張 磊，汪 勇，李林山

（銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司，安徽 銅陵 244000）

1 引言

本文所指“死爐”是指在正常生產(chǎn)過程中由于動(dòng)態(tài)工藝參數(shù)如熔池溫度、冰銅品位和爐渣渣型變化未能及時(shí)調(diào)整或突發(fā)事件不可預(yù)先判斷所引起的熔池表面結(jié)殼、熔池溫度迅速降低、噴槍背壓上升、噴槍晃動(dòng)由擺動(dòng)逐漸變成抖動(dòng)直至不動(dòng)等現(xiàn)象[1］。韋元基[2］研究表明，鼓風(fēng)爐“死爐”的重要原因是爐缸溫度偏低。駱祖林[3］等研究表明，電爐“死爐”主要是由于電極折斷導(dǎo)致電能未輸送至爐內(nèi)引起溫度急降。

某銅冶煉廠火法冶煉工藝流程是：銅精礦倉(cāng)式配料-圓盤制粒機(jī)制粒-奧斯麥特爐熔池熔煉-沉降電爐沉降分離-智能數(shù)控轉(zhuǎn)爐吹煉-回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐精煉[4］。奧斯麥特爐（簡(jiǎn)稱“奧爐”）爐內(nèi)熔池表面出現(xiàn)結(jié)殼（“死爐”）時(shí)，耐火磚材料、噴槍等使用壽命會(huì)大幅縮短[5］。該廠結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐分析了奧爐“死爐”的原因，提出了處理方法和預(yù)防措施。

2 奧爐“死爐”現(xiàn)象及其危害

奧爐死爐現(xiàn)象主要表現(xiàn)為，噴槍晃動(dòng)逐漸變?yōu)槎秳?dòng)直至不動(dòng)，噴槍風(fēng)背壓急劇上升，爐內(nèi)熔池表面結(jié)殼面積不斷增加，堰口熔體流量減小甚至不斷流。

奧爐出現(xiàn)“死爐”的主要危害：

（1） 存在重大安全隱患。當(dāng)奧爐發(fā)生“死爐”時(shí)，由于爐內(nèi)熔體表面出現(xiàn)結(jié)殼，生產(chǎn)中所產(chǎn)生的氣體和噴槍風(fēng)中的氣體不能及時(shí)從熔體表面溢出，造成爐內(nèi)壓力逐漸增大。當(dāng)壓力過大時(shí)會(huì)引起熔體從堰口噴出，威脅操作人員和堰口設(shè)備安全。

（2）縮短噴槍壽命。奧爐在熔池表面出現(xiàn)結(jié)殼時(shí)已開始減料，同時(shí)增加煤和天然氣輔熱，下槍位攪動(dòng)熔池，噴槍接觸銅锍后易燒損，需要盡快更換噴槍。

（3）縮短爐襯壽命。鋁鉻尖晶石耐火磚熱震性能差，在溫度急劇變化的情況下容易出現(xiàn)大面積剝落，縮短爐襯壽命[6］。

3 奧爐發(fā)生“死爐”的原因

3.1 爐內(nèi)熔池溫度過低

（1）因入爐原料波動(dòng)而出現(xiàn)瞬時(shí)大料量，導(dǎo)致入爐氧料比偏小，物料沒有足夠的氧進(jìn)行氧化放熱反應(yīng)，爐內(nèi)出現(xiàn)生料，熔池溫度迅速降低，噴槍背壓急劇上升，易出現(xiàn)死爐現(xiàn)象。

（2）當(dāng)入爐原料成分差，高熔點(diǎn)物質(zhì)含量過多時(shí)，若不能及時(shí)升高操作溫度或調(diào)整配料，易形成“死爐”。

（3）奧爐鍋爐上升煙道結(jié)焦大塊和噴槍槍重脫落[7-8］偶爾會(huì)同時(shí)發(fā)生，高達(dá)數(shù)噸的高熔點(diǎn)結(jié)焦物從高空掉落爐內(nèi)熔池區(qū)，在重力作用下熔池被擠出，爐內(nèi)熔池容量減少，結(jié)焦物又會(huì)吸熱熔化，非常容易導(dǎo)致“死爐”。

3.2 噴槍槍位控制不當(dāng)

奧爐熔煉物料進(jìn)入爐內(nèi)時(shí)的落料點(diǎn)集中。正常生產(chǎn)時(shí)，要求噴槍插進(jìn)熔池渣層深度200～300mm，噴槍在熔池渣層內(nèi)保持充分?jǐn)噭?dòng)，確保熔池反應(yīng)完全、均勻。隨著熔池深度的增減，需要適當(dāng)調(diào)整槍位。當(dāng)噴槍槍位過高時(shí)，噴槍插入熔池渣層過淺，熔池得不到充分?jǐn)噭?dòng)，會(huì)導(dǎo)致下料點(diǎn)處溫度過低，形成生料堆積甚至出現(xiàn)熔池表面結(jié)殼等現(xiàn)象，且風(fēng)氧容易逸出，物料反應(yīng)不充分，易出現(xiàn)死爐；另外，噴槍插入熔池渣層過淺時(shí)，熔池反應(yīng)面積和深度也將受限，導(dǎo)致反應(yīng)不充分，溫度迅速降低而出現(xiàn)“死爐”。當(dāng)噴槍槍位過低時(shí)，噴槍槍頭易接觸冰銅而燒損，同樣會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)不充分，溫度迅速降低而出現(xiàn)“死爐”現(xiàn)象。

3.3 爐渣渣型失調(diào)

奧爐在生產(chǎn)過程中，需要嚴(yán)格控制爐渣的渣型?？刂坪昧嗽?，就可以有效地控制好渣熔點(diǎn)和黏度，即熔池溫度和渣流動(dòng)性。這里所指的渣型，即：鐵硅比。鐵主要來源于原料，只能進(jìn)行微調(diào)，硅主要來源于原料和熔劑石英砂。鐵硅比過大，爐渣中易產(chǎn)生過多的高熔點(diǎn)物四氧化三鐵；鐵硅比過小，會(huì)增加渣黏度并沖刷爐襯。鐵硅比過高或過低都會(huì)造成渣熔點(diǎn)升高，流動(dòng)性差。鐵硅比長(zhǎng)時(shí)間不達(dá)標(biāo)易造成爐況惡化，進(jìn)而出現(xiàn)“死爐”現(xiàn)象。

4 奧爐發(fā)生“死爐”后的施救措施

4.1 針對(duì)工藝控制參數(shù)的施救

（1）根據(jù)導(dǎo)致爐內(nèi)熔池溫度過低的原因，采取相應(yīng)的措施。①根據(jù)熔煉反應(yīng)程度調(diào)整煤、氧、天然氣及原料的添加量；②根據(jù)噴槍擺動(dòng)和噴槍風(fēng)背壓及時(shí)進(jìn)行槍位調(diào)整；③保持堰口與主控的聯(lián)系，及時(shí)疏通堰口。

（2）根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合噴槍擺動(dòng)情況，調(diào)整槍頭，使噴槍槍頭插入熔池渣層，深度控制在200～300mm。

（3）生產(chǎn)過程中主要通過控制石英砂量來調(diào)整鐵硅比，從而控制渣型。鐵硅比一般控制在1.2～1.4。

4.2 針對(duì)死爐的不同階段的施救

根據(jù)奧爐爐內(nèi)熔池表面結(jié)殼直至噴槍無晃動(dòng)發(fā)生“死爐”時(shí)熔池表面狀態(tài)，分四個(gè)階段施救，直到噴槍正?；蝿?dòng)且熔池溫度、冰銅品位及爐渣渣型均恢復(fù)到正常范圍內(nèi)。

4.2.1 爐內(nèi)熔池表面小面積結(jié)殼階段

當(dāng)奧爐爐內(nèi)熔池表面出現(xiàn)小面積結(jié)殼時(shí)（圖1），噴槍在爐內(nèi)可以擺動(dòng)且噴槍風(fēng)背壓值上升，但在可控范圍內(nèi)（投料量135～140 t/h，噴槍槍位2.0～2.3m，工藝風(fēng)量20000 Nm3/h，氧量20000 Nm3/h，煤2.5～3.5t/h，天然氣200～300Nm3/h，噴槍風(fēng)背壓35～45kPa），增加補(bǔ)充熱煤和天然氣，同時(shí)降料增大氧料比，下槍位攪動(dòng)熔池，待結(jié)殼熔化后再逐步恢復(fù)正常操作參數(shù)。

圖1 爐內(nèi)熔池表面小面積結(jié)殼階段

4.2.2 爐內(nèi)熔池表面大面積結(jié)殼階段

當(dāng)奧爐爐內(nèi)熔池表面出現(xiàn)大面積結(jié)殼時(shí)（圖2），噴槍在爐內(nèi)熔池渣層區(qū)域擺動(dòng)嚴(yán)重受阻或者噴槍風(fēng)背壓較正常生產(chǎn)時(shí)異常高，應(yīng)立即停料、斷氧、提槍，并重新定槍位和加大噴槍天然氣流量，以熔化熔池表面的結(jié)殼。同時(shí)利用爐口應(yīng)急煤倉(cāng)加煤。待噴槍下端出現(xiàn)部分熔池時(shí)下槍攪動(dòng)。待結(jié)殼熔化后分步加料生產(chǎn)。

圖2 爐內(nèi)熔池表面大面積結(jié)殼階段

4.2.3 爐內(nèi)無熔池階段

當(dāng)奧爐爐內(nèi)無熔池現(xiàn)象發(fā)生時(shí)（圖3），立即停料、斷氧，噴槍提升至熔池表面并定槍位，應(yīng)急煤倉(cāng)補(bǔ)煤，繼續(xù)加大天然氣量對(duì)爐內(nèi)結(jié)殼表面進(jìn)行熔化。待噴槍槍頭下方出現(xiàn)小熔池時(shí)，下槍進(jìn)行短時(shí)間攪動(dòng)，再提槍并定位熔化，再下槍攪動(dòng)，重復(fù)進(jìn)行。待出現(xiàn)較大面積熔池時(shí)，分步加料生產(chǎn)。

圖3 爐內(nèi)無熔池階段

5 奧爐“死爐”的預(yù)防措施

5.1 控制熔池溫度

熔煉過程只有在一定的溫度條件下才能順利完成，合適的過程溫度是保證熔煉正常進(jìn)行的最基本的熱力學(xué)條件之一，也是影響爐壽命和能耗的重要因素。影響熔池反應(yīng)溫度的因素有入爐物料成分、鐵硅比的變化、氧化反應(yīng)強(qiáng)度、噴槍插入深度等，在生產(chǎn)操作中要綜合考慮。

5.2 控制銅锍品位

銅锍品位關(guān)系到熔煉反應(yīng)強(qiáng)度、能耗和其他綜合性經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。合理控制銅锍品位目的在于保持熔煉系統(tǒng)、吹煉系統(tǒng)的平衡。銅锍品位過低會(huì)沖刷爐襯并導(dǎo)致下道工序轉(zhuǎn)爐吹煉周期變化。銅锍品位過高會(huì)引起熔池溫度升高、四氧化三鐵增加、渣含銅升高；同時(shí)也可能出現(xiàn)爐渣過氧化甚至發(fā)生泡沫渣噴爐事故，以及導(dǎo)致下道工序的吹煉系統(tǒng)不能滿負(fù)荷生產(chǎn)[9］。因此銅锍品位的控制對(duì)維持整個(gè)系統(tǒng)的均衡生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)至關(guān)重要。

5.3 控制爐渣渣型

爐渣渣型控制的目的在于，要根據(jù)物料組成將爐渣控制在熔點(diǎn)最低、黏性最小和流動(dòng)性最好的成分范圍之內(nèi)。盡可能降低熔煉溫度，減少爐渣對(duì)爐體耐火材料的侵蝕，提高爐壽命；降低奧爐燃料成本，保證有價(jià)金屬在爐渣中的沉降分離；降低爐渣中的有價(jià)金屬含量，提高熔煉回收率等[10］。

6 結(jié)論

奧爐發(fā)生“死爐”現(xiàn)象原因主要有入爐原料量波動(dòng)，入爐原料成分不均，噴槍槍位控制不當(dāng)，鐵硅比長(zhǎng)時(shí)間不達(dá)標(biāo)造成爐況惡化等。

奧爐發(fā)生“死爐”后要及時(shí)采取施救措施。根據(jù)具體情況調(diào)整煤、氧、天然氣及原料的添加量；根據(jù)噴槍擺動(dòng)和噴槍風(fēng)背壓及時(shí)進(jìn)行槍位調(diào)整；及時(shí)疏通堰口。噴槍插入熔池渣層深度控制在200～300mm，鐵硅比一般控制在1.2～1.4。

綜合考慮入爐物料成分、鐵硅比的變化、氧化反應(yīng)強(qiáng)度、噴槍插入深度等因素，控制好熔池溫度；合理控制銅锍品位，保持熔煉系統(tǒng)、吹煉系統(tǒng)的平衡；控制爐渣渣型，將爐渣控制在熔點(diǎn)最低、黏性最小和流動(dòng)性最好的成分范圍之內(nèi)，可有效預(yù)防發(fā)生死爐現(xiàn)象。