提高豎爐使用壽命的生產(chǎn)實(shí)踐

薛超立，張樹鵬

（陽谷祥光銅業(yè)有限公司，山東 聊城 252000）

1 引言

豎爐工藝用于熔化電解殘極、不合格陽極板。豎爐設(shè)備的特點(diǎn)是燒嘴設(shè)置在豎爐底部的周圍，物料在底部熔化后料柱不斷下降，同時(shí)高溫的煙氣在上升過程中對(duì)料柱持續(xù)進(jìn)行預(yù)熱，從而降低能耗，節(jié)約成本。陽谷祥光銅業(yè)的豎爐［1］主要用于熔化電解殘極、不合格陽極板，熔化的銅液雜質(zhì)含量少，不需要氧化還原作業(yè)，主要用于澆鑄陽極板及圓盤澆鑄使用的銅模［2］，但是因長時(shí)間上料沖擊，爐體耐火磚極易脫落，造成豎爐被迫停產(chǎn)檢修。

2 豎爐的基本構(gòu)造及原砌筑方式

豎爐爐型為立式圓筒形，高度達(dá)37m，主要有豎爐本體、上料裝置、水冷煙道等組成，如圖1所示。祥光銅業(yè)的豎爐正常生產(chǎn)期間在爐體下部設(shè)有2排燒嘴，采用頂部上料的方式。熔化的銅液經(jīng)溜槽進(jìn)入保溫爐，熔化的物料雜質(zhì)低。銅液進(jìn)入保溫爐后無需進(jìn)行氧化還原作業(yè)，待保溫爐內(nèi)儲(chǔ)存銅液達(dá)到一定量后，通過澆鑄溜槽至圓盤澆鑄機(jī)［3］澆鑄成合格的陽極板或銅模。豎爐本體是豎爐最主要的部分，分為上筒體及下筒體。為增加加料期間的抗沖擊性，上筒體上部設(shè)置1圈1.5m的防撞銅塊；下筒體由耐火材料砌筑而成，由外向內(nèi)依次為鋼殼、耐火纖維板、尖晶石耐火料、粘土磚、碳化硅磚，如圖2所示。正常生產(chǎn)期間由于頻繁的上料沖擊及燒嘴區(qū)域的銅液沖刷，頂部耐火磚、燒嘴區(qū)域耐火磚及爐底耐火磚極易出現(xiàn)損耗脫落。一旦出現(xiàn)工作層耐火磚脫落極易出現(xiàn)爐體坍塌，造成停爐事故。

圖1 豎爐結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 豎爐砌筑圖

3 砌筑方式及爐頂改造

通過對(duì)豎爐耐火磚損耗區(qū)域梳理發(fā)現(xiàn)，爐頂區(qū)域耐火磚極易出現(xiàn)斷裂損耗，爐體中部易出現(xiàn)脫落，燒嘴及爐底區(qū)域易出現(xiàn)脫落。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)及爐內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)，爐頂區(qū)域耐火磚的損耗，主要由于防撞銅塊防護(hù)范圍小，員工在作業(yè)期間不能準(zhǔn)確控制料位在爐頂1.5m范圍之內(nèi)，料位低于防撞銅塊后，殘極或廢陽極板直接沖擊頂部耐火磚，頻繁的沖擊造成頂部耐火磚斷裂損耗，甚至出現(xiàn)脫落。爐體脫落的耐火磚隨爐料落到底部，造成豎爐出銅口堵塞，底部銅液無法流出，熔化銅液液位升高，倒灌下排燒嘴，造成豎爐停爐，嚴(yán)重影響了殘極處理計(jì)劃。

對(duì)影響豎爐使用壽命的因素進(jìn)行分析，經(jīng)過不斷實(shí)踐、總結(jié)，對(duì)砌筑方式和爐頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，包括增加1.5m防撞銅塊、筒體耐火磚砌筑方式修改、耐火磚改型［4］、增加防撞銅塊及冷卻風(fēng)管等，為后期豎爐處理廢銅模、溜槽銅等大塊物料打下良好的基礎(chǔ)。

（1）爐體砌筑方式的修改。原爐體及燒嘴區(qū)域采用2層寬度為114mm的耐火磚進(jìn)行砌筑，內(nèi)部采用耐火料填充，如圖2所示，整體砌筑高度在10.97m，豎爐運(yùn)行期間爐體強(qiáng)度差，頻繁出現(xiàn)爐體磚脫落，豎爐被迫停爐檢修。改造后，每間隔15層通體磚采用2層長度為450mm的大磚進(jìn)行固定，增強(qiáng)整個(gè)筒體的穩(wěn)定性，如圖3所示。對(duì)燒嘴區(qū)域耐火磚進(jìn)行改造，砌筑過程中采用硫酸灰，如圖4所示，含水分較少，攪拌后會(huì)膨脹發(fā)酵，磚縫之間會(huì)擠出氣泡，內(nèi)部能填充均勻，高溫加熱耐火磚粘接更加牢固，增強(qiáng)了燒嘴區(qū)域穩(wěn)定性及抗沖擊能力，延長了廢陽極板、廢銅模等大塊物料入爐后爐體使用壽命。

圖3 改造后豎爐砌筑圖

圖4 豎爐燒嘴區(qū)域耐火磚改造，采用硫酸灰砌筑

（2）防撞銅塊的修改。豎爐爐體原設(shè)計(jì)在頂部加料口有1層防撞銅塊，如圖5所示，主要用于上料期間防止物料撞擊爐體。由于防撞銅塊防護(hù)范圍小，員工在作業(yè)期間不能將料位準(zhǔn)確控制在爐頂1.5m范圍之內(nèi)，料位低于防撞銅塊后，殘極或廢陽極板入爐期間沖擊點(diǎn)位于銅塊與爐頂磚連接位置，沖擊力造成爐頂磚松動(dòng)、脫落，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)筒體磚脫落，造成豎爐停產(chǎn)。改造后在原銅塊底部增加1層自主設(shè)計(jì)、自主澆鑄的銅塊，如圖6、圖7所示，從而延長銅塊的防護(hù)深度，保護(hù)爐頂耐火磚；同時(shí)增加1圈冷卻風(fēng)管，如圖8所示，對(duì)銅塊及固定螺栓進(jìn)行降溫，減少高溫?zé)煔鈱?duì)銅塊及固定螺栓的影響。

圖5 原設(shè)計(jì)防撞銅塊

圖6 自主設(shè)計(jì)、澆鑄防撞銅塊

圖7 增加一層防撞銅塊

圖8 增加環(huán)形冷卻風(fēng)

4 豎爐改造后的生產(chǎn)實(shí)踐及效果

通過對(duì)豎爐爐體砌筑方式改造、耐火磚改型、防撞銅塊及冷卻風(fēng)的增加，做到了對(duì)爐頂防撞銅塊、耐火材料的零損傷，大大增強(qiáng)了爐體穩(wěn)定性，延長了爐體使用壽命，全年豎爐挖補(bǔ)檢修次數(shù)由5次降低至目前的3次，豎爐每次檢修后的作業(yè)時(shí)間由原來的70d延長到120d以上，每次檢修后的物料處理量由原來的15000t提高到了24000t，見表1所示，有效地提高了豎爐作業(yè)率和產(chǎn)能。同時(shí)豎爐改造實(shí)施后，豎爐-保溫爐具備了對(duì)廢銅模、溜槽銅等大塊物料的處理能力［5］，經(jīng)過工藝人員的不斷實(shí)踐、總結(jié)，解決了高能耗的固定式陽極爐［6］停爐期間廢銅模、溜槽銅等大塊物料的資金占?jí)簡栴}，同時(shí)降低了大塊物料的處理費(fèi)用。

表1 豎爐作業(yè)時(shí)間及物料處理量記錄表

5 結(jié)語

祥光銅業(yè)的豎爐改造實(shí)施后，提高了爐體使用壽命，延長了豎爐作業(yè)時(shí)間，降低了停爐檢修頻次，同時(shí)具備了處理廢銅模、溜槽銅等大塊物料的能力，有效地提高了豎爐作業(yè)率和產(chǎn)能，降低了能源單耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益［6］。