奧爐“死爐”原因、處理方法及預防措施

張 磊，汪 勇，李林山

（銅陵有色金屬集團股份有限公司，安徽 銅陵 244000）

1 引言

本文所指“死爐”是指在正常生產(chǎn)過程中由于動態(tài)工藝參數(shù)如熔池溫度、冰銅品位和爐渣渣型變化未能及時調(diào)整或突發(fā)事件不可預先判斷所引起的熔池表面結(jié)殼、熔池溫度迅速降低、噴槍背壓上升、噴槍晃動由擺動逐漸變成抖動直至不動等現(xiàn)象[1］。韋元基[2］研究表明，鼓風爐“死爐”的重要原因是爐缸溫度偏低。駱祖林[3］等研究表明，電爐“死爐”主要是由于電極折斷導致電能未輸送至爐內(nèi)引起溫度急降。

某銅冶煉廠火法冶煉工藝流程是：銅精礦倉式配料-圓盤制粒機制粒-奧斯麥特爐熔池熔煉-沉降電爐沉降分離-智能數(shù)控轉(zhuǎn)爐吹煉-回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉[4］。奧斯麥特爐（簡稱“奧爐”）爐內(nèi)熔池表面出現(xiàn)結(jié)殼（“死爐”）時，耐火磚材料、噴槍等使用壽命會大幅縮短[5］。該廠結(jié)合生產(chǎn)實踐分析了奧爐“死爐”的原因，提出了處理方法和預防措施。

2 奧爐“死爐”現(xiàn)象及其危害

奧爐死爐現(xiàn)象主要表現(xiàn)為，噴槍晃動逐漸變?yōu)槎秳又敝敛粍?，噴槍風背壓急劇上升，爐內(nèi)熔池表面結(jié)殼面積不斷增加，堰口熔體流量減小甚至不斷流。

奧爐出現(xiàn)“死爐”的主要危害：

（1） 存在重大安全隱患。當奧爐發(fā)生“死爐”時，由于爐內(nèi)熔體表面出現(xiàn)結(jié)殼，生產(chǎn)中所產(chǎn)生的氣體和噴槍風中的氣體不能及時從熔體表面溢出，造成爐內(nèi)壓力逐漸增大。當壓力過大時會引起熔體從堰口噴出，威脅操作人員和堰口設備安全。

（2）縮短噴槍壽命。奧爐在熔池表面出現(xiàn)結(jié)殼時已開始減料，同時增加煤和天然氣輔熱，下槍位攪動熔池，噴槍接觸銅锍后易燒損，需要盡快更換噴槍。

（3）縮短爐襯壽命。鋁鉻尖晶石耐火磚熱震性能差，在溫度急劇變化的情況下容易出現(xiàn)大面積剝落，縮短爐襯壽命[6］。

3 奧爐發(fā)生“死爐”的原因

3.1 爐內(nèi)熔池溫度過低

（1）因入爐原料波動而出現(xiàn)瞬時大料量，導致入爐氧料比偏小，物料沒有足夠的氧進行氧化放熱反應，爐內(nèi)出現(xiàn)生料，熔池溫度迅速降低，噴槍背壓急劇上升，易出現(xiàn)死爐現(xiàn)象。

（2）當入爐原料成分差，高熔點物質(zhì)含量過多時，若不能及時升高操作溫度或調(diào)整配料，易形成“死爐”。

（3）奧爐鍋爐上升煙道結(jié)焦大塊和噴槍槍重脫落[7-8］偶爾會同時發(fā)生，高達數(shù)噸的高熔點結(jié)焦物從高空掉落爐內(nèi)熔池區(qū)，在重力作用下熔池被擠出，爐內(nèi)熔池容量減少，結(jié)焦物又會吸熱熔化，非常容易導致“死爐”。

3.2 噴槍槍位控制不當

奧爐熔煉物料進入爐內(nèi)時的落料點集中。正常生產(chǎn)時，要求噴槍插進熔池渣層深度200～300mm，噴槍在熔池渣層內(nèi)保持充分攪動，確保熔池反應完全、均勻。隨著熔池深度的增減，需要適當調(diào)整槍位。當噴槍槍位過高時，噴槍插入熔池渣層過淺，熔池得不到充分攪動，會導致下料點處溫度過低，形成生料堆積甚至出現(xiàn)熔池表面結(jié)殼等現(xiàn)象，且風氧容易逸出，物料反應不充分，易出現(xiàn)死爐；另外，噴槍插入熔池渣層過淺時，熔池反應面積和深度也將受限，導致反應不充分，溫度迅速降低而出現(xiàn)“死爐”。當噴槍槍位過低時，噴槍槍頭易接觸冰銅而燒損，同樣會導致反應不充分，溫度迅速降低而出現(xiàn)“死爐”現(xiàn)象。

3.3 爐渣渣型失調(diào)

奧爐在生產(chǎn)過程中，需要嚴格控制爐渣的渣型?？刂坪昧嗽?，就可以有效地控制好渣熔點和黏度，即熔池溫度和渣流動性。這里所指的渣型，即：鐵硅比。鐵主要來源于原料，只能進行微調(diào)，硅主要來源于原料和熔劑石英砂。鐵硅比過大，爐渣中易產(chǎn)生過多的高熔點物四氧化三鐵；鐵硅比過小，會增加渣黏度并沖刷爐襯。鐵硅比過高或過低都會造成渣熔點升高，流動性差。鐵硅比長時間不達標易造成爐況惡化，進而出現(xiàn)“死爐”現(xiàn)象。

4 奧爐發(fā)生“死爐”后的施救措施

4.1 針對工藝控制參數(shù)的施救

（1）根據(jù)導致爐內(nèi)熔池溫度過低的原因，采取相應的措施。①根據(jù)熔煉反應程度調(diào)整煤、氧、天然氣及原料的添加量；②根據(jù)噴槍擺動和噴槍風背壓及時進行槍位調(diào)整；③保持堰口與主控的聯(lián)系，及時疏通堰口。

（2）根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，結(jié)合噴槍擺動情況，調(diào)整槍頭，使噴槍槍頭插入熔池渣層，深度控制在200～300mm。

（3）生產(chǎn)過程中主要通過控制石英砂量來調(diào)整鐵硅比，從而控制渣型。鐵硅比一般控制在1.2～1.4。

4.2 針對死爐的不同階段的施救

根據(jù)奧爐爐內(nèi)熔池表面結(jié)殼直至噴槍無晃動發(fā)生“死爐”時熔池表面狀態(tài)，分四個階段施救，直到噴槍正?；蝿忧胰鄢販囟取⒈~品位及爐渣渣型均恢復到正常范圍內(nèi)。

4.2.1 爐內(nèi)熔池表面小面積結(jié)殼階段

當奧爐爐內(nèi)熔池表面出現(xiàn)小面積結(jié)殼時（圖1），噴槍在爐內(nèi)可以擺動且噴槍風背壓值上升，但在可控范圍內(nèi)（投料量135～140 t/h，噴槍槍位2.0～2.3m，工藝風量20000 Nm3/h，氧量20000 Nm3/h，煤2.5～3.5t/h，天然氣200～300Nm3/h，噴槍風背壓35～45kPa），增加補充熱煤和天然氣，同時降料增大氧料比，下槍位攪動熔池，待結(jié)殼熔化后再逐步恢復正常操作參數(shù)。

圖1 爐內(nèi)熔池表面小面積結(jié)殼階段

4.2.2 爐內(nèi)熔池表面大面積結(jié)殼階段

當奧爐爐內(nèi)熔池表面出現(xiàn)大面積結(jié)殼時（圖2），噴槍在爐內(nèi)熔池渣層區(qū)域擺動嚴重受阻或者噴槍風背壓較正常生產(chǎn)時異常高，應立即停料、斷氧、提槍，并重新定槍位和加大噴槍天然氣流量，以熔化熔池表面的結(jié)殼。同時利用爐口應急煤倉加煤。待噴槍下端出現(xiàn)部分熔池時下槍攪動。待結(jié)殼熔化后分步加料生產(chǎn)。

圖2 爐內(nèi)熔池表面大面積結(jié)殼階段

4.2.3 爐內(nèi)無熔池階段

當奧爐爐內(nèi)無熔池現(xiàn)象發(fā)生時（圖3），立即停料、斷氧，噴槍提升至熔池表面并定槍位，應急煤倉補煤，繼續(xù)加大天然氣量對爐內(nèi)結(jié)殼表面進行熔化。待噴槍槍頭下方出現(xiàn)小熔池時，下槍進行短時間攪動，再提槍并定位熔化，再下槍攪動，重復進行。待出現(xiàn)較大面積熔池時，分步加料生產(chǎn)。

圖3 爐內(nèi)無熔池階段

5 奧爐“死爐”的預防措施

5.1 控制熔池溫度

熔煉過程只有在一定的溫度條件下才能順利完成，合適的過程溫度是保證熔煉正常進行的最基本的熱力學條件之一，也是影響爐壽命和能耗的重要因素。影響熔池反應溫度的因素有入爐物料成分、鐵硅比的變化、氧化反應強度、噴槍插入深度等，在生產(chǎn)操作中要綜合考慮。

5.2 控制銅锍品位

銅锍品位關系到熔煉反應強度、能耗和其他綜合性經(jīng)濟技術指標。合理控制銅锍品位目的在于保持熔煉系統(tǒng)、吹煉系統(tǒng)的平衡。銅锍品位過低會沖刷爐襯并導致下道工序轉(zhuǎn)爐吹煉周期變化。銅锍品位過高會引起熔池溫度升高、四氧化三鐵增加、渣含銅升高；同時也可能出現(xiàn)爐渣過氧化甚至發(fā)生泡沫渣噴爐事故，以及導致下道工序的吹煉系統(tǒng)不能滿負荷生產(chǎn)[9］。因此銅锍品位的控制對維持整個系統(tǒng)的均衡生產(chǎn)和經(jīng)濟技術指標至關重要。

5.3 控制爐渣渣型

爐渣渣型控制的目的在于，要根據(jù)物料組成將爐渣控制在熔點最低、黏性最小和流動性最好的成分范圍之內(nèi)。盡可能降低熔煉溫度，減少爐渣對爐體耐火材料的侵蝕，提高爐壽命；降低奧爐燃料成本，保證有價金屬在爐渣中的沉降分離；降低爐渣中的有價金屬含量，提高熔煉回收率等[10］。

6 結(jié)論

奧爐發(fā)生“死爐”現(xiàn)象原因主要有入爐原料量波動，入爐原料成分不均，噴槍槍位控制不當，鐵硅比長時間不達標造成爐況惡化等。

奧爐發(fā)生“死爐”后要及時采取施救措施。根據(jù)具體情況調(diào)整煤、氧、天然氣及原料的添加量；根據(jù)噴槍擺動和噴槍風背壓及時進行槍位調(diào)整；及時疏通堰口。噴槍插入熔池渣層深度控制在200～300mm，鐵硅比一般控制在1.2～1.4。

綜合考慮入爐物料成分、鐵硅比的變化、氧化反應強度、噴槍插入深度等因素，控制好熔池溫度；合理控制銅锍品位，保持熔煉系統(tǒng)、吹煉系統(tǒng)的平衡；控制爐渣渣型，將爐渣控制在熔點最低、黏性最小和流動性最好的成分范圍之內(nèi)，可有效預防發(fā)生死爐現(xiàn)象。