旋浮吹煉爐冷修及改造實(shí)踐

〔摘 要〕根據(jù)某廠懸浮吹煉爐生產(chǎn)運(yùn)行情況，結(jié)合冷修時(shí)發(fā)現(xiàn)的反應(yīng)塔水套、沉淀池渣線區(qū)耐火磚以及上升煙道頂部侵蝕嚴(yán)重的情況，介紹了該廠懸浮吹煉爐第一次冷修期間針對(duì)反應(yīng)塔、沉淀池、上升煙道進(jìn)行的結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施，并提出了后續(xù)該廠懸浮吹煉爐可以進(jìn)行的進(jìn)一步優(yōu)化措施。

〔關(guān)鍵詞〕旋浮吹煉爐；反應(yīng)塔；沉淀池；上升煙道；銅水套

中圖分類號(hào)：TF811? ?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? 文章編號(hào)：1004-4345（2024）01-0014-0４

Cold Repair and Renovation Practice of Cyclone Converter

JIAN Zhengzhu

（China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China）

Abstract? ?According to the production and operation of the cyclone converter in a certain smelter， combined with the serious erosion of refractory bricks in the reaction shaft water cooling element， settler slag line area， and the top of the uptake shaft found during cold repair， this paper introduces the structural optimization measures for the reaction shaft， settler and uptake shaft during the first cold repair of the cyclone converter in the smelter， and puts forward further optimization measures that can be carried out in the future for the cyclone converter in the smelter.

Keywords? cyclone converter; reaction shaft; settler; uptake shaft; copper cooling element

懸浮吹煉是陽(yáng)谷祥光銅業(yè)公司在引進(jìn)閃速吹煉的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種吹煉技術(shù)。閃速吹煉對(duì)物料的分散采取的是用水平方向的分布風(fēng)打散垂直下落的物料，當(dāng)投料量大時(shí)，容易出現(xiàn)反應(yīng)偏析、下生料、煙塵率高、爐況波動(dòng)等問(wèn)題。懸浮吹煉除了具有閃速吹煉相同的反應(yīng)塔上部反應(yīng)機(jī)理外，還獨(dú)創(chuàng)了反應(yīng)塔下部過(guò)氧化物料和欠氧化物料顆粒間的碰撞反應(yīng)機(jī)理，采用“風(fēng)內(nèi)料外”的供料方式，根據(jù)自然界龍卷風(fēng)旋轉(zhuǎn)時(shí)具有極強(qiáng)的擴(kuò)散和卷吸能力的原理，使物料顆粒呈倒龍卷風(fēng)的旋流狀態(tài)分布在反應(yīng)塔中央，再在龍卷風(fēng)旋流體中間增加中央脈動(dòng)氧氣，改變物料顆粒的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物料顆粒間的脈動(dòng)碰撞、傳熱傳質(zhì)，使整個(gè)吹煉過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)得到充分強(qiáng)化。

國(guó)內(nèi)某冶煉廠的旋浮吹煉爐自2018年9月點(diǎn)火[2]到2022年11月，已安全運(yùn)行超過(guò)50個(gè)月，部分水套及耐火材料出現(xiàn)不同程度的損耗。為保證爐體安全，該廠決定自2022年11月26日起進(jìn)行第1次冷修，針對(duì)前期生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化改造。本文擬結(jié)合此次冷修時(shí)各部位發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題以及該廠采取的處理措施，對(duì)懸浮吹煉爐的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提出設(shè)想。

1? ?旋浮吹煉爐冷修發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

1.1? 反應(yīng)塔

吹煉爐運(yùn)行4年多以來(lái)，反應(yīng)塔總體運(yùn)行情況良好，但停爐之后發(fā)現(xiàn)反應(yīng)塔齒形水套的齒由于長(zhǎng)期承受高溫熔體和高溫?zé)煔獾臎_刷基本已被侵蝕。最下層的水平水套也出現(xiàn)不同程度的侵蝕，其中侵蝕最嚴(yán)重的1塊如圖1所示。

由圖1可以看出，該水套的部分銅管已裸露在外。此前，金冠銅業(yè)吹煉爐此處的水套也出現(xiàn)過(guò)被侵蝕的凹槽，他們的結(jié)論是由于低溫腐蝕造成[2]。筒體中下部西南側(cè)部分水平水套有一些燒損，這是之前生產(chǎn)過(guò)程中冰銅噴嘴的偏析導(dǎo)致。塔壁耐火磚也存在不同程度的侵蝕，特別是中下部西南側(cè)的殘磚僅有80 mm。塔頂由于設(shè)計(jì)采用的是鑲磚水套全覆蓋形式，保護(hù)得比較好。

1.2? 沉淀池

此前吹煉爐運(yùn)行期間，反應(yīng)塔下方沉淀池溫度普遍偏高；沉淀池北側(cè)多處出現(xiàn)局部回水溫度高報(bào)的情況；池頂有時(shí)存在過(guò)熱情況，池底測(cè)溫點(diǎn)最高溫度超過(guò)670 ℃。此次冷修工作人員進(jìn)入沉淀池后看到的情況如圖2所示。

由圖2所示，沉淀池拱腳磚基本沒(méi)有損壞，分析認(rèn)為應(yīng)該是爐底冷銅的存在使得吹煉爐長(zhǎng)時(shí)間處于高銅面、高總液面控制，渣層未影響到拱腳磚。而渣線區(qū)耐火磚基本已被侵蝕，靠掛渣保護(hù)，這是沉淀池側(cè)墻水套回水溫度高報(bào)的原因。池頂耐火材料有局部被侵蝕，清理之后發(fā)現(xiàn)反拱底部冷銅厚度最薄處也有50 mm，部分區(qū)域接近250 mm，與爐底工作層成為一體，甚至有的地方有銅滲入工作層的磚縫中，這是爐底測(cè)溫點(diǎn)溫度高的原因。

1.3? 上升煙道

在生產(chǎn)過(guò)程中，上升煙道頂部，特別是平頂?shù)臏囟容^高，平頂與斜頂交界處耐火磚起拱，煙氣外泄比較嚴(yán)重。停爐后煙道內(nèi)部情況如圖3所示。

由圖3可以看到：1）連接部齒形水套內(nèi)耐火磚基本被沖刷完，水套的齒有些已被侵蝕；2）頂部和兩側(cè)墻下部的耐火磚被侵蝕得較為厲害；3）頂部吊掛水套也有不同程度的侵蝕。

2? ?改造措施

2.1? 反應(yīng)塔

根據(jù)反應(yīng)塔水套侵蝕情況，按照原設(shè)計(jì)更換了燒損水套，包括反應(yīng)塔連接部所有齒形水套、第一層水平水套和筒體中下部西南側(cè)的部分水套。同時(shí)，稍微調(diào)整了一些水套冷卻水的串接方式，如將最下層水平水套原來(lái)4塊1串換成2塊1串，中下部水平水套原設(shè)計(jì)3塊1串改成了2塊1串，通過(guò)增加水套的冷卻強(qiáng)度來(lái)增強(qiáng)耐火材料內(nèi)側(cè)的掛渣效果，從而更好地保護(hù)水套。此外，本次冷修還更換了反應(yīng)塔筒體全部耐材，為更好地監(jiān)測(cè)反應(yīng)塔筒體耐材溫度情況，筒體測(cè)溫點(diǎn)由原來(lái)的4個(gè)增加到32個(gè)。

2.2? 沉淀池

針對(duì)沉淀池溫度高的情況，更換了反應(yīng)塔下部附近側(cè)墻立式水套、受損的水平水套以及所有放出口水套；在池頂加設(shè)2個(gè)燒嘴，以更好地控制沉淀池內(nèi)溫度；加設(shè)5排吊掛水套，以更好地保護(hù)池頂?shù)鯍齑u，延長(zhǎng)池頂壽命；更換了沉淀池所有耐材。冷修前后池頂結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖4所示。

2.3? 上升煙道

本次冷修，更換了上升煙道部分燒損比較嚴(yán)重或者檢查漏水的水套，包括部分連接部鋸齒形水套、水平水套、閘門(mén)孔水套、煙道頂?shù)鯍鞐l形水套和鑲磚水套等。由于平頂靠近斜頂區(qū)域的磚燒損比較厲害，故增加了２排吊掛平水套進(jìn)行保護(hù)。優(yōu)化了事故煙道口的結(jié)構(gòu)，原設(shè)計(jì)事故煙道口座子是水套結(jié)構(gòu)，蓋子則是由澆注料制做，很容易黏接，切換煙氣路線時(shí)不容易打開(kāi)。本次冷修將座子改成外方內(nèi)圓的結(jié)構(gòu)，蓋子也配套設(shè)計(jì)成水套結(jié)構(gòu)，解決了黏接問(wèn)題，方便煙氣路線的切換操作。更換了平頂、側(cè)墻下部以及出煙口下方斜墻的耐火材料。冷修前后煙道頂部結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖5所示。

3? ?進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)想

在此次冷修改造的基礎(chǔ)上，筆者對(duì)該項(xiàng)目旋浮吹煉爐的運(yùn)行情況進(jìn)行研究，提出進(jìn)一步優(yōu)化的設(shè)想建議。

3.1? 反應(yīng)塔

隨著該項(xiàng)目投料量的不斷提高，反應(yīng)塔的熱負(fù)荷也不斷提高，煙氣中熔體濃度更大，高溫?zé)煔鈱?duì)反應(yīng)塔的沖刷也會(huì)更加劇烈，單靠增加水平水套的層數(shù)來(lái)保護(hù)耐火材料已無(wú)法滿足生產(chǎn)需求。在目前高強(qiáng)度的冶煉狀態(tài)下需要對(duì)反應(yīng)塔內(nèi)，特別是中下部的耐火材料進(jìn)行全方位立體冷卻[３]。

建議下一個(gè)爐期將反應(yīng)塔中下部改成2層或者3層齒形水套的結(jié)構(gòu)形式，如圖6所示。這樣可有效延長(zhǎng)整個(gè)反應(yīng)塔的使用壽命[4]。

對(duì)于反應(yīng)塔頂?shù)牡鯍焖?，原設(shè)計(jì)考慮到吊裝安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)尺寸較小，一般是500 mm×700 mm，這導(dǎo)致塔頂水套的進(jìn)出水管布置得密密麻麻，檢修人員進(jìn)入特別不方便。建議今后設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)加大水套尺寸，減少水套進(jìn)出水管數(shù)量，從而空出塔頂檢修通道。

3.2? 沉淀池

本次冷修更換的粗銅口水套還是按最初設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。借鑒金冠的經(jīng)驗(yàn)，建議將粗銅口水套結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，如圖7所示。優(yōu)化后，內(nèi)腔尺寸由280 mm ×280 mm擴(kuò)大為389 mm × 430 mm，并設(shè)置耐熱鋼板保護(hù)水套，可最大程度地防止因燒口誤操作而燒損水套，增強(qiáng)操作安全性。

反應(yīng)塔下方的沉淀池側(cè)墻受到順著反應(yīng)塔下來(lái)的熱熔體的沖刷，而原設(shè)計(jì)只在南北墻氣相區(qū)范圍內(nèi)各設(shè)置了4塊鑲磚水套。實(shí)際情況顯示，此區(qū)域耐火磚長(zhǎng)時(shí)間工作后損耗相對(duì)比厲害，所以建議后期考慮擴(kuò)大鑲磚水套的保護(hù)范圍，將保護(hù)范圍延伸至整個(gè)反應(yīng)塔下方區(qū)域，如圖8所示。

另外，筆者認(rèn)為今后的設(shè)計(jì)還可以考慮適當(dāng)加高拱腳高度。此前，祥光銅業(yè)和金冠銅業(yè)閃速吹煉爐冷修時(shí)都對(duì)沉淀池拱腳磚進(jìn)行了加高處理，以增加拱腳保護(hù)爐體的范圍，提高吹煉的能力，優(yōu)化控制參數(shù)，避免放銅帶渣的現(xiàn)象以及粗銅含硫較高的情況出現(xiàn)[5]。

針對(duì)反應(yīng)塔下方沉淀池側(cè)墻水套回水溫度有時(shí)偏高的情況，建議今后設(shè)計(jì)此處水套時(shí)可考慮適當(dāng)加大銅管直徑，增大冷卻水流量以保證冷卻效果。

3.3? 上升煙道

針對(duì)上升煙道平頂特別是斜頂和平頂交界處耐火磚起拱和煙氣泄露問(wèn)題，本次冷修只增加了2排吊掛水平水套，能起到一定的改善作用，如果能把整個(gè)煙道頂部設(shè)計(jì)成反應(yīng)塔頂一樣的BIC水套全覆蓋結(jié)構(gòu)，應(yīng)能從根本上解決這個(gè)問(wèn)題。

4? ?結(jié)語(yǔ)

該旋浮吹煉爐2022年11月26日正式停爐開(kāi)始改造施工，2023年1月12日順利投料試生產(chǎn)。針對(duì)之前生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題以及停爐后發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員逐一做了相應(yīng)的處理。截至目前，該爐最大投料量達(dá)100 t/h，且已滿負(fù)荷生產(chǎn)1年多，爐子運(yùn)行穩(wěn)定。

本次冷修過(guò)程中，遇到的最大難題是拱底大塊冷銅的切割和運(yùn)輸。今后冷修停爐前需要充分考慮控制冷銅的產(chǎn)生，或者放空后在降溫之前把池頂耐火磚打下去，以避免大塊冷銅的產(chǎn)生。目前，閃速吹煉爐的爐壽一般都在4～5 a，相信經(jīng)過(guò)這次冷修，后續(xù)再采用本文提到的進(jìn)一些優(yōu)化措施，懸浮吹煉爐的壽命有望提高至6 a以上。

參考文獻(xiàn)

[1] 李良斌，楊堃，郎立杰，等.旋浮熔煉+旋浮吹煉工藝試生產(chǎn)實(shí)踐[J].有色金屬：冶煉部分，2020（2）：31-35.

[2] 臧軻軻. 金冠銅業(yè)閃速吹煉爐冷修爐體改造[J].有色金屬：冶煉部分，2018（2）：26-30.

[3] 袁精華.閃速吹煉爐爐體壽命大幅度提高的對(duì)策[J].有色設(shè)備，2023，37（3）：79-83.

[4] 袁精華. 高強(qiáng)度冶煉閃速爐優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)策[J].中國(guó)有色冶金，2021（6）：39-43.

[5] 曾慶曄，董木森，張慧強(qiáng)，等. 祥光銅業(yè)閃速吹煉爐爐體壽命延長(zhǎng)的實(shí)踐[J].有色金屬：冶煉部分， 2020（2）：55-59.

收稿日期：2023-06-04

作者簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)正柱（1982—），男，高級(jí)工程師，主要從事工業(yè)爐窯設(shè)計(jì)工作。