側(cè)吹還原爐烘爐新裝置的應(yīng)用

楊衛(wèi)嚴(yán)，丁鵬，陳華勇

（1.中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038；2.安徽華鉑再生資源科技有限公司，安徽界首 236500）

側(cè)吹還原爐是近年來(lái)國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的一種新?tīng)t型。該設(shè)備由于對(duì)處理的物料有極強(qiáng)的適應(yīng)性，且工藝過(guò)程簡(jiǎn)潔、環(huán)保效果好，迅速在國(guó)內(nèi)銅精礦冶煉、高鉛渣還原及鉛膏蓄電池的綜合回收領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用[1]。

烘爐質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到側(cè)吹還原爐投產(chǎn)后的能否穩(wěn)定運(yùn)行，關(guān)系到側(cè)吹還原爐的使用壽命長(zhǎng)短，影響到企業(yè)的生產(chǎn)效益。目前，在有色金屬冶煉生產(chǎn)過(guò)程中，側(cè)吹還原爐普遍采用的烘爐方法有以下3種：1）拆除側(cè)吹還原爐爐身端墻的1～2塊銅水套，利用1個(gè)大燒嘴對(duì)爐缸進(jìn)行烘爐；2）拆除1次風(fēng)口，并在1次風(fēng)口處安裝若干個(gè)小燒嘴進(jìn)行烘爐；3）對(duì)于爐缸設(shè)有渣室的側(cè)吹還原爐，在其渣室內(nèi)安裝1個(gè)大燒嘴進(jìn)行烘爐。上述3種烘爐方法均存在一定的弊端：方法1，銅水套的拆卸比較繁瑣且存在變形的可能，會(huì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生不利影響；方法2，由于燒嘴的火焰幾乎是平著對(duì)燒，爐缸下部的耐火材料很難烘透，并且燃料利用率較低；方法3，僅適用于帶有渣室的側(cè)吹還原爐，且烘爐前期效果較差[2]。基于此，本文擬提出一種側(cè)吹還原爐烘爐的新裝置，能夠有效避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)有效烘爐，提高烘爐效率，同時(shí)減少對(duì)爐體及爐內(nèi)耐火材料的損害，延長(zhǎng)側(cè)吹還原爐使用壽命。

1 側(cè)吹還原爐烘爐要點(diǎn)

烘爐要點(diǎn)與側(cè)吹還原爐本身的結(jié)構(gòu)及爐體所使用的耐火材料特性密不可分。

1.1 側(cè)吹還原爐本體結(jié)構(gòu)

側(cè)吹還原爐通常設(shè)計(jì)為一矩形立式爐型，從下至上主要由爐缸、爐身、四層水套及爐頂?shù)冉M成[3]，詳見(jiàn)圖1。

圖1 側(cè)吹還原爐立面

由圖1可知，爐缸為一個(gè)長(zhǎng)方形容器，是側(cè)吹還原爐的熔池區(qū)域，由耐火材料和鋼板構(gòu)成。其中，側(cè)吹還原爐用耐火材料主要包括鎂鉻磚、黏土磚、鎂砂填料、鎂鉻質(zhì)澆注料、鎂鉻質(zhì)搗打料以及硅酸鋁耐火纖維板。側(cè)吹還原爐烘爐的關(guān)鍵區(qū)域就是爐缸，因此如何保證對(duì)爐缸內(nèi)耐火材料的有效烘烤，是烘爐能否成功的關(guān)鍵。側(cè)吹還原爐的爐體是由銅水套組成，根據(jù)工藝需要設(shè)置不同層數(shù)的銅水套。爐頂采用的是鋼水套內(nèi)襯耐火澆筑料。為了達(dá)到更好的烘爐效果，爐頂及四層鋼水套內(nèi)襯的澆注料可在安裝前提前澆筑，并在地面上用電阻絲預(yù)先烘好后再進(jìn)行安裝[3]。

1.2 耐火材料的選擇

側(cè)吹還原爐本體除了銅水套、鋼水套、鋼結(jié)構(gòu)框架外，主要由耐火材料構(gòu)成，因此耐火材料的選擇尤其重要。根據(jù)側(cè)吹還原爐處理不同的原料特性以及側(cè)吹還原爐本身的工作原理可知，側(cè)吹還原爐一次風(fēng)口、爐缸放渣及放金屬溶體的區(qū)域耐材的腐蝕及消耗比較嚴(yán)重。側(cè)吹還原爐通常的工作溫度在1 200～1 500℃，因此側(cè)吹還原爐在耐火材料的選擇上必須滿足耐高溫、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、荷重變形溫度高、耐壓強(qiáng)度高、不參與造渣等特點(diǎn)。通常來(lái)說(shuō)，側(cè)吹還原爐在易腐蝕、易被沖刷的區(qū)域選擇三氧化二鉻含量較高的鎂鉻質(zhì)耐火材料[4]。

另外，耐火材料的砌磚形式也會(huì)影響到耐火材料后期使用過(guò)程的穩(wěn)定性。在目前的耐火材料結(jié)合形式中，電熔再結(jié)合的形式能很大程度提高耐材的使用性能，保證耐火材料的耐高溫強(qiáng)度高、抗腐蝕性好。為解決耐火材料熱膨脹問(wèn)題，通常在砌筑過(guò)程中將砌體與殼體間預(yù)留一定的膨脹空間[5]。

2 烘爐新裝置

針對(duì)傳統(tǒng)烘爐裝置存在的問(wèn)題，擬設(shè)計(jì)了一種新型烘爐裝置。新烘爐裝置整體輕便，安裝及拆卸耗時(shí)較短。針對(duì)側(cè)吹還原爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，新烘爐裝置在使用過(guò)程中與側(cè)吹還原爐爐體能快速有效地銜接，在起到烘爐作用的同時(shí)，還能在側(cè)吹還原爐運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行有效補(bǔ)熱。

烘爐新裝置設(shè)置在側(cè)吹還原爐一次風(fēng)口處，其組件包括以下部分：1）燃燒風(fēng)管，主要用于燒嘴組件的燃燒風(fēng)的接入；2）天然氣管，用于燒嘴組件的天然氣的接入；3）噴頭角度調(diào)整機(jī)構(gòu)，主要是利用調(diào)整結(jié)構(gòu)支點(diǎn)通過(guò)螺旋來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)燒嘴根部噴頭角度的調(diào)整；4）點(diǎn)火裝置，當(dāng)爐內(nèi)溫度沒(méi)有達(dá)到著火點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)火裝置便于燒嘴點(diǎn)火；5）預(yù)混裝置，在燒嘴根部設(shè)置1個(gè)預(yù)混裝置，保證其處于穩(wěn)定的低火狀態(tài)；6）軟連接密封件是一種由耐高溫材質(zhì)組成的可伸縮部件，便于燒嘴筒體與噴頭之間角度的調(diào)整。烘爐新裝置及其安裝示意，見(jiàn)圖2。

圖2 烘爐新裝置及其安裝示意

3 新烘爐裝置的應(yīng)用

當(dāng)側(cè)吹還原爐安裝完成及爐內(nèi)耐火材料等砌筑完成后，需要按照耐火材料的升溫曲線進(jìn)行側(cè)吹還原爐烘爐前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。如何能夠做到烘爐裝置安裝時(shí)的便捷可靠，烘爐過(guò)程中的穩(wěn)定有效，烘爐后拆卸時(shí)對(duì)爐體不產(chǎn)生負(fù)作用，是新烘爐裝置在應(yīng)用過(guò)程中需要特別關(guān)注的問(wèn)題。

烘爐新裝置設(shè)置在側(cè)吹還原爐一次風(fēng)口處，與側(cè)吹還原爐爐壁安裝在一起；烘爐時(shí)，一次風(fēng)口是拆卸下來(lái)的。新裝置的筒體直徑大小可根據(jù)側(cè)吹還原爐的一次風(fēng)口安裝孔徑的大小進(jìn)行調(diào)整；新裝置的燒嘴筒體的長(zhǎng)度可根據(jù)爐壁的厚度進(jìn)行調(diào)整。燃燒空氣通過(guò)燃燒風(fēng)管進(jìn)入烘爐裝置的筒體，天然氣通過(guò)天然氣管進(jìn)入烘爐裝置的筒體，二者在噴頭內(nèi)進(jìn)行混合、燃燒。烘爐時(shí)，根據(jù)側(cè)吹還原爐爐缸內(nèi)升溫曲線及升溫區(qū)域的要求，可通過(guò)噴頭角度調(diào)整機(jī)構(gòu)以調(diào)整機(jī)構(gòu)支撐點(diǎn)為支撐進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整噴頭的角度。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，通常使用的調(diào)整角度為上下各60°。通過(guò)對(duì)側(cè)吹還原爐內(nèi)燃燒火焰的控制，達(dá)到對(duì)烘爐區(qū)域進(jìn)行調(diào)整的目的，滿足側(cè)吹還原爐各區(qū)域烘爐的要求。

以江西上饒某鉛冶煉廠為例，該廠在2016年棄用鼓風(fēng)爐處理富鉛渣后，新建了1臺(tái)8.4 m2的富氧側(cè)吹還原爐用于還原富鉛渣。該工藝的引進(jìn)成功提升了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)效益當(dāng)年就得到了明顯提升，能耗指標(biāo)得到了較大的改善。然而，由于側(cè)吹還原爐應(yīng)用前期，在側(cè)吹還原爐烘爐工作方面沒(méi)有能采取好的烘爐方法和裝置，導(dǎo)致烘爐過(guò)程中，爐體的拆卸工作量較大，不僅投入了較多的人力、物力，對(duì)爐體實(shí)際作業(yè)率也有負(fù)面影響。上述新烘爐裝置在該企業(yè)進(jìn)行試用后，成功提高了烘爐效率，在烘爐的操作和燃料的利用率上表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，側(cè)吹還原爐在國(guó)內(nèi)冶金生產(chǎn)行業(yè)已得到了廣泛推廣和普及。采取正確的烘爐手段、選擇得當(dāng)?shù)暮鏍t裝置能保證側(cè)吹還原爐安全使用、延長(zhǎng)側(cè)吹還原爐使用壽命、提高側(cè)吹還原爐的作業(yè)率。本文所闡述的烘爐新裝置極大地優(yōu)化了側(cè)吹爐烘爐過(guò)程，保障了烘爐效率，值得推廣。