馬楊軍，陳一波

（江銅集團(tuán)貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

江西銅業(yè)公司貴溪冶煉廠（以下簡稱貴冶）30萬噸銅冶煉工程，于2007年建成投產(chǎn)。該系統(tǒng)配備了2臺處理能力630噸/臺的回轉(zhuǎn)式陽極爐，當(dāng)年投產(chǎn)后各項(xiàng)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到其設(shè)計值。一直以來，貴冶都積極嘗試通過新技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用，來降低生產(chǎn)成本、提高自動化水平，保持自身技術(shù)水平始終站在世界銅工業(yè)的前沿[1]。2015年6月陽極爐燃燒系統(tǒng)改造為純氧助燃后，燃料單耗下降50%，大幅減少了生產(chǎn)成本，但純氧助燃技術(shù)的應(yīng)用，提高了火焰溫度，加劇了局部耐火材料的損耗。銅酸系統(tǒng)兩年一個年修周期，年修對爐襯進(jìn)行翻修，一年對爐襯進(jìn)行一次局部挖補(bǔ)。耐材消耗過快制約了陽極爐爐役期，如何在燃燒方式改變的前提下保證陽極爐的爐齡提出了新的挑戰(zhàn)[2]。

1 工藝簡介

陽極爐屬于精煉液態(tài)粗銅的傾轉(zhuǎn)式冶金爐，外形類似臥式圓筒形容器。殼體由60mm厚的鍋爐鋼板焊接而成，內(nèi)襯的工作層均為電熔再結(jié)合鎂鉻磚。圓筒的一端安裝燃燒器，另一端留有出煙口，燃燒器噴出的火焰以及燃燒產(chǎn)生的煙氣自燃燒端往排煙端運(yùn)動，因此爐內(nèi)溫度也是燃燒端高于排煙端。由于爐內(nèi)各區(qū)域溫度分布、熔體運(yùn)動，以及煙氣流動的狀況存在較大的差異，所以各部位耐火磚損耗的原因以及損耗的程度也大不相同。易損耗的區(qū)域主要有以下部位。

1.1 風(fēng)口區(qū)

耐材損耗的主要原因是；在氧化期和還原期，承受從風(fēng)口噴入爐內(nèi)的氧化、還原介質(zhì)攪動熔體沖刷。由于燃燒側(cè)的溫度更高，氣流帶來的熔體攪動更加劇烈。同時耐火磚工作面的溫度也更接近其荷重軟化溫度，因此燃燒側(cè)風(fēng)口耐火磚的損耗更加嚴(yán)重。

1.2 爐口區(qū)

耐材損耗的主要原因是；爐口蓋在開啟和關(guān)閉兩種狀態(tài)切換時，爐口周邊溫度變化大，爐口周邊的耐火磚，承受因急冷急熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力。由于下爐口在加料、倒渣期間還要承受熔體的沖刷，因此下爐口的損耗更加明顯。

1.3 燒嘴磚

耐材損耗的主要原因是；燃料燒嘴安裝于燒嘴磚中心，燒嘴磚處于爐膛內(nèi)最靠近火焰的位置，因此也是爐襯易燒損的部位。特別是因各種原因?qū)е氯剂匣蜓鯕馄鞯那闆r下，燒嘴磚損耗特別明顯。

1.4 渣線區(qū)

耐材損耗的主要原因是；粗銅精煉產(chǎn)生的渣量少、比重小，漂浮于熔體表面，渣線基本等同于熔體的液面線，熔體在被氣流攪動時液面的波浪不斷沖擊侵蝕爐體渣線區(qū)域的耐火磚。精煉渣中的酸性氧化物SiO2，對以MgO為主要成分的堿性耐火材料有明顯的侵蝕作用。陽極爐的渣線區(qū)域是指爐體在氧化、還原位置時貼近于熔體液面線的多層耐火磚，停爐檢修時，在爐內(nèi)明顯可見渣線侵蝕形成的線狀凹槽。由于燃燒側(cè)溫度更高，燃燒側(cè)渣線區(qū)域的凹槽更寬且深，在燃燒側(cè)的端墻最為明顯。另外出銅口下方的渣線區(qū)域在澆鑄期還要承受熔體持續(xù)往出銅口單向流動產(chǎn)生的沖刷，形成約2平米大小的凹坑。

采取改進(jìn)措施前，爐內(nèi)檢修時耐火磚損耗記錄，易損耗的區(qū)域主要有主要如下表1。

表1 5號爐修時耐火磚損耗情況勘測記錄表（爐齡350爐，工作層380 mm）

2 改進(jìn)措施

類似于木桶理論，陽極爐的爐壽命取決于損耗最快區(qū)域耐材的使用時間。為了確保陽極爐爐齡，作業(yè)過程中采取了以下措施來延長易損耗區(qū)域耐火磚的使用壽命。

2.1 降低目標(biāo)銅溫

澆鑄包內(nèi)銅液溫度達(dá)到1140℃以上即可保持良好的流動性，澆鑄出合格的陽極板。高溫銅液從出銅口流出經(jīng)溜槽導(dǎo)流至圓盤澆鑄機(jī)的過程中銅溫降幅在50℃~60℃。因此要確保產(chǎn)品質(zhì)量，還原終點(diǎn)目標(biāo)銅溫必須達(dá)到1200℃左右。技術(shù)人員通過改進(jìn)澆鑄期銅熔體從陽極爐出銅口導(dǎo)流至圓盤澆鑄機(jī)環(huán)節(jié)的保溫措施，縮小銅液溫降20℃~30℃。從而使陽極爐還原終點(diǎn)溫度控制范圍降至1170℃~1180℃。

2.2 加長易損區(qū)域耐火磚的長度

根據(jù)停爐檢修的勘測記錄，繪制易損耗區(qū)域位置圖，將區(qū)域內(nèi)磚型的長度由380mm增加至430mm；通過定制加長的耐火磚，增加易損耗區(qū)域爐襯厚度，達(dá)到延長該區(qū)域使用壽命的目的[3]。

2.3 壓縮空氣替代中心氧

根據(jù)原設(shè)計純氧燃燒器的助燃氧氣分為中心氧和環(huán)氧；環(huán)氧壓力高，噴射到爐膛中部，起主助燃作用；中心氧在燃料噴槍嘴附近與燃料混合，幫助形成根部火焰，確保燃燒穩(wěn)定、不脫火。采用壓縮空氣替代中心氧，降低根部火焰溫度，達(dá)到降低燃燒端溫度、促進(jìn)爐內(nèi)熱量分布均勻的目的。因?yàn)橹行难醯挠昧績H占助燃氧總量的10%，采用等體積的空氣替代純氧對陽極爐熱效率的影響甚小。

2.4 開展弱氧化—還原攻關(guān)

通過開展弱氧化-還原技術(shù)攻關(guān)，不僅達(dá)到了降低還原劑單耗的目的，同時縮短了氧化、還原期作業(yè)時間。月均氧化期時間縮短0.35h/爐、還原時間縮短0.38 h/爐[4]。隨著冶煉時間縮短，氧化、還原介質(zhì)對風(fēng)口區(qū)耐火磚沖刷的時間以及熔體表面對渣線區(qū)域侵蝕的時間都同步縮短，延緩了以上易損耗區(qū)域耐火磚的損耗。

3 取得的效果

通過兩年的時間，將上述措施實(shí)施到位，并形成穩(wěn)定的生產(chǎn)模式與工藝控制標(biāo)準(zhǔn)。不僅爐爐齡指標(biāo)。近年來陽極爐爐齡及爐襯檢修情況，具體見下表。

表2 5號爐爐齡及耐火磚檢修量記錄表

4 結(jié)語

通過貴冶工程技術(shù)人員的不斷摸索和實(shí)踐，陽極爐爐襯翻修周期提升至4年，在空氣助燃改為純氧助燃后，陽極爐爐齡不降反升，只是貴冶經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)不斷優(yōu)化的一個縮影。陽極爐爐齡指標(biāo)的穩(wěn)步推進(jìn)，不僅降低了冶煉成本，也為系統(tǒng)長周期穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有力支撐。