4］，爐渣中SiO2含量越高，這種侵蝕作用就越強(qiáng)。因此必須控制好爐渣中SiO2含量，有效遏制爐襯的消耗。

通過試驗(yàn)總結(jié)出爐渣中SiO2含量控制在21%左右對(duì)爐襯侵蝕作用較小，這樣既保證了造渣徹底，同時(shí)造渣過程能生成較多的Fe3O4，在操作中出現(xiàn)掛爐現(xiàn)象，有利于延長(zhǎng)爐壽命。

2.4.4 爐溫的控制

轉(zhuǎn)爐爐襯損壞的主要原因都與溫度有關(guān)［5］，溫度越高，耐火磚的性能降低越顯著，因此操作過程中要盡可能保持爐內(nèi)溫度均衡可控，不可過冷過熱持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)。

3 結(jié) 語

通過對(duì)每爐風(fēng)眼的精細(xì)維護(hù)和管理，轉(zhuǎn)爐爐齡自投產(chǎn)以來有了大的飛躍。通過不斷摸索和驗(yàn)證總結(jié)出一套標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范操作流程，自投產(chǎn)以來使?fàn)t齡由99爐次達(dá)到了現(xiàn)在平均364爐次。

同時(shí)轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼的維護(hù)是一項(xiàng)長(zhǎng)期而龐大的工程，需要不斷摸索和總結(jié)，貴溪冶煉廠通過對(duì)捅風(fēng)眼設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了從人工到智能操作的轉(zhuǎn)變，在降低故障率和誤操作的同時(shí)，降低了作業(yè)過程中對(duì)風(fēng)眼爐襯的損傷，保護(hù)了風(fēng)眼，為轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行提供了保障，進(jìn)一步降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。