梁高喜

（1.河南省黃金資源綜合利用重點實驗室，河南 三門峽 472000；2.河南中原黃金冶煉廠有限責任公司，河南 三門峽 472000；3.河南省綜合利用工程技術研究中心，河南 三門峽 472000）

0 前言

富氧底吹熔池熔煉工藝具有原料適應性強、熔煉強度高、熱效率高、可實現自熱熔煉、易于操作、生產安全性高、不易產生泡沫渣等優(yōu)點，是目前火法銅冶煉最為先進的技術之一[1]，近年來得到了較好的發(fā)展和推廣應用。某冶煉廠于2015 年6 月投料試車，于2016 年9 月挖補氧槍區(qū)域耐火磚，然后又于2017 年9 月整體大修更換耐火磚，再于2019 年5 月挖補渣線區(qū)耐火磚。由于使用的底吹爐是目前世界上規(guī)格最大的底吹爐(Φ5.8 m×30 m)，沒有相關的經驗可以借鑒，導致出現一些沒有預料到的檢修問題。大修期間，通過統計不同區(qū)域耐火磚的侵蝕情況，分析氧槍壓力、爐溫等因素對爐體侵蝕的影響，探索出一套使大型底吹爐能夠合理運行的參數，為底吹熔煉爐的持續(xù)改進提供了一定的技術支持；同時，就轉爐操作中需要注意的問題進行了介紹，并提出優(yōu)化措施，以確保底吹爐的安全運行。

1 爐體侵蝕情況及解決方案

1.1 耐火磚使用情況

1.1.1 端墻區(qū)域

爐體端墻耐火磚使用了2 年3 個月，原始長度為600 mm。檢修發(fā)現，渣口端墻外圈的耐火磚寬約1 m，磚長為550 mm，沿圓心方向，耐火磚逐漸變短至500 mm；在圓心位置，耐火磚最短，為420 mm。渣口端墻耐火磚的平均長度為465 mm，最短位置為北渣口周圍，此處的耐火磚長350～380 mm，副燒嘴周圍的耐火磚長350 mm。銅口端墻的耐火磚整體較為平整，外圈的耐火磚最長為560 mm，沿端墻圓心方向，耐火磚逐漸變短至500 mm；在圓心位置，耐火磚最短為450 mm；西端墻的耐火磚平均長度為520 mm。

由此可見，爐體端墻的耐火磚整體侵蝕情況并不嚴重，渣口區(qū)域的耐火磚燒蝕情況稍嚴重，整體運行良好。

1.1.2 筒體區(qū)域

氧槍區(qū)域的耐火磚分為氧氣座磚和圍磚，其中座磚原長550 mm，拆卸下來后檢測磚長度為290～360 mm，可以在日常點檢過程中進行熱態(tài)更換；氧槍區(qū)域的圍磚原長425 mm，拆卸下來后檢測長度為220～360 mm，平均磚長為300 mm，如圖1 所示。

圖1 氧槍區(qū)域圍磚樣品

渣線區(qū)域的耐火磚普遍偏短，平均長度為200 mm，如圖2 所示。

下料口煙氣沖刷區(qū)的耐火磚整體較短，長度為170～210 mm，說明煙氣沖刷現象較為嚴重，如圖3所示。

圖2 渣線區(qū)域爐磚樣品

圖3 下料口區(qū)域爐磚樣品

由此可見，相較于其他部位，底吹熔煉爐的氧槍區(qū)域、渣線區(qū)域和下料口區(qū)域的耐火磚侵蝕情況較為嚴重，侵蝕速度較快。這些區(qū)域的耐火磚壽命決定了底吹爐的使用壽命。

1.2 降低耐火磚燒蝕程度的具體措施及效果

1.2.1 具體措施

1.2.1.1 控制氧氣壓力和空氣壓力

如果氧氣壓力和空氣壓力過低，容易造成熔體灌槍，堵塞槍頭，引起氧氣偏燒等問題，進一步造成氧槍磚燒蝕；如果氧氣壓力和空氣壓力過高，會導致爐內熔體劇烈翻滾，加速對爐襯的沖刷，所以高壓力也不可取。生產實踐中，一般控制氧氣壓力和空氣壓力在0.5～0.7 MPa。

1.2.1.2 控制爐溫、渣型和銅锍品位

爐溫過高會加速爐磚的侵蝕，所以在保證反應和渣流動性的前提下，應盡可能降低爐溫。一般情況下，建議控制爐溫為1 150～1 180 ℃，最高不超過1 200 ℃。

底吹熔煉渣通常為FeO-SiO2二元渣系，對鉻鎂磚的侵蝕并不嚴重。通過控制合適的Fe/SiO2，一般為1.6～1.8，既可保證熔煉渣具有較好的流動性，又可保證產生足夠的Fe3O4掛渣，保護爐襯。

銅锍品位的控制一般建議不超過75%，否則爐內會發(fā)生部分銅锍吹煉反應，產出的銅液流動性極佳，極易堵塞氧槍，造成氧槍和氧槍磚燒蝕[2]。

1.2.1.3 制定合適的點檢制度

定期進行轉爐點檢，檢查“蘑菇頭”生長情況、氧槍燒損情況和氧槍磚燒損情況。保持氧槍處于良好的工作狀態(tài)，有助于延長氧槍區(qū)域爐磚的使用壽命。氧槍磚可以定期進行挖補熱換，當氧槍磚燒蝕嚴重時，應及時進行更換，以保護該區(qū)域其他爐磚的使用。

1.2.2 實施效果

某冶煉廠的第一個爐期大約為2 年，由于試生產期間爐況控制存在較大問題，爐磚沖刷現象比較嚴重。第二個爐期(自2017 年11 月到2019 年5月)，底吹爐連續(xù)運行了18 個月，大修時檢查測量氧槍磚長度發(fā)現，采取上述措施后，爐磚侵蝕速度大幅減慢，最嚴重的侵蝕約80 mm(氧槍磚原長550 mm)；渣線區(qū)侵蝕速度已經由原來的每月18 mm降至每月9 mm，氧槍區(qū)域圍磚侵蝕速度由每月11 mm降到每月2 mm。

2 轉爐過程優(yōu)化

2.1 轉爐過程存在問題

底吹熔煉爐與其他熔煉爐型相比，最大的一個特點是開車和停車過程需要轉動爐子，轉動角度為0°～75°，個別單排氧槍布局的底吹爐能轉動90°。爐子每轉動一次大約需要60 s，轉爐過程是現場狀況及爐況變化最大的時期，容易造成突發(fā)事故，如現場環(huán)境惡化、尾氣超標、結焦脫落卡住膜式壁、氧槍堵塞等問題。因此，控制好轉爐過程對爐子運行安全和環(huán)境保護至關重要。

此外，某冶煉廠試生產期間，每次轉爐操作幾乎都會造成現場低空環(huán)境污染、尾氣粉塵和二氧化硫含量嚴重超標。針對這種情況，通過研究轉爐過程中每處細節(jié)，并制定轉爐優(yōu)化措施，基本杜絕了轉爐過程中異常情況的出現。

2.2 轉爐優(yōu)化措施

2.2.1 氧槍壓力控制

在轉爐過程中，為防止氧槍倒灌或堵塞，氧槍的氧氣壓力和空氣壓力需要設定一個壓力下限。

根據液體壓強計算公式p=ρgh，熔體密度ρ取銅锍密度值5 000 kg/m3，熔體深度h取正?？傄好娓叨?.15 m，重力加速度g取9.8 N/kg，于是生產位爐體底部壓強p=5 000×9.8×2.15=105.35 kPa≈0.1 MPa。

計算結果表明，只要氧槍出口壓力高于0.1 MPa，即可防止氧槍倒灌。實際生產中，為了保證氧槍出口不接觸熔體，一般控制氧槍出口壓力不低于0.25 MPa，這樣既可以減少轉爐過程中的煙氣產生量，又可保障氧槍不被熔體堵塞或倒灌。

2.2.2 轉爐過程操作

轉爐過程操作分為轉入操作和轉出操作。

2.2.2.1 轉入操作控制

爐子轉入必須有計劃性地進行操作。爐子轉入前，應仔細檢查相關輔助系統，包括制酸系統、鍋爐和電收塵系統是否具備條件、上升煙道下部有沒有結焦塊卡膜式壁和爐口、氧槍試漏是否正常、環(huán)集系統閥門調整是否到位、爐前崗位工是否就位等。在爐子轉入過程中，應嚴格按表1 控制氧槍壓力，同時環(huán)集煙氣蝶閥只打開副煙道閥門，才可實現轉入過程車間無煙氣逸散[3]。

表1 轉入過程爐子角度與氧槍壓力控制對照表

2.2.2.2 轉出操作控制

底吹爐轉出操作分為計劃轉出(計劃停爐)和突發(fā)緊急轉出(突發(fā)停爐)兩種情況。

1)計劃轉出一般是有計劃地進行停爐檢修或處理一些突發(fā)情況，也分為一般情況和相對緊急情況，需要主控和作業(yè)長根據具體情況進行判斷。

接到轉出停爐指令后，應做好以下準備工作：提起下料斗、拉起爐口活動門(一個安裝在膜式壁最下端用于清理結焦的裝置)清理結焦、調整指標(一般包括適當提溫、優(yōu)化渣型、降低總液面等)、堵上渣口銅口、適當提高系統負壓等。待準備工作落實到位后，主控下達轉出指令，并按表2 控制氧槍壓力，同時環(huán)集煙氣蝶閥只打開副煙道閥門，才可實現轉出過程車間無煙氣逸散[4]。

表2 轉出過程爐子角度與氧槍壓力控制對照表

2)突發(fā)緊急轉出是為了保護核心工藝設備安全，防止出現重大工藝設備事故或安全環(huán)保事故而進行的必須在2 min 內將爐子轉出的非正常操作。

一般情況下，如發(fā)生以下事故，需要執(zhí)行突發(fā)緊急轉出：一是底吹熔煉系統出現重大設備突發(fā)故障，如氧槍失壓、鍋爐斷水、鍋爐循環(huán)泵跳停無法啟動、鍋爐爆管失壓、爐子放冰銅口水套燒漏放炮、高溫風機跳停無法啟動導致爐內煙氣逸出、全廠停電或核心生產區(qū)域停電等；二是制酸系統突發(fā)故障，如水封抽空，凈化一級洗滌泵、干吸泵、HRS 泵、SO2風機、環(huán)保風機等設備跳停無法立即啟動。

接到緊急轉爐指令后，離轉爐控制柜最近的崗位工、班長或作業(yè)長立即拉響轉爐控制柜前的警報，同時打開轉爐按鈕。主控在傳達緊急轉爐指令的同時立即調整氧槍壓力。

2.2.3 轉爐系統優(yōu)化改造

除了在轉爐過程中加強管理控制外，為進一步減少轉爐過程中冒煙現象的發(fā)生或避免引發(fā)其他設備故障，對爐子出煙口的銅水套及最下端膜式壁與爐殼的間距進行了優(yōu)化改造。

2.2.3.1 改造爐子出煙口的銅水套

將銅水套改為內襯不銹鋼銅水套，以提高水套強度和耐沖刷性能；同時優(yōu)化調整銅水套內部冷卻水管的走向和出口布局，以增強冷卻效果和減少轉爐過程中因結焦脫落砸壞冷卻水管接頭的幾率。

2.2.3.2 調整膜式壁與爐殼的間距

將其中一塊膜式壁的高度縮短200 mm，即北側最下端膜式壁(轉爐過程中出煙口經過此膜式壁)與爐殼的間距由原設計的350 mm 提高至550 mm，增大轉爐過程中煙氣經過的上升煙道的截面積，使轉爐時大部分煙氣仍可通過余熱鍋爐電收塵進入制酸系統，小部分進入環(huán)集系統，尾氣指標控制得到顯著改善。由于縮短了膜式壁，為防止生產位爐口與膜式壁的間隙過大，在爐子出煙口下側安裝了高度為300 mm 的銅水套，以確保爐子轉入后不存在間隙，防止冒煙情況的發(fā)生[5]。

3 結束語

底吹熔煉爐的氧槍區(qū)域、渣線區(qū)域和爐口區(qū)域的耐火磚壽命決定了爐子的使用壽命。氧氣壓力和空氣壓力、爐溫、銅锍品位等是影響爐體侵蝕速度的重要因素。生產實踐中，一般氧氣壓力和空氣壓力控制在0.5～0.7 MPa，爐溫控制在1 150～1 180 ℃，Fe/SiO2控制為1.6～1.8，銅锍品位的控制一般建議不超過75%。采取上述措施后，爐磚的燒蝕速度大幅減慢。另外，進行底吹爐轉爐作業(yè)前，要對爐體進行安全檢查，確保轉爐過程中不會發(fā)生設備安全事故，同時為最大限度降低煙氣逸散，氧氣壓力和空氣壓力需隨轉爐轉動角度的變化及時調整。