鄭步東

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

傾動(dòng)爐爐體的改進(jìn)

鄭步東

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

闡述了某廠傾動(dòng)爐運(yùn)行初期暴露出的爐體缺陷，分析原因，針對(duì)性地提出延長(zhǎng)爐體使用壽命的改進(jìn)方法。

銅冶煉；傾動(dòng)爐；爐體；鎂鉻磚；水冷元件

某廠擴(kuò)產(chǎn)工程主要包括改造原有熔煉系統(tǒng)達(dá)到年礦產(chǎn)銅30萬(wàn)t規(guī)模、新建年產(chǎn)20萬(wàn)t ISA銅電解工程和年處理雜銅10萬(wàn)t傾動(dòng)爐工程。傾動(dòng)爐本體是10萬(wàn)t傾動(dòng)爐工程的核心設(shè)備，2003年5月28日開(kāi)始爐襯筑爐，6月15日竣工，8月1日點(diǎn)火升溫一次投產(chǎn)成功。傾動(dòng)爐初期運(yùn)行時(shí)，存在一些問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多個(gè)爐役期的實(shí)踐探索，對(duì)爐襯結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，爐體由初期的不到一年一修，延長(zhǎng)到一年半以上檢修一次。

1 傾動(dòng)爐爐體結(jié)構(gòu)

1.1 爐型結(jié)構(gòu)

傾動(dòng)爐的爐型結(jié)構(gòu)與固定式反射爐基本一致[1]，所不同的是整個(gè)爐體支撐在鋼托架上，爐體通過(guò)專(zhuān)有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以前后一定角度傾轉(zhuǎn)。典型傾動(dòng)爐結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1—粘土磚(ANKO-42)；2、4—鎂鉻磚(ANKROM-B65)；3—鎂鉻磚(ANKROM-S55)

1.2 爐襯構(gòu)造

1.2.1 爐底

為方便爐體前后轉(zhuǎn)動(dòng)，爐底鋼殼體設(shè)計(jì)成反拱形，爐底耐火材料內(nèi)襯厚近1 m，由下往上分為5層：第一層為爐底板上平鋪陶瓷纖維板，第二層為干砌粘土磚，第三層為干砌鎂鉻磚，第四層為表面平鋪薄鋼板的鎂砂找平層，第五層為濕砌鎂鉻磚，爐底膨脹縫采用集中留設(shè)法。

1.2.2 爐墻熔池區(qū)

前后墻熔池區(qū)墻厚度約900 mm，從爐外向爐內(nèi)依次為陶瓷纖維板、粘土磚和ANKROM-S55鎂鉻磚，鎂鉻磚砌筑時(shí)每3塊磚留設(shè)3 mm膨脹縫，墻兩端不留集中膨脹縫。兩端墻厚約800 mm，從爐外向爐內(nèi)依次為陶瓷纖維板、粘土磚和ANKROM-S55鎂鉻磚，鎂鉻磚砌筑時(shí)每3塊磚留設(shè)3 mm膨脹縫，墻兩端不留集中膨脹縫。爐墻上的加料口、放渣口、放銅口、氧化還原風(fēng)口隨爐墻同步砌筑。加料口門(mén)厚約350 mm、放渣口門(mén)厚約350 mm，分別吊掛RADEX-E12鎂鉻磚，磚間不留膨脹縫。

1.2.3 爐墻氣流區(qū)

前后墻氣流區(qū)均為弧形墻，干砌吊掛ANKROM-B65鎂鉻磚，砌筑時(shí)上下方向每隔2塊磚留設(shè)3 mm厚陶瓷纖維板1塊，長(zhǎng)度方向每隔4塊、8塊磚留設(shè)6 mm厚陶瓷纖維板1塊，同時(shí)兩端各留設(shè)一處50 mm厚陶瓷纖維棉集中膨脹縫，墻上的觀察孔與爐墻氣流區(qū)同步砌筑。兩端墻為直墻，從爐外向爐內(nèi)依次為陶瓷纖維板、粘土磚和ANKROM-B65鎂鉻磚，砌筑時(shí)上下方向不留膨脹縫，長(zhǎng)度方向每隔2塊磚留設(shè)3 mm厚陶瓷纖維板1塊，兩端不留集中膨脹縫，端墻上兩橢圓形耐火澆注料燒嘴孔，需與端墻同步澆注，澆注時(shí)要注意防止燒嘴孔周?chē)突鸫u受潮。

1.2.4 爐頂

爐頂為拱形墻，干砌吊掛ANKROM-B65鎂鉻磚，砌筑時(shí)圓周方向每隔2塊磚留設(shè)3 mm厚陶瓷纖維板1塊，長(zhǎng)度方向每隔4塊、8塊磚留設(shè)6 mm厚陶瓷纖維板1塊，同時(shí)兩端各留設(shè)1處50 mm厚陶瓷纖維棉集中膨脹縫。

2 爐體運(yùn)行情況

該傾動(dòng)爐2003年8月投入生產(chǎn)，運(yùn)行當(dāng)中暴露出其存在缺陷，主要表現(xiàn)在以下方面：

(1)傾動(dòng)爐為方便加料，前側(cè)墻上設(shè)計(jì)有2個(gè)2.4 m2矩形加料口，爐子使用10個(gè)月后，靠燒嘴側(cè)的加料口側(cè)部水冷元件熱面由于內(nèi)襯耐火材料掉落，水冷元件裸露在燒嘴火焰區(qū)域，受到燒損，出現(xiàn)冷卻水滲漏現(xiàn)象；

(2)加料口區(qū)域門(mén)框下部?jī)蓪雍皲摪鍩龘p嚴(yán)重，耐火磚失去鋼板的剛性框架緊固，加料時(shí)雜銅直接機(jī)械沖擊耐火磚，造成斷裂，損壞嚴(yán)重，門(mén)框上部磚也因處于爐口溫度隨加料門(mén)啟閉而變化較頻繁的區(qū)域，斷裂損壞嚴(yán)重，爐子運(yùn)行9個(gè)月后出現(xiàn)掉磚現(xiàn)象；

(3)出煙口端墻與二次燃燒室連接部水冷急冷環(huán)在爐子運(yùn)行8個(gè)月后出現(xiàn)燒壞漏水；

(4)傾動(dòng)爐運(yùn)行分氧化期、還原期等不同工藝期，爐壓存在一定的波動(dòng)，甚至有時(shí)呈微正壓，運(yùn)行中爐頂時(shí)有漏煙現(xiàn)象。

2004年6月，工廠對(duì)傾動(dòng)爐進(jìn)行了第一次計(jì)劃性停爐檢修，停爐后進(jìn)入爐內(nèi)檢查的情況如下：

(1)爐頂距燒嘴端墻7 m以內(nèi)范圍內(nèi)的耐火磚損耗僅剩200 mm左右，最短處約170 mm；

(2)燒嘴端端墻液面區(qū)域爐墻鎂鉻磚剩磚最短處約300 mm，而該墻其余區(qū)域損耗并不嚴(yán)重，煙氣出口端端墻液面區(qū)域損耗情況較燒嘴端端墻要好，鎂鉻磚剩磚最短處約430 mm，非液面區(qū)域基本完好；

(3)設(shè)有兩爐門(mén)的前側(cè)墻除液面區(qū)域損耗約170 mm，渣口下部砌筑的現(xiàn)場(chǎng)加工耐火磚損耗較嚴(yán)重，其余區(qū)域基本完好，但整個(gè)墻體均向爐內(nèi)滑出約160 mm；

(4)有氧化還原風(fēng)口的后側(cè)墻液面區(qū)域耐火磚損耗約170 mm，還原風(fēng)口區(qū)域風(fēng)口磚損耗約300 mm；

(5)爐底僅加料區(qū)域損耗約190 mm，其余區(qū)域情況較好。

3 爐體損壞原因及改進(jìn)措施

3.1 爐體損壞原因

該傾動(dòng)爐用于處理雜銅，一個(gè)作業(yè)周期要完成加料、升溫、熔化、氧化、還原、排渣、放銅等操作，燃燒器加大油量燃燒升溫時(shí)，隨著溫度升高，火焰區(qū)域四周爐襯耐火材料因受高溫、強(qiáng)熱流、熱應(yīng)力的作用，損耗嚴(yán)重。同時(shí)，當(dāng)燃燒器燃燒升溫時(shí)，爐尾煙氣出口溫度相應(yīng)很高，易燒壞煙氣出口的急冷環(huán)；加料時(shí)隨著爐門(mén)的反復(fù)啟閉，爐溫波動(dòng)頻繁；氧化、還原期常出現(xiàn)正壓，火苗上串直燒爐頂；打包后的大塊雜銅加入爐內(nèi)過(guò)程中易對(duì)爐襯耐火磚造成機(jī)械沖擊；另外，爐體的傾動(dòng)造成爐墻向爐內(nèi)滑動(dòng)。

3.2 爐體局部結(jié)構(gòu)改進(jìn)

在傾動(dòng)爐后續(xù)的多次計(jì)劃停爐檢修中，在分析損壞原因的基礎(chǔ)上，針對(duì)爐體結(jié)構(gòu)上存在的缺陷，逐步進(jìn)行改進(jìn)，主要有以下方面：

(1)為防止加料門(mén)水冷元件表面耐火材料整體掉落，加料口門(mén)框水冷元件表面增設(shè)耐熱錨固件，增大耐火材料在水冷元件表面的附著力，同時(shí)將水冷元件熱面所襯耐火材料厚度減薄，盡量避開(kāi)加料時(shí)的碰撞；

(2)前墻加料口下部的兩層厚鋼板改為水冷元件，強(qiáng)化該區(qū)域冷卻，保證加料口下部鋼結(jié)構(gòu)不因高溫?zé)龘p；

(3)加料口上部爐頂拱腳磚部位設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的異型水冷元件，強(qiáng)化冷卻，加強(qiáng)拱腳的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防止?fàn)t頂?shù)舸u；

(4)出煙口處水冷急冷環(huán)冷卻強(qiáng)度不足，通過(guò)改變材質(zhì)，加大冷卻水流速等強(qiáng)化其冷卻效果；

(5)由于燒嘴墻處于高溫區(qū)域，其液面波動(dòng)區(qū)域耐火磚的損耗比其余三面爐墻的液面波動(dòng)區(qū)域耐火磚損耗更快，以致與其余三面爐墻壽命不同步，且過(guò)短的耐火磚容易造成其上部爐墻倒塌，直接威脅生產(chǎn)安全。通過(guò)在該區(qū)域增設(shè)水冷元件，強(qiáng)化冷卻，減緩耐火磚的損耗，從而提高其壽命，進(jìn)而達(dá)到延長(zhǎng)整體爐墻使用壽命的目的。

3.3 爐體局部筑爐改進(jìn)

加強(qiáng)筑爐管理，對(duì)砌爐細(xì)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，具體如下：

(1)加料口下部、放渣口下部原現(xiàn)場(chǎng)加工磚改成定型組合磚，砌筑時(shí)不再現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)加工；

(2)爐頂原設(shè)計(jì)為干砌，傾動(dòng)爐運(yùn)行中爐壓的波動(dòng)，甚至有時(shí)正壓，高溫?zé)煔馔庑?，?duì)爐頂金屬吊掛件損傷厲害，后續(xù)的檢修中改成濕砌，加強(qiáng)爐頂?shù)拿芊庑裕?/p>

(3)傾動(dòng)爐氧化還原作業(yè)時(shí)爐體需要后傾，造成前墻整體向爐內(nèi)滑動(dòng)，存在整個(gè)爐墻倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。為防止此類(lèi)事故發(fā)生，砌筑時(shí)加強(qiáng)了爐墻內(nèi)外層間的搭接，同時(shí)增設(shè)錨固磚，強(qiáng)化前墻的整體穩(wěn)固性；

(4)后側(cè)墻氧化還原風(fēng)口的風(fēng)口磚及放銅口磚材質(zhì)由鎂鉻磚改成抗侵蝕、抗沖刷性能好、熱震穩(wěn)定性好、耐壓強(qiáng)度高、氣孔率低的鋁鉻磚。鎂鉻磚與鋁鉻磚的性能見(jiàn)表1。

表1 鎂鉻磚與鋁鉻磚性能對(duì)比

3.4 工藝操作改進(jìn)

工藝操作的好壞直接影響傾動(dòng)爐爐體使用壽命，工廠在改進(jìn)爐體結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也非常注重爐子的日常操作維護(hù)，主要落實(shí)在以下方面：

(1)冶煉過(guò)程中熔渣對(duì)爐襯耐火磚的化學(xué)侵蝕速度隨著溫度的升高而加速，同時(shí)，溫度越高，熔渣的粘度降低，流動(dòng)性更好，更容易滲入耐火材料的孔隙及耐火磚的磚縫中，加大反應(yīng)接觸面，加劇侵蝕，還有熔渣對(duì)耐火材料的物理溶解和機(jī)械沖刷也隨溫度升高而加劇，控制適當(dāng)?shù)脑般~金屬的過(guò)熱度，在滿足冶煉要求的前提下，盡可能降低爐內(nèi)熔體溫度作業(yè)，這樣既保護(hù)爐襯耐火材料，也有利于節(jié)能降耗；

(2)傾動(dòng)爐作業(yè)的各過(guò)程爐內(nèi)溫度有所不同，操作中應(yīng)控制溫度的變化幅度盡可能小，從而減小耐火爐襯所受的溫度應(yīng)力，同時(shí)各班次的操作要統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化操作，保證傾動(dòng)爐各個(gè)操作周期爐溫的平穩(wěn)變化，起保護(hù)爐襯耐火材料的作用；

(3)操作上注意探索傾動(dòng)爐傾轉(zhuǎn)角度與爐內(nèi)液面位置的關(guān)系，使傾動(dòng)爐不長(zhǎng)期固定在某一傾角進(jìn)行氧化還原作業(yè)，有效錯(cuò)開(kāi)液面熔渣對(duì)爐墻固定高度耐火材料的侵蝕損耗，使?fàn)t墻的損耗相對(duì)拉開(kāi)，均勻平緩化；

(4)對(duì)加料機(jī)操作人員進(jìn)行崗位培訓(xùn)，其操作熟練后方可上崗。做到加料時(shí)間短、準(zhǔn)確操作加料機(jī)伸臂將料送入爐內(nèi)、輕輕卸料，縮短加料門(mén)敞開(kāi)時(shí)間、減少溫降，避免爐底、爐頂及加料口門(mén)框耐火磚被碰撞、砸壞。

4 結(jié)束語(yǔ)

某廠傾動(dòng)爐屬國(guó)內(nèi)第一、世界第二座大型銅熔化傾動(dòng)爐，與俄羅斯同等大小的傾動(dòng)爐相比，二者之間爐體砌磚結(jié)構(gòu)完全不相同，相互之間沒(méi)有太多借鑒之處。該廠冶金爐工作人員立足自身多年積累的冶金爐檢修改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在歷次傾動(dòng)爐大修時(shí)，逐步實(shí)施了以上改進(jìn)措施，使傾動(dòng)爐爐期壽命由初期的第一次10個(gè)月、第二次12個(gè)月、第三次12個(gè)月，成功延長(zhǎng)到18月以上，在國(guó)內(nèi)外同類(lèi)爐窯中處于領(lǐng)先水平。

隨著我國(guó)銅工業(yè)的發(fā)展，傾動(dòng)爐冶煉技術(shù)的逐步完善，此項(xiàng)技術(shù)將逐步在國(guó)內(nèi)銅冶煉行業(yè)采用。傾動(dòng)爐冶煉廢舊雜銅技術(shù)在國(guó)內(nèi)銅冶煉企業(yè)中將會(huì)得到進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

[1]《有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委. 有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2004：548-568.

[2]孫來(lái)勝. Ausmelt 爐耐火材料的改進(jìn)[J]. 中國(guó)有色冶金，2008，(3)：20.

Improvementoftiltingfurnacebody

ZHENG Bu-dong

The problems existing in tilting furnace of a factory during the early running process were introduced, the corresponding causes were analyzed, and the improvement methods to prolong the service life of furnace body were proposed in this paper.

copper smelting; tilting furnace; furnace body; magnesia-chrome brick; water cooling elements

鄭步東(1969—)，男，江西宜春人，高工，碩士，主要從事工業(yè)爐設(shè)計(jì)工作。

TF811； TF806

B