鄧偉民
(江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司貴溪冶煉廠,江西 貴溪 335424)
江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司貴溪冶煉廠卡爾多爐在瑞典奧托昆普公司引進(jìn),在南昌有色金屬設(shè)計院輔助作用下完成了設(shè)計??柖酄t主要采用的是富氧頂吹冶煉技術(shù)[1],即在四臺旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動作用下,在爐體周圍實現(xiàn)中心軸360°旋轉(zhuǎn),且在旋轉(zhuǎn)過程中完成相關(guān)熔煉以及吹煉過程,在實際應(yīng)用中具有良好的傳熱以及傳質(zhì)條件,操作過程中需要和水平面呈現(xiàn)出28°角。另外在向爐內(nèi)進(jìn)行加料、倒渣以及倒銅作業(yè)中,能夠通過傾轉(zhuǎn)電機驅(qū)動力的影響,讓整個爐體繞爐體水平軸實現(xiàn)0°~270°傾轉(zhuǎn)[2],完成向爐內(nèi)加料、倒渣、倒銅作業(yè)。
該廠卡爾多爐作業(yè)過程中,對爐內(nèi)含銅物料采用柴油加純氧燃燒方式加熱,將其熔化冶煉成渣,之后在吹煉槍的應(yīng)用下通過富氧對其實施吹煉除雜,生產(chǎn)出含銅率大于98.50%的粗銅[3],最后在密閉式水冷煙道、噴霧塔等應(yīng)用下處理生產(chǎn)過程中的高溫工藝煙氣,同時利用環(huán)集煙罩布袋實現(xiàn)對卡爾多爐加料、放銅、放渣等操作過程中產(chǎn)生的粉塵等進(jìn)行收集,實現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)[4]。但是在實際運行過程中,依舊存在有部分不滿意度指標(biāo),例如爐齡不達(dá)標(biāo),作業(yè)周期短,爐磚損耗高等問題。為解決爐磚消耗大,提升卡爾多爐作業(yè)周期,進(jìn)而提高爐齡,通過對近幾年爐修的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,提出了相應(yīng)的改造措施,以滿足生產(chǎn)實踐需求。
該廠卡爾多爐于2009年5月正式建成投產(chǎn),在為將建設(shè)成為一流銅冶煉工廠的大環(huán)境下,作為冶煉雜銅的卡爾多爐各項經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)必須達(dá)到世界一流,把卡爾多爐爐齡作為創(chuàng)標(biāo)桿指標(biāo),目標(biāo)為380爐。改造前卡爾多爐工藝流程圖如圖1所示。
圖1 改造前卡爾多爐工藝流程圖
卡爾多爐歷年作業(yè)情況見表1,由表1可以看出,自2009年5月進(jìn)行試生產(chǎn)后,平均作業(yè)爐齡為94爐,平均作業(yè)天數(shù)為27 d以及更換耐火磚量為185 t,在對其實施初步摸索改造后,截止到2014年平均作業(yè)爐齡、平均作業(yè)天數(shù)均得到顯著提升,耐火磚更換量也大幅度下降。針對這一情況2015年年初廠部提出:卡爾多爐在2014年平均爐齡245爐的基礎(chǔ)上,要求對其進(jìn)行挖潛改造,進(jìn)一步提升作業(yè)爐齡至380爐以上。在針對卡爾多爐現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查中發(fā)現(xiàn),爐內(nèi)砌筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)剝落,通過對近幾次爐爐修時爐襯損耗情況統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),均是因爐體上部耐火磚燒損脫落嚴(yán)重而停爐檢修,影響作業(yè)周期。
表1 2009年-2014年作業(yè)情況
對影響卡爾多爐作業(yè)爐齡的因素進(jìn)行展開分析,最終確定問題出現(xiàn)的主因:(1)爐內(nèi)磚上筒體耐火磚處于渣線區(qū)位置,受到各種雜質(zhì)的化學(xué)腐蝕;(2)卡爾多爐使用純氧油燒嘴熔煉時間較長,對爐體上部耐火磚的熱輻射量大;(3)管理制度操作方法不夠完善加速了該區(qū)域爐磚的損耗。導(dǎo)致作業(yè)周期短,影響爐齡指標(biāo)。
針對爐磚消耗大,造成作業(yè)周期短,進(jìn)而影響爐齡指標(biāo)這一現(xiàn)狀通過摸索實踐,管理創(chuàng)新,制定出了如下三個方面的改進(jìn)措施。
目前火法冶煉中,用作燃料的有重油(柴油),天然氣。改造之前貴冶卡爾多爐是柴油作為燃料進(jìn)行作業(yè),同時熔煉造渣過程中,還需要添加SiO2作為溶劑,添加Fe作為還原劑[5],以實現(xiàn)對物料中銅的氧化物進(jìn)行還原。但是在純氧油槍燒嘴的應(yīng)用下,燃燒過程中會在渣線區(qū)出現(xiàn)高溫區(qū),又因油槍噴頭為發(fā)散型向四周噴射燃料,直接對爐磚進(jìn)行高溫灼燒,導(dǎo)致在高溫作用下耐火材料出現(xiàn)嚴(yán)重侵蝕,造成耐火磚出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p耗。
通過探索實踐發(fā)現(xiàn),天燃?xì)鈬姌屢蕴烊細(xì)庾鳛槿剂?,以半預(yù)混湍流燃?xì)馊紵夹g(shù)理論為依據(jù),通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計,使氧氣通過高速射流和天燃?xì)馍淞餍纬蓮娏业募羟?、拉伸攪拌作用,在出口一定距離內(nèi)就摻混得十分均勻,因此燃燒完全,能夠?qū)崿F(xiàn)高強度燃燒,火焰出口噴射速度高,火焰剛性強、燃燒穩(wěn)定,不回火。對比柴油噴槍,火焰直接噴向前方,避免了發(fā)散火焰直接對爐磚的燒烤,降低了爐磚的消耗。
卡爾多爐爐磚改造前砌筑結(jié)構(gòu)圖如圖2所示,可以清晰看出爐磚砌筑結(jié)構(gòu)僅為100 mm厚保護(hù)層以及240 mm工作層。爐修期間通過對爐磚消耗情況進(jìn)行分析得出:因渣線區(qū)時常處于上筒體,使得該處爐磚消耗過快,導(dǎo)致上筒體的爐磚消耗至需要更換時,下筒體以及底部的爐磚因消耗沒那么大不需更換。為了保證安全生產(chǎn)必須對上筒體爐磚進(jìn)行更換,進(jìn)而影響到作業(yè)周期,使得爐齡指標(biāo)達(dá)不到要求。
圖2 改造前爐內(nèi)砌筑結(jié)果剖面圖
針對這一現(xiàn)象展開分析后,提出了相應(yīng)的改善對策,具體為:改進(jìn)前卡爾多爐砌筑結(jié)構(gòu),將爐襯工作層由原來上下統(tǒng)一砌筑240 mm的鎂鉻磚,改進(jìn)為爐底部位砌筑300 mm、中間部位砌筑350 mm、爐體上部砌筑400 mm的鎂鉻磚,以減緩爐磚的損耗量,達(dá)到提高爐齡的目的。具體改造后爐內(nèi)砌筑結(jié)果剖面圖如圖3所示。
由圖3可看出,對上筒體易消耗區(qū)的爐磚長度加長,使得高溫液體渣液優(yōu)先消耗此區(qū)域爐磚,達(dá)到均衡消耗爐磚的效果,延長作業(yè)周期。
圖3 改造后的爐內(nèi)砌筑結(jié)果剖面
工藝生產(chǎn)操作中,通過開展勞動競賽,改進(jìn)操作方法,優(yōu)化各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo),進(jìn)一步降低天然氣單耗,降低耐火磚的燒熱輻射,從而降低爐磚消耗;工藝人員常對爐磚消耗情況進(jìn)行爐內(nèi)點檢,根據(jù)點檢的消耗情況改變原料的裝入量;工藝人員在生產(chǎn)操作中根據(jù)裝入量的不同控制噴槍燃燒區(qū)域;根據(jù)不同作業(yè)期調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度;適量減少傾動爐渣的裝入量:對新爐磚進(jìn)行掛渣作業(yè),使得新爐磚能夠得到覆蓋保護(hù)[6]。通過以上措施減少爐磚消耗,延長每爐期的作業(yè)時間,提高爐齡。
改造前后的卡爾多爐歷年作業(yè)情況如圖4、圖5所示。
圖4 改造前卡爾多爐歷年作業(yè)情況表
圖5 改造后卡爾多爐作業(yè)情況
由圖4、圖5可以看出:改造前,經(jīng)過多年摸索實踐,卡爾多爐爐齡作業(yè)已經(jīng)達(dá)到2014年的平均爐齡223爐,平均作業(yè)天數(shù)為66.5 d。改造后五年每年爐修次數(shù)為由之前的每年6次降到每年4次,平均作業(yè)爐齡為單爐期350爐,作業(yè)天數(shù)都達(dá)到90 d以上。并且2021年第一個主要作業(yè)周期更是達(dá)到了創(chuàng)歷史紀(jì)錄的單爐期爐齡為598爐,作業(yè)天數(shù)147 d。由此可見,采用天然氣槍替代純氧油槍,以及爐磚砌筑的改造都有助于降低高溫侵蝕,進(jìn)而顯著降低耐火損耗,有助于提升作業(yè)周期,進(jìn)而提高爐齡.
除此之外,項目的改造還帶了一定的經(jīng)濟(jì)效益,經(jīng)過改造后,卡爾多爐爐齡由245爐,提升到340爐,就意味著每年可減少2次爐修(每次爐修需鎂鉻磚70 t,每噸8 000元,平均每次爐修需7.5 d)。其中在針對成本計算中發(fā)現(xiàn),年成本降低可以達(dá)到2次/a×70 t×8 000元/t=112(萬元/a);在針對產(chǎn)量計算中發(fā)現(xiàn),年增長產(chǎn)量可以達(dá)到15 d/a×4爐/d×70 t/爐=4 200(t/a)。由此可見,通過對爐磚結(jié)構(gòu)砌筑的改造,進(jìn)一步降低了爐磚的損耗量,從而達(dá)到提升爐齡的目的。
貴溪冶煉廠卡爾多爐經(jīng)過長期摸索改造以及創(chuàng)新,從2009年試生產(chǎn)開始,逐漸提高了貴冶卡爾多爐爐齡,提升了每爐期作業(yè)天數(shù),不但顯著提高了工作效率,也進(jìn)一步降低了貴冶卡爾多爐生產(chǎn)中的維修次數(shù),尤其是耐火磚的使用量顯著降低,大大降低了生產(chǎn)成本,對于提高生產(chǎn)實踐經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。對于企業(yè)來講,提升貴冶卡爾多爐爐齡的相關(guān)改造措施,在滿足環(huán)保需求基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提高了生產(chǎn)產(chǎn)量以及質(zhì)量,冶煉成本和其他雜銅冶煉技術(shù)相比有著顯著優(yōu)勢,對于再生銅資源冶煉技術(shù)的發(fā)展也具有重要意義。