陳 萃，王恒輝，周曉源

（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙 410019）

反射爐作為一種傳統(tǒng)的熔煉設(shè)備，由于其結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)參數(shù)容易控制、對原料適應(yīng)性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于有色金屬冶煉過程［1］，如：銅鉛鋅冶煉過程的熔煉和精煉系統(tǒng)、錫銻鉍等金屬的綜合回收系統(tǒng)以及鋁冶煉過程的廢料回收，適合大規(guī)模生產(chǎn)［2］。近年來，對反射爐熔煉的技術(shù)改進(jìn)集中在燃料供熱系統(tǒng)，例如從開始的煤燃燒供熱發(fā)展到后來的燃油、燃?xì)夤?，再到近幾年采用的富氧燃燒和純氧燃燒?，4］，均是從提高床能力的角度對反射爐冶煉進(jìn)行供熱方式的技術(shù)改造。本文以優(yōu)化反射爐爐體進(jìn)料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，對某鉛冶煉項(xiàng)目反射爐的進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，其成果可以推廣至其它高溫熔煉設(shè)備的進(jìn)料系統(tǒng)。

1 現(xiàn)狀及存在的問題

對反射爐爐體來說，進(jìn)料方式一般有兩種：一種為側(cè)墻進(jìn)料，另一種為爐頂進(jìn)料。

若反射爐熔池池底與操作平臺在同一平面，則造成進(jìn)料口位置過高；若反射爐熔池池底與操作平面存在高差，則造成其出料位置過低。進(jìn)料口位置過高，采用人工進(jìn)料，勞動強(qiáng)度大、進(jìn)料效率低，同時(shí)因?yàn)閭?cè)墻進(jìn)料口尺寸大，大大增加了爐體散熱，降低了燃料利用率；而采用機(jī)械進(jìn)料則由于機(jī)械設(shè)備在側(cè)墻進(jìn)料口的配置，勢必要影響操作人員對爐況的觀察和操作。反射爐出料位置過低時(shí)嚴(yán)重影響出料操作崗位環(huán)境，存在一定的安全隱患。另外由于側(cè)面進(jìn)料爐門尺寸較大，四周采用水冷梁支撐，也使得爐門周圍管道密集，若遇漏水情況，檢修復(fù)雜。

鑒于反射爐側(cè)墻進(jìn)料存在上述弊端，目前反射爐基本都采用爐頂進(jìn)料方式，即將反射爐加料口裝置置于反射爐爐頂，能克服反射爐側(cè)墻進(jìn)料的弊端，但是因?yàn)檫M(jìn)料口裝置本身是金屬構(gòu)件且通常需要與水冷系統(tǒng)相連，置于反射爐爐頂靠爐頂拱形受力來支撐的結(jié)構(gòu)勢必要影響到爐頂砌體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，它將縮短反射爐的修爐周期，對于大型反射爐，為了實(shí)現(xiàn)入爐物料的均勻性，一般會采取交叉式的多點(diǎn)進(jìn)料［5］，多點(diǎn)進(jìn)料會造成反射爐頂在強(qiáng)熱負(fù)荷情況下的荷載條件更加惡劣，影響到反射爐的工業(yè)生產(chǎn)。因此，對反射爐進(jìn)料系統(tǒng)的技術(shù)改造也是反射爐冶煉技術(shù)的一個有價(jià)值的課題。

以湖南某廠銅锍還原熔煉反射爐改造為例，采用爐頂中部進(jìn)料方式，爐頂砌磚的檢修重砌周期在4～6個月，因爐頂檢修的停產(chǎn)時(shí)間大約在1.5個月左右，嚴(yán)重影響了反射爐的冶煉效率。同時(shí)由于熔煉溫度高，加料口無法近身操作，造成在下料過程中粘接在下料口周圍的物料無法及時(shí)得到清理，生產(chǎn)環(huán)境隨著系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間而不斷變差。因此進(jìn)料系統(tǒng)的改造和優(yōu)化是反射爐優(yōu)化改造的重點(diǎn)之一。

2 進(jìn)料口優(yōu)化改造實(shí)施方案

2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對目前反射爐進(jìn)料裝置存在的問題，提出了反射爐進(jìn)料裝置的技術(shù)改造方案。本次技術(shù)改造的要點(diǎn)是：改變反射爐爐頂進(jìn)料裝置的受力點(diǎn)，徹底解決爐頂高溫環(huán)境下局部荷載過大帶來的爐頂壽命短的問題，從而有效延長反射爐的爐齡來保證反射爐的工業(yè)生產(chǎn)周期。

反射爐的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了爐內(nèi)傳導(dǎo)、對流、輻射三種傳熱方式同時(shí)存在，燃料燃燒產(chǎn)生高溫、熾熱氣體在爐內(nèi)流動時(shí)，將熱量直接傳給爐料，熾熱的爐頂、爐膛將熱量間接的傳給物料［6］。因此爐體散熱是反射爐一項(xiàng)主要的熱支出，特別是開孔開門的位置。因此針對本改造項(xiàng)目中多臺反射爐同時(shí)生產(chǎn)的情況，在煙氣余熱回收方面也做了一定程度的改造。

具體改造方案如下：

1.實(shí)現(xiàn)皮帶連續(xù)輸送、多點(diǎn)定量給料。

2.改善進(jìn)料口的操作環(huán)境，提高反射爐熔煉年作業(yè)率。

3.降低爐子散熱量，同時(shí)有效利用可回收余熱，提高燃料利用率。

根據(jù)以上優(yōu)化改造的思路，優(yōu)化后的進(jìn)料口結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 加料口優(yōu)化結(jié)構(gòu)

加料管1為夾套形式，與汽化受料管2采用插接形式，即加料管1的內(nèi)壁插入汽化受料管2內(nèi)，加料管1的外壁插入密封槽內(nèi)，形成迷宮結(jié)構(gòu)，并采用耐火密封填料4填緊，從而有效防止煙氣的無組織泄露。加料管1的夾套內(nèi)為耐火纖維填滿，使得加料管在反射爐運(yùn)行過程中始終保持室溫，實(shí)現(xiàn)了近身操作進(jìn)行加料管的清理。

加料管1坐在支撐鋼架3上，支撐鋼架3與四周的立柱焊接固定，支撐鋼架3很好地將加料裝置的荷載傳遞到四周立柱上，避免爐頂在高熱負(fù)荷的情況下還要受局部重載，可有效延長爐頂?shù)氖褂脡勖?，延長整臺爐子的運(yùn)行周期。

受料管2為汽化夾套形式，且插入爐內(nèi)的迎火面及四周焊接龜甲固定網(wǎng)5，龜甲固定網(wǎng)5上的迎火面及四面采用預(yù)制耐火搗打料6的形式，目的是為避免爐況異常情況下的噴火噴料對加料裝置的損壞。

加料管1高度大約2 m，加料管內(nèi)徑為400～600 mm。可以避免生產(chǎn)過程中加料口噴火燒掉進(jìn)料皮帶，使得爐頂加料可以采用固定給料皮帶，實(shí)現(xiàn)物料的連續(xù)輸送、定量給料，也免去了采用移動皮帶所需活動導(dǎo)軌的鋪設(shè)。

2.2 冷卻方式優(yōu)化

該廠反射爐熔煉車間的反射爐臺數(shù)較多，因此在將進(jìn)料裝置的加料管改造為汽化冷卻的同時(shí)，操作爐門水冷水套以及出煙口位置也改造為汽化水套的形式，增加一套低壓蒸汽系統(tǒng)，新增設(shè)施投資大約在20萬元左右。

改造為可提升的汽化水套的形式，一方面可以回收利用這部分余熱，另一方面因?yàn)樵黾恿嗣嫦驙t內(nèi)的工作壁的表面溫度，可以減小爐體的散熱損失，降低煤率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

3 改造后效果分析

3.1 進(jìn)料口壽命對比

反射爐頂耐材材質(zhì)采用直接結(jié)合鎂鉻磚，進(jìn)料口改造前后壽命及檢修費(fèi)用見表1。

由表1可見，改造后和改造前年檢修費(fèi)用僅材料減少了約50%，對于企業(yè)來說是一筆可觀的支出。

表1 進(jìn)料口改造前后壽命及檢修費(fèi)用對比

3.2 改造前后運(yùn)行費(fèi)用對比

改造后較改造前提高了進(jìn)入系統(tǒng)的水質(zhì)要求，是根據(jù)當(dāng)?shù)氐蛪猴柡驼羝?00～120元/t（0.3 MPa），核算運(yùn)行費(fèi)用差值大約在175元/h，即一年較水冷系統(tǒng)費(fèi)用降低125萬元左右，2～3個月即可回收投資。改造前后運(yùn)行費(fèi)用對比見表2。

表2 改造前后運(yùn)行費(fèi)用對比

3.3 改造前后燃料量對比

改造后較改造前提高了燃料的消耗量，即提高了燃料利用率。改造前后燃料量對比見表3，重油熱值41 033 kJ。由表3可知，燃料消耗量減少了約6%。

表3 改造前后燃料量對比

4 結(jié) 論

通過對進(jìn)料口結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改造，使用周期從最多6個月延長到了8個月以上，反射爐本體的年檢修維護(hù)費(fèi)用降低了50%以上。

通過對進(jìn)料口結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改造，有效的解決了下料口噴火帶來的操作人員的安全隱患，并且有利于下料口的清理。

通過增加低壓蒸汽循環(huán)系統(tǒng)，有效減少了反射爐的運(yùn)行成本，每年節(jié)約運(yùn)行成本約125萬元。

通過對加料裝置受力點(diǎn)的改造，使得多點(diǎn)加料不會影響爐子的影響反射爐的作業(yè)周期，也為大型反射爐處理全冷料創(chuàng)造了良好的爐體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

通過對進(jìn)料口結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改造和增加低壓蒸汽系統(tǒng)，燃料消耗量減少了平均6%。

改造增加的低壓蒸汽系統(tǒng)，適用于多臺反射爐同時(shí)作業(yè)的情況。