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        艾薩噴槍改造對使用壽命延長與單質(zhì)硫抑制效果

        2021-06-28 07:07:20王江素
        中國金屬通報(bào) 2021年7期
        關(guān)鍵詞:筒體不銹鋼

        王江素

        (謙比希銅冶煉有限公司,山西 長治 046000)

        艾薩爐溶池熔煉的核心技術(shù)均是對垂直浸沒于溶池中的噴槍進(jìn)行控制。艾薩熔化槽的基本技術(shù)是基于對垂直浸入熔化槽中的長槍的控制。艾薩噴槍對物料和操作氣氛的適應(yīng)性很強(qiáng),可在氧化性氣氛中熔煉鎳、銅、硫化鉛礦;在還原性氣氛中熔煉錫精礦和高鉛渣,也可熔煉含錫、鉛、鋅的爐,還可應(yīng)用該技術(shù)從渣中回收貴金屬。所有熔化的物理、化學(xué)反應(yīng)都必須在長槍供氣、供氧、供油的強(qiáng)烈攪拌下完成,才能完成傳熱、傳質(zhì)的過程,長槍的壽命直接影響到作業(yè)率和供油率,而長槍的自動(dòng)控制技術(shù)直接影響到長槍的壽命。

        1 艾薩噴槍簡介

        1.1 噴槍結(jié)構(gòu)與材料

        艾薩噴槍的筒身結(jié)構(gòu)一般由三根同心圓管組成,從內(nèi)到外依次為燃料管、內(nèi)氧管、外風(fēng)(爐筒風(fēng)道)。燃料管送重油或煤粉,有的鑄造廠洗爐時(shí)只送重油,熔體則送煤粉。艾莎噴槍的工作原理,第一層也是燃料管的中心,輸送燃料(煤或燃料油),以平衡冶煉過程中的溫度波動(dòng),達(dá)到所需的冶煉溫度,同時(shí)也輸送氮?dú)饣驍y帶煤的壓縮空氣,吹出殘余燃料,從而使燃料得到充分利用;氧氣管:氧氣管輸送氧氣,以滿足冶煉過程中的氧氣需求。槍管攜帶風(fēng)或氧氣,提供一定流量的風(fēng)或氧氣參與反應(yīng),并用于開挖攪拌盆,使制渣的物理、化學(xué)反應(yīng)得以順利進(jìn)行,同時(shí)對槍壁產(chǎn)生冷卻作用,有利于槍渣的懸浮。根據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化謙比希銅冶煉有限公司筒體結(jié)構(gòu)為三層,最內(nèi)層為燃料管,其次為壓縮空氣管,外層為富氧混合空氣。

        噴槍筒體材質(zhì)一般為碳鋼和不銹鋼,筒頭材質(zhì)為不銹鋼,不銹鋼型號主要是按Ni和Cr含量的多少不同而定。槍頭所采用的不銹鋼材質(zhì)優(yōu)于304、316、310等非感應(yīng)不銹鋼型號。目前,銅礦冶煉采用的是最好的燃燒柴油艾薩噴槍,槍頭材質(zhì)為310S不銹鋼。其余為316L。

        圖1 艾薩噴槍結(jié)構(gòu)示意圖

        圖2 艾薩噴槍槍頭示意圖

        1.2 噴槍使用壽命

        噴槍的壽命是指槍身的生命,二是指槍頭,即槍頭的生命。槍體的壽命一般較長,如果槍體彎曲、拉直,可以重復(fù)使用,如果槍體起皺、斷裂、嚴(yán)重?zé)龤?,就?huì)被廢棄。槍頭浸入溶液槽中的渣層中,合理的插入深度為200-400mm,槍頭必須耐高溫灼燒、溶液侵蝕和化學(xué)腐蝕,槍頭在旋風(fēng)中容易燒傷、裂紋、刺穿和燒毀等。導(dǎo)致頻繁更換武器。目前,在槍頭的生產(chǎn)中,槍頭的壽命等于槍的壽命,但槍身的壽命和槍頭的壽命是相互影響的

        2 艾薩噴槍使用壽命影響因素

        2.1 溫度控制

        從Fe-SiO2體系的相圖可以看出,強(qiáng)氧化熔煉過程的平均渣中約含有23%-28%的SiO2,其熔煉溫度應(yīng)低于1208℃。但由于強(qiáng)氧化熔煉體系中氧勢較高,熔體中磁鐵礦含量較高,其熔點(diǎn)高達(dá)1550℃以上,因此,為使鐵橄欖石渣保持均勻的熔相,目前渣的熔化溫度應(yīng)高于1200℃。如果爐溫過高,過熱度過大,噴槍掛渣就會(huì)比較薄,而主要用于冷卻噴槍的槍體空氣溫度就會(huì)升高。如果爐溫過高,長槍無法掛渣,筒體空氣溫度較高,長槍就會(huì)失去對掛渣的保護(hù)依賴,必然導(dǎo)致燃燒。謙比希銅冶煉有限公司吹風(fēng)爐根據(jù)爐渣種類和工藝特點(diǎn),將爐溫控制在1180-1190℃。

        2.2 噴槍流量

        生產(chǎn)實(shí)踐中槍體風(fēng)管由于上方有熔融物,容易導(dǎo)致吹煉過程中進(jìn)入冷卻風(fēng)管出口處的熔渣而堵塞聯(lián)動(dòng)。隨著清洗的進(jìn)行打外管壁結(jié)渣必然會(huì)造成管壁變形,這些都會(huì)大大影響槍體的鼓風(fēng)量在,導(dǎo)致達(dá)不到很好的冷卻保護(hù)槍體的目的,容易導(dǎo)致槍體彎曲變形損壞和槍外管發(fā)生局部小爆裂。生產(chǎn)實(shí)踐表明,槍體繞管的壽命可達(dá)半年以上,但必須隨時(shí)進(jìn)行檢修,才能保持良好的性能。

        2.3 用油量

        艾薩噴槍在每個(gè)潛流熔池吹煉前都要進(jìn)行必要的停渣操作,因?yàn)閲姌屧诖禑掃^程中,安全操作主要靠停渣來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。如果用油量過多或過少,會(huì)使噴槍受到冰塊、高溫等腐蝕而損壞,降低使用壽命。

        2.4 噴槍結(jié)構(gòu)

        該噴槍由3層組成,最內(nèi)層是燃料管,其次是端壓空氣管,外層是富養(yǎng)空氣混合物。也是為了燃燒煙氣中的硫磺等可燃成分,最外層以上為鑄鐵,不插入鑄鐵,槍頭為310S不銹鋼,槍身為316L不銹鋼。在筒體與筒體之間加裝雙螺旋變距翅片,使筒體空氣在環(huán)形路徑上產(chǎn)生渦流,此渦流將加劇空氣混合,提高對流傳熱系數(shù),以降低筒體壁溫。這樣可以在槍壁外側(cè)形成穩(wěn)定的固渣層,使其不被液渣池浸出,保護(hù)噴槍,這也是保證伊薩噴槍長期安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

        3 艾薩噴槍改造方案

        3.1 針對硫酸單質(zhì)硫的改造方案

        在工藝控制要求許可的前提下,對噴槍進(jìn)行其他方面結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。針對硫酸單質(zhì)硫方面,噴槍直徑從?377mm加?426,加強(qiáng)熔池?cái)嚢?。使?426噴槍,可以加強(qiáng)熔池徑向攪動(dòng)力,有利于減少熔池堆料。

        3.2 針對余熱鍋爐蒸發(fā)量過大的改造方案

        吹煉過程中依據(jù)進(jìn)料量,尤其是準(zhǔn)確判斷熱冰銅進(jìn)爐速率來確定冰銅面的漲幅。降低KKK風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)量,降低總風(fēng)量,提高了ISA熔煉的富氧濃度,從而減少總煙氣量。

        3.3 針對生產(chǎn)協(xié)調(diào)的改造方案

        在艾薩控制界面上添加轉(zhuǎn)爐用氧量顯示,加強(qiáng)艾薩-轉(zhuǎn)爐之間用氧協(xié)調(diào),減少艾薩因?yàn)檠鯕獠粔驂毫系臅r(shí)間;在電爐控制界面上添加銅面顯示,要求電爐至少每小時(shí)測一次銅面,艾薩和轉(zhuǎn)爐可以更直接了解電爐生產(chǎn)情況,從而主動(dòng)調(diào)節(jié)生產(chǎn)節(jié)奏,避免因?yàn)殡姞t銅面高導(dǎo)致壓料。

        4 實(shí)施計(jì)劃及完成情況

        2019年1月3日使用?426噴槍,在一月份生產(chǎn)中不斷實(shí)踐摸索,把大料量生產(chǎn)時(shí)KKK風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)量從14300Nm3/h降至10500m3/h,同樣的生產(chǎn)料量與2018年相比,總空氣量減少了近4000m3/h,富氧濃度也提高2%。余熱鍋爐蒸發(fā)量也得到了明顯的控制,從生產(chǎn)中48-51t/h穩(wěn)定到現(xiàn)在的44-46t/h。硫酸單質(zhì)硫控制也取得成功,效果非常明顯,以下是2018年和2019年各個(gè)月因單質(zhì)硫影響而壓料的時(shí)間。

        表1 2018、2019因單質(zhì)硫影響壓料時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

        2019年1月份191分鐘時(shí)間都是1月3日以前的,很明顯更換?426噴槍后單質(zhì)硫現(xiàn)象改善顯著,可以說完全控制住了硫酸單質(zhì)硫?qū)Π_生產(chǎn)的影響,重點(diǎn)是艾薩爐在2019年3月20號開始嘗試加硫磺,來進(jìn)一步提高硫酸產(chǎn)量,3月份單質(zhì)硫影響時(shí)間也是加硫磺后出現(xiàn)的。

        2019年在電爐控制界面加銅面高度,艾薩控制界面加轉(zhuǎn)爐用氧量,很大程度上提高工段之間的聯(lián)系,縮短了壓料時(shí)間和轉(zhuǎn)爐等料時(shí)間。

        實(shí)施結(jié)果評估(結(jié)論和效益(量化)分析)。

        表2 2018年和2019年1-10月份各月小時(shí)料量對比

        5 結(jié)語

        艾薩噴槍冶煉工藝是銅火冶煉工藝中較為先進(jìn)的工藝,具有產(chǎn)能大、環(huán)保性好等優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的推廣前景。如何提高長槍的使用壽命,特別是吹氣過程中使用的長槍,是有必要討論的。

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