張宇云，李來剛，趙 璧，葸 軍

（1.涼山礦業(yè)股份有限公司，四川 會(huì)理 615141；2.云南途賽工程建設(shè)有限公司，云南 昆明 650000）

目前，世界上約有80%的銅锍吹煉是在P-S轉(zhuǎn)爐中完成的[1]。轉(zhuǎn)爐爐體中部設(shè)有爐口，銅锍、熔劑和含銅冷料等原輔料分批通過爐口加入爐內(nèi)，壓縮空氣或富氧空氣通過爐體一側(cè)沿水平方向的一排風(fēng)口鼓入，與銅锍溶劑等進(jìn)行吹煉反應(yīng)，以得到產(chǎn)品粗銅。

目前的轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯主要使用鎂鉻質(zhì)耐火材料進(jìn)行砌筑[2]。轉(zhuǎn)爐爐口砌筑是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最薄弱的部位，特別是爐口與爐身交接處，形狀復(fù)雜，加工量大，磚縫多而難以掌握[3]，爐口又是大多數(shù)原輔料（銅锍、冷料、熔劑等）和全部反應(yīng)產(chǎn)物（爐渣、粗銅、高溫?zé)煔獾龋┻M(jìn)出的唯一門戶，工藝操作和溫度變化頻繁。因此爐口是轉(zhuǎn)爐的重大薄弱點(diǎn)，爐口的使用壽命成為影響轉(zhuǎn)爐整體爐壽的短板。

1 現(xiàn)狀及存在的問題

本廠有3臺(tái)P-S轉(zhuǎn)爐，服役過程中常發(fā)生側(cè)爐口掉磚，側(cè)爐口內(nèi)圈爆磚及燒損嚴(yán)重等問題，造成轉(zhuǎn)爐意外停爐，總體爐壽低，通常不發(fā)生掉磚的情況下，爐壽約為120爐次（主要因?yàn)闋t口磚爆磚或燒損嚴(yán)重），甚至?xí)?0-60爐次就發(fā)生爐口磚掉落發(fā)生意外停爐的情況。

經(jīng)分析，轉(zhuǎn)爐內(nèi)反應(yīng)劇烈，在吹煉過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的熔渣噴濺粘結(jié)到爐口上，需頻繁對(duì)爐口進(jìn)行清理，清理過程中爐口對(duì)爐口耐火磚造成較大的機(jī)械沖擊力，是爐口發(fā)生掉磚的主要因素。

清理爐口、加冷料時(shí)對(duì)側(cè)爐口磚形成的機(jī)械沖擊力巨大，機(jī)械沖擊力超過側(cè)爐口磚的耐受力的極限，就會(huì)發(fā)生爐磚滑移或掉落。

對(duì)側(cè)爐口磚進(jìn)行砌筑結(jié)構(gòu)分析，側(cè)爐口目前的砌筑結(jié)構(gòu)見圖1,圖2，側(cè)爐口使用直型磚（45/B）砌筑。

圖1 爐口砌筑內(nèi)視圖

圖2 側(cè)爐口砌筑圖（A向視圖）

在進(jìn)行爐口結(jié)渣清理時(shí)，側(cè)爐口磚受到較大的機(jī)械沖擊力，對(duì)圖1、圖2中耐受力薄弱的內(nèi)環(huán)側(cè)爐口磚X（45/B磚型）進(jìn)行受力分析，如圖3所示。

根據(jù)受力分析示意圖可知，X磚（45/B磚型）為直型磚，在服役過程中，由于熱端膨脹量略大于冷端，熱端厚度略大于冷端，X磚實(shí)際上變成了一塊外口大，內(nèi)口小的楔形磚。上下方相鄰的爐磚對(duì)X的壓力有將爐磚向爐內(nèi)方向推的力學(xué)分量，在進(jìn)行爐口清理時(shí)，爐口機(jī)沖擊力F與上下爐磚壓力的分量合力大于爐磚受到的最大靜摩擦力時(shí)，該磚將會(huì)發(fā)生向熱端（爐內(nèi)）方向的位移，直至脫出掉落。

如果側(cè)爐口磚發(fā)生部分掉落，圖1中所示的上下爐口磚520/B失去側(cè)爐口磚的壓力作用，也可能逐漸掉落，最后造成爐口大面積掉磚，發(fā)生漏銅。

圖3 X磚（45/B）在受到爐口機(jī)沖擊時(shí)受力分析示意圖

2 改進(jìn)設(shè)計(jì)

通過目前側(cè)爐口磚砌筑方式下的力學(xué)結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐側(cè)爐口發(fā)生掉磚的主要原因?yàn)閭?cè)爐口直型磚砌筑的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度弱，抵抗機(jī)械沖擊的耐受力不足。

為提高轉(zhuǎn)爐側(cè)爐口抵抗機(jī)械沖擊的耐受力，借鑒爐身楔形磚砌筑的穩(wěn)固性高的特點(diǎn)，計(jì)劃對(duì)側(cè)爐口內(nèi)圈使用楔形磚替代直型磚進(jìn)行砌筑，同時(shí)考慮內(nèi)圈磚與爐身錯(cuò)縫砌筑形成整體，進(jìn)一步加強(qiáng)其穩(wěn)固性的需求，選用爐身砌筑使用的C1和C2磚型進(jìn)行側(cè)爐口內(nèi)圈的砌筑，改進(jìn)后的砌筑結(jié)構(gòu)見圖4,圖5。

圖4 改進(jìn)的爐口砌筑內(nèi)視圖

圖5 改進(jìn)的側(cè)爐口砌筑圖（A向視圖）

改用楔形磚砌筑側(cè)爐口內(nèi)圈后，清理爐口結(jié)渣過程中對(duì)圖4、圖5中的Y磚（C1、C2磚型）進(jìn)行受力分析如圖6所示。

根據(jù)圖6受力分析示意圖可知，Y磚（C1、C2磚型）為楔形磚，在服役過程中，雖然冷端及熱端存在膨脹差，但膨脹后熱端厚度仍然小于冷端，上下相鄰的爐磚對(duì)其壓力有將之向鋼板方向推的力學(xué)分量，在進(jìn)行爐口清理時(shí)，僅有爐口機(jī)沖擊力F是將Y磚向爐內(nèi)方向推的作用力，而上下相鄰爐磚壓力和靜摩擦力在水平方向的力學(xué)分量均是該磚滑出的阻力，而且上下爐磚產(chǎn)生的壓力和摩擦力還會(huì)隨著沖擊力F的增大而增大，所以Y磚不可能發(fā)生向外脫出的情況，即使該磚發(fā)生斷裂，斷裂部分仍然是熱端尺寸小于冷端尺寸，爐子服役過程中，如果不是該磚被徹底粉碎，不會(huì)發(fā)生側(cè)爐口爐磚向爐內(nèi)方向脫出掉落的情況。

圖6 Y磚（C1、C2）在受到爐口機(jī)沖擊時(shí)受力分析示意圖

側(cè)爐口內(nèi)圈的楔形磚與爐身磚錯(cuò)縫砌筑，形成整體，如圖4所示，進(jìn)一步提高側(cè)爐口磚的穩(wěn)固性。側(cè)爐口掉磚問題得到解決，則可以為上下爐口磚提供穩(wěn)定的壓力，避免爐上下爐口磚發(fā)生掉落，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐爐口整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

3 改進(jìn)實(shí)施及效果驗(yàn)證

通過對(duì)新砌筑方式進(jìn)行理論論證后，首先在1#轉(zhuǎn)爐試用新砌筑方式。試用新砌筑方式后，爐口磚在服役后期仍然完好，未發(fā)生側(cè)爐口磚脫落的情況，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將該砌筑方法推廣到本廠的三臺(tái)轉(zhuǎn)爐，效果顯著，改進(jìn)后至今已超過半年，共進(jìn)行6次爐窯小修，未發(fā)生過轉(zhuǎn)爐爐口掉磚事故，平均小修爐壽達(dá)到155爐，較改造前提高約29%。

4 結(jié)論

使用楔形磚替代傳統(tǒng)的使用直型磚進(jìn)行轉(zhuǎn)爐側(cè)爐口內(nèi)圈砌筑，并與側(cè)面的爐身磚錯(cuò)縫壓接，提高了爐口耐火內(nèi)襯結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，該技術(shù)在本廠的應(yīng)用解決了爐口易掉磚的問題，提高了轉(zhuǎn)爐爐壽，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣應(yīng)用。