貴冶一系統(tǒng)閃速爐改造實(shí)施及施工方案的探討

賈小強(qiáng)，吳新明

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

貴溪冶煉廠一系統(tǒng)閃速爐自1985年建成投產(chǎn)以來，經(jīng)過一期、二期、三期技術(shù)升級改造，生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到礦銅產(chǎn)量30萬t/年。隨著技術(shù)革新，一系統(tǒng)閃速爐電爐貧化技術(shù)已經(jīng)被閃速爐渣直接緩冷浮選技術(shù)取代。隨著公司堅(jiān)持綠色發(fā)展的理念，實(shí)現(xiàn)2020年打造綠色工廠的目標(biāo)，貴冶實(shí)施了一步法拆除電爐，對閃速爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行升級改造[1]，最終達(dá)到了徹底解決低空污染、節(jié)能降耗、減少維護(hù)檢修量和勞動(dòng)定員的目的。

本次渣直排改造預(yù)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)安裝工程量550t，拆除工作量800t。爐窯拆除殘磚和結(jié)渣合計(jì)3000t，砌筑耐火材料850t。如何高效、保質(zhì)、保量地進(jìn)行冷修，最大限度縮短停產(chǎn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)貴冶3年熱修及9年冷修的目標(biāo)。有必要對閃速爐冷修方案進(jìn)一步優(yōu)化、細(xì)化落實(shí)。

1 一系統(tǒng)閃速爐存在的問題及冷修改造內(nèi)容

1.1 存在的問題

一系統(tǒng)閃速爐采用電爐貧化閃速爐渣，存在能耗高，環(huán)境差，檢修維護(hù)費(fèi)用高等缺點(diǎn)。電爐爐內(nèi)壓控制處于微負(fù)壓狀態(tài)。六根電極孔難于徹底密封，導(dǎo)致煙氣外溢，造成低空污染，工作崗位環(huán)境極差，與我廠打造綠色工廠相悖。電爐生產(chǎn)一直處于電極加熱保溫狀態(tài)，是國家淘汰名單的高能耗設(shè)備。電爐做一個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)，電極和爐體需要定期進(jìn)行維護(hù)和檢修。在長周期的生產(chǎn)運(yùn)行中，反應(yīng)塔壁已經(jīng)達(dá)到超負(fù)荷生產(chǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象。沉淀池三角區(qū)和拱頂還是保留日本設(shè)計(jì)的H型梁埋銅管的水冷結(jié)構(gòu)[2]，由于冷卻強(qiáng)度不夠和布局方式的不合理，因該區(qū)域的熱負(fù)荷大，高溫沖刷嚴(yán)重，使得此部位的H型水冷梁內(nèi)埋的銅管燒穿，使用壽命只能達(dá)到兩三年。由于在長周期生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)漏水，進(jìn)入爐體內(nèi)部，造成爐體其他部位耐火磚性質(zhì)改變而粉化，嚴(yán)重制約著閃速爐爐體安全運(yùn)行。并且H型水冷梁做整個(gè)爐頂耐火磚的承重結(jié)構(gòu)，更換條件只能冷修才能操作完成，極大的制約著閃速爐長周期生產(chǎn)的需求。

1.2 一系統(tǒng)閃速爐冷修改造內(nèi)容

①取消電爐，一步拆除貧化電爐本體及配套的相關(guān)設(shè)備、設(shè)施等。在電爐原所在位置增設(shè)閃速爐渣包廂和渣包車通道。②通過把反應(yīng)塔倒F水套改成E型水套，增加反應(yīng)塔水冷強(qiáng)度，優(yōu)化砌筑結(jié)構(gòu)。③通過加高沉淀池側(cè)墻傾斜水套高度，對水套排布優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加沉淀池冰銅儲存量，抬升熔池渣線區(qū)域。優(yōu)化后期冰銅和渣的排放模式，冰銅口由三個(gè)增設(shè)到七個(gè)，排渣口由兩個(gè)增設(shè)到三個(gè)渣口。④保留沉淀池頂部弧形拱頂結(jié)構(gòu)，取消H型水冷梁承重結(jié)構(gòu)，優(yōu)化成新型的吊掛垂直水冷梁的砌體結(jié)構(gòu)。⑤取消上升煙道原來的H型水冷梁，采用吊掛垂直水套的冷卻方式，并對水套位置重新進(jìn)行布局。⑥更換反應(yīng)塔壁、沉淀池、上升煙道的耐火磚。⑦拆除閃速爐的三個(gè)冰銅包廂，優(yōu)化成沉淀池四個(gè)冰銅包廂的合理布局。⑧對煙氣環(huán)集系統(tǒng)進(jìn)行改造，滿足冰銅和渣排放口和渣包廂的環(huán)集需求。⑨對閃速爐冷卻水循環(huán)水系統(tǒng)改造，優(yōu)化集水箱和進(jìn)出水管布局。

2 一系統(tǒng)閃速爐冷修技術(shù)方案

2.1 一系統(tǒng)閃速爐爐底檢修方案的論證

在長周期的生產(chǎn)運(yùn)行中，由于爐體冷卻元件燒損漏水的原因，導(dǎo)致沉淀池爐墻鋼殼出現(xiàn)往外膨脹、爐墻西北及西南角耐火磚局部粉化的現(xiàn)象。是否對爐底工作層和安全層耐火磚更換，是關(guān)乎爐體長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素，也是直接影響爐體檢修工期長短的問題。通過了解對比國內(nèi)外同行工廠的閃速爐爐底檢修的狀況，結(jié)合貴冶自身的相關(guān)數(shù)據(jù)及生產(chǎn)作業(yè)模式狀況，以及對現(xiàn)場進(jìn)行鉆孔取樣分析結(jié)果。經(jīng)過對三種方案（如表1）充分論證和評估，最終確定選取方案三。

表1 一系統(tǒng)閃速爐爐底檢修方案檢修周期和施工費(fèi)用對比表

2.2 一系統(tǒng)閃速爐冷修結(jié)渣拆除方案論證

爐體拆除方案的選取是制約著各大冶煉廠實(shí)施爐體冷修工期進(jìn)度的關(guān)鍵因素，拆除時(shí)間長短會(huì)成為爐體冷修能否順利完成的決定因素。隨著目前拆爐技術(shù)也已經(jīng)從人工拆除轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械設(shè)備拆除和爆破拆除，但兩種拆除方案選取也一直是各大冶煉廠進(jìn)行討論的問題。貴冶一系統(tǒng)閃速爐和電爐已經(jīng)長周期運(yùn)行34年，特別是電爐長期處于厚結(jié)渣狀態(tài)。電爐洗爐也只能靠投焦粉和調(diào)整電極功率，由于爐體結(jié)構(gòu)問題，爐墻洗爐效果達(dá)不到最佳效果。經(jīng)過預(yù)判斷洗爐效果不會(huì)很理想，爐體結(jié)渣拆除工作不會(huì)輕松。貴冶對于拆爐方案的選取，通過實(shí)地考察金隆冶煉廠奧圖泰的機(jī)械拆除方法，結(jié)合貴冶拆除經(jīng)驗(yàn)和本次改造項(xiàng)目實(shí)施上下交叉施工密度大的特點(diǎn)，對方案進(jìn)行了充分的論證，最終選取了爆破拆除的拆除方法。達(dá)到了施工工期最短，檢修費(fèi)用最少的目的，為整體工程進(jìn)度實(shí)施創(chuàng)造了良好開局條件。

表2 2019年1#閃速爐冷修膨脹數(shù)據(jù)登記表（升溫）

3 一系統(tǒng)閃速爐冷修施工方案

3.1 施工準(zhǔn)備階段

①梳理出檢修工作量，落實(shí)施工單位，編制好施工方案和施工進(jìn)度表。編制好施工流程圖和現(xiàn)場材料、備件、臨時(shí)設(shè)備布置圖。②梳理出改造和施工所需更新設(shè)備、材料、備件型號和數(shù)量，進(jìn)行清單化管理，排出備品備件到場周期表，實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)造，確保準(zhǔn)確把握到貨日期。對到貨的設(shè)備、材料、備品進(jìn)行質(zhì)量和數(shù)量查驗(yàn)。③現(xiàn)場勘探基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，查驗(yàn)校對圖紙數(shù)據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)圖紙。④對現(xiàn)場施工場所進(jìn)行提前布置，出定置管理圖。⑤施工所需大型臨時(shí)設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作加工（計(jì)劃提前一周完成）。⑥提前一個(gè)月對熔煉主廠房中間物料進(jìn)行平衡控制，停爐當(dāng)天清空閃速爐粗銅和冰銅包殼場。⑦結(jié)合工程進(jìn)度拆除的廢舊物資，制定冷修改造期間廢舊物資堆放和轉(zhuǎn)運(yùn)方案。⑧提前一周在4號陽極爐主廠房區(qū)域，拼接8m×9m的臨時(shí)放磚平臺，停爐當(dāng)天，利用熔煉主廠房行車檢修之前吊運(yùn)到閃速爐冰銅包殼場，并與閃速爐二樓平臺連接。⑨提前一個(gè)月制定閃速爐和電爐爐體結(jié)渣洗爐方案，提前調(diào)整各礦種配料比例，預(yù)留低銅品位精礦用于后期洗爐作業(yè)；穩(wěn)定好爐況，每天通過爐內(nèi)點(diǎn)檢及全檢尺，全面掌握爐內(nèi)各處掛渣情況，指導(dǎo)洗爐工作按計(jì)劃開展。⑩制定閃速爐停爐降溫方案和烘烤升溫方案。

3.2 閃速爐停爐降溫冷卻（計(jì)劃時(shí)間3天）

①閃速爐停爐后，排完所剩熔體，執(zhí)行爐體降溫方案。后期利用反應(yīng)塔風(fēng)機(jī)強(qiáng)制鼓風(fēng)進(jìn)行降溫。②拆除銅渣流槽及煙氣環(huán)集管道后，制作廢磚和廢渣滑動(dòng)流槽到主廠房地面。③閃速爐停爐后，開始割除沉淀池頂部平臺和鋼結(jié)構(gòu)，對沉淀池爐體外殼鋼板進(jìn)行有序割除。④電爐排完熔體后進(jìn)行強(qiáng)制冷卻降溫。對爐膛內(nèi)部熔體進(jìn)行檢測，表殼凝固后進(jìn)行強(qiáng)制澆水冷卻降溫，開始拆除電爐附屬設(shè)備。

3.3 閃速爐爐體和電爐爐體拆除（閃速爐計(jì)劃拆除5天）

閃速爐開始進(jìn)入大規(guī)模拆除，采取沉淀池頂部和沉淀池側(cè)墻同時(shí)開始拆除，沉淀池側(cè)墻主要從外部開始拆除施工。在此期間，爐體冷卻水進(jìn)行有順序的局部關(guān)停并吹掃水管和水套殘余冷卻水。反應(yīng)塔和上煙道搭設(shè)腳手架和頂部防護(hù)措施，開始正式全面展開拆除工作。采取由從上往下依次爆破拆除的方式。 閃速爐停爐第五天，沉淀池側(cè)墻拱腳部位結(jié)渣開始爆破拆除施工。拆除下來的廢磚和廢渣通過沉淀池南側(cè)墻開口人工倒運(yùn)出到老的銅包廂中，利用小型挖機(jī)扒到熔煉主廠房中，轉(zhuǎn)運(yùn)拉走，執(zhí)行廢舊物料堆放倒運(yùn)方案。電爐降溫第三天開始拆除爐頂耐火材料，采取破壞性爆破拆除方式。電爐側(cè)墻從西北、東北、西南三個(gè)不同方向開口，作為三個(gè)排渣通道。整體拆除順序是電爐頂部拆除-電爐側(cè)墻的拆除—電爐爐底的拆除。

3.4 一系統(tǒng)閃速爐技改實(shí)施（計(jì)劃時(shí)間25天）

①反應(yīng)塔搭設(shè)安裝平臺，利用葫蘆和千斤頂對反應(yīng)塔舊水套拆除，新水套安裝。拆除反應(yīng)塔最下圈的倒F水套，安裝新的法蘭結(jié)構(gòu)，吊運(yùn)組裝新的E型水套。②沉淀池頂部吊掛結(jié)構(gòu)和水冷H型梁拆除，組合安裝新的吊掛框架結(jié)構(gòu)、垂直吊掛水套和BIC水套。③上升煙道舊的水冷梁、吊掛結(jié)構(gòu)拆除，新的吊掛結(jié)構(gòu)安裝和新的吊掛水套就位安裝。④沉淀池側(cè)墻爐體外殼焊接恢復(fù)，進(jìn)入爐體內(nèi)部安裝傾斜水套、銅渣口方框水套和水平水套。⑤拆除舊的冰銅包廂及基礎(chǔ)，重新澆筑包廂和小車軌道基礎(chǔ)，安裝鋼結(jié)構(gòu)安裝和隔熱材料的鋪設(shè)。⑥拆除電爐爐底混凝土基礎(chǔ)，進(jìn)行渣包廂基礎(chǔ)施工和渣包車通道施工。⑦冷卻循環(huán)水系統(tǒng)改造采取見縫插針，隨工程同步實(shí)施。⑧沉淀池側(cè)墻砌筑緊跟沉淀池側(cè)墻爐殼恢復(fù)和水套安裝，逐步推進(jìn)。反應(yīng)塔和上升煙道同時(shí)砌筑，沉淀池頂部放在最后砌筑。

3.5 閃速爐烘爐升溫實(shí)施(計(jì)劃時(shí)間15天）

整個(gè)閃速爐爐體安裝完畢。為了便于烘爐材料（水淬渣、木炭、焦粒、木柴及鐵板）的運(yùn)入，從燒嘴孔將材料運(yùn)送進(jìn)去，烘爐前3天，將烘爐材料依次運(yùn)進(jìn)爐內(nèi)，并安放完畢。并全面檢查確認(rèn)整個(gè)閃速爐鋼結(jié)構(gòu)完好，焊接不良的受力部位要及時(shí)加固，影響爐體膨脹的構(gòu)件要進(jìn)行調(diào)整。檢查恢復(fù)燒嘴和重油機(jī)組系統(tǒng)，打通排煙系統(tǒng)。在升溫期間，安排銅渣溜槽、環(huán)集系統(tǒng)和包廂小車等爐體外圍施工部分。嚴(yán)格按升溫曲線圖進(jìn)行遞進(jìn)升溫，在升溫過程中要密切監(jiān)視爐體各部位的膨脹情況，各爐體膨脹測點(diǎn)、爐體表面溫度測點(diǎn)做到每小時(shí)檢測一次并記錄完整數(shù)據(jù)鏈。

4 渣直排爐體改造工程效果評價(jià)

在爐體烘烤升溫結(jié)束后，沉淀池各處膨脹基本維持在20mm～30mm之間（表2），爐體個(gè)別區(qū)域膨脹最大量為50mm左右。從爐體膨脹數(shù)據(jù)（如表4）來看，爐體安全在受控范圍內(nèi)，達(dá)到理想施工效果。后期經(jīng)過一年的滿負(fù)荷生產(chǎn)之后，爐體結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，爐體溫度都處于正常溫度范圍。閃速爐本次渣直排改造實(shí)施工期為48天，是貴冶建廠以來，改造量最大，涉及不同專業(yè)同時(shí)交集施工最多的一次工程。本項(xiàng)目通過施工方案論證和施工進(jìn)度優(yōu)化，順利完成了爐體改造任務(wù)，達(dá)到了前期預(yù)定的目標(biāo)見表3。

表3 1#閃速爐改造前后主要技經(jīng)指標(biāo)對比表（月平均值）

5 結(jié)語

選取科學(xué)合理的檢修模式，細(xì)化施工方案，能夠整體縮短檢修工期，最大程度的降低施工成本。