延長澳斯麥特熔煉爐爐壽的生產(chǎn)實踐

萬 軍， 駱 祎， 趙祥林

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司， 湖北 黃石 435005)

延長澳斯麥特熔煉爐爐壽的生產(chǎn)實踐

萬 軍， 駱 祎， 趙祥林

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司， 湖北 黃石 435005)

對影響澳斯麥特爐耐火磚壽命的因素進(jìn)行分析，通過采取加強爐殼的水冷卻及掛渣保護，調(diào)整工藝指標(biāo)控制穩(wěn)定的熔池溫度和合理的槍位，減少粉煤系統(tǒng)及噴槍系統(tǒng)對生產(chǎn)的影響以降低溫度的大幅波動，減少結(jié)焦對爐襯的負(fù)面影響等措施，實現(xiàn)爐壽的延長。并根據(jù)爐襯殘磚厚度分析了爐襯消耗規(guī)律，對爐襯砌筑方式進(jìn)行了改進(jìn)。

澳斯麥特爐； 爐壽； 爐襯； 耐火磚

0 前言

澳斯麥特熔煉工藝以原料適應(yīng)性強、操作簡單、生產(chǎn)效率高、環(huán)保設(shè)施齊全等特點在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，但其也存在爐壽較短等不足。1999年我國開設(shè)引進(jìn)澳斯麥特工藝，但國內(nèi)使用廠家均出現(xiàn)過爐壽過短的情況，短的幾個月，最長的也只有18個月[1]。

大冶有色金屬有限責(zé)任公司冶煉廠的澳斯麥特爐是目前世界上最大的銅冶煉澳斯麥特熔煉爐，爐襯采用長城鋁鉻尖晶石磚，其具有結(jié)合強度高，密度大，耐高溫，抗堿性腐蝕，對酸性腐蝕具有一定的適應(yīng)性等特點，雖然一定程度上延長了澳斯麥特爐耐火磚的使用壽命，但其生產(chǎn)工藝控制條件無具體參考對象，而且目前澳斯麥特爐單爐生產(chǎn)，如果爐壽過短，大冶有色冶煉廠的正常生產(chǎn)將受到嚴(yán)重影響。大冶澳斯麥特爐投產(chǎn)初前期，就因既要打通工藝流程，又要摸索實際操作經(jīng)驗，爐體溫度波動較大，對澳斯麥特爐爐壽受造成了不利的影響。

1 影響耐火磚壽命的因素

1.1 澳斯麥特爐爐體結(jié)構(gòu)

澳斯麥特爐爐體從下到上分別為爐基、鋼梁、爐底鋼板、搗打料、耐火磚，從內(nèi)到外分別為耐火磚、鐵水套、鋼殼。爐頂為平頂結(jié)構(gòu)，采用膜式壁及澆鑄料，設(shè)有加料口、噴槍口、備用燒嘴口、測量口及煙道。

整個澳斯麥特爐的爐殼由24組鋼水套組成的水冷壁構(gòu)成，另外在堰口、混合溜槽、緊急排放口部位設(shè)有銅水套。冷卻水流量根據(jù)進(jìn)、出水溫差自動調(diào)節(jié)。

耐火磚層與鐵水套緊貼，耐火磚的熱量經(jīng)水套壁傳導(dǎo)被冷卻水帶走，冷卻水保持恒定的溫差，使耐火磚工作面溫度降低，也保證了耐火磚內(nèi)部穩(wěn)定的溫差。

1.2 影響耐火磚壽命的因素

1.2.1 高溫下的熱震應(yīng)力

澳斯麥特爐熔池內(nèi)噴槍鼓入的富氧空氣與銅精礦之間的氧化反應(yīng)以及與粉煤、塊煤的燃燒等使熔池溫度保持在1 170 ℃以上(設(shè)計值是1 160～1 200 ℃)，這一溫度明顯低于一般耐火材料的耐火度(≥1 700 ℃)和荷重軟化溫度(≥1 450 ℃)，因此在此溫度下，新的、尚未變質(zhì)的耐火磚不會有消耗。但是，當(dāng)爐內(nèi)襯受外來物質(zhì)的作用, 耐火度及荷重軟化溫度大大降低時, 爐內(nèi)的操作溫度就很重要。在不規(guī)則甚至間歇作業(yè)情況下，爐內(nèi)出現(xiàn)溫度驟升驟降，這種溫度的變化會使磚中產(chǎn)生熱應(yīng)力，當(dāng)熱應(yīng)力達(dá)到磚體的極限值，磚體將可能開裂或剝落[2]。大冶澳斯麥特爐開爐前期，由于工藝條件不成熟，工藝操作生疏和設(shè)備故障等原因，爐溫和爐況波動頻繁，爐內(nèi)出現(xiàn)掉磚現(xiàn)象，耐火磚損耗嚴(yán)重。

1.2.2 爐渣的侵蝕損耗

在造锍熔煉中，爐料中的脈石主要有石英(SiO2)、石灰石(CaCO3)等，它們與氧化后產(chǎn)生的FeO反應(yīng)，形成復(fù)雜的含有鐵硅酸鹽(2FeO·SiO2)的堿性爐渣。高溫堿性條件下硅酸鐵渣與爐襯反應(yīng)，在爐襯耐火磚的內(nèi)部物相結(jié)構(gòu)中形成固熔體，工作溫度高時，其重新熔化，整塊脫落。爐渣對爐襯的侵蝕主要取決于爐渣的成分，即渣性，主要是鐵硅比，以及爐溫的控制。

1.2.3 熔體的沖刷

澳斯麥特爐由于噴槍的攪拌作用，熔池是一個劇烈“沸騰”的動態(tài)熔池，渣線處爐襯耐火磚會受到熔體的頻繁沖刷，此處是耐火磚消耗快的位置。同時，熔體對耐火磚的沖刷還與爐渣的流動性密切相關(guān)。

1.2.4 硫化物與耐火磚中堿性氧化物的反應(yīng)

熔池內(nèi)的硫化物分解氧化生成的SO2氣體在擴散過程中被氧化成SO3，SO3在低于1 050 ℃的情況下與耐火磚中的堿性氧化物反應(yīng)，生成堿土金屬硫酸鹽(MgSO4，CaSO4)，并且反應(yīng)達(dá)到平衡時SO2的分壓很低，因此只要有少量的SO3存在, 就能在適宜的溫度下發(fā)生生成堿土金屬硫酸鹽的反應(yīng)[2]。因此，盡管溫度高于760 ℃ 時SO2的氧化速度迅速降低，但隨著SO3的不斷消耗，反應(yīng)2SO2+O2=2SO3就會正向進(jìn)行。磚中堿土金屬硫酸鹽的生成，常伴有體積的增加和氣孔的填充，這種侵蝕的結(jié)果，增大了磚由于深部顯微結(jié)構(gòu)致密化而引起的開裂危險，削弱了磚的結(jié)合力，增加了對滲入熔體的侵蝕敏感性。

2 延長爐壽的生產(chǎn)實踐

2.1 爐殼冷卻

2.1.1 及時調(diào)整冷卻水流量，確保爐墻冷卻效果

澳斯麥特爐爐殼耐火磚層與鐵水套緊貼，其目的就是將耐火磚上的熱量傳遞到鐵水套，由水套中的冷卻水將熱量帶走，從而降低耐火磚工作面(受熱面) 的溫度，以降低或減緩熔渣對耐火磚或磚縫的侵蝕或滲透，達(dá)到保護耐火磚的目的。生產(chǎn)中，以溫度測點的溫度以及爐殼表面的溫度為依據(jù)，調(diào)節(jié)水量，冷卻水溫差始終保持在10 ℃左右。

2.1.2 爐襯有效掛渣，加強爐殼冷卻

FeO在一定的氧勢下可以轉(zhuǎn)化為Fe3O4，其熔點為1 597 ℃，生產(chǎn)中Fe3O4會從渣中析出附著在爐襯上形成保護層[1]。由澳斯麥特爐渣樣成分(見表1)可知，澳斯麥特熔煉爐渣含有一定量的Fe3O4，具有掛渣保護條件。生產(chǎn)中，控制爐渣Fe3O4成分在8%～10%，每次停爐后生產(chǎn)噴槍下到熔體內(nèi)300 mm并維持5～10 min，以加強爐襯掛渣。

表1 澳斯麥特爐渣樣成分 %

2.2 嚴(yán)格控制澳斯麥特爐工藝指標(biāo)

2.2.1 控制穩(wěn)定的熔池反應(yīng)溫度

澳斯麥特爐工藝設(shè)計溫度為1 180±10 ℃。由于熔池溫度無法直接測量，堰口溫度與熔池溫度基本接近，生產(chǎn)中用堰口熔體溫度表征熔池熔體溫度?？販卮胧┤缦拢?/p>

(1) 給料穩(wěn)定性。控制穩(wěn)定的燃料比，確保給料的穩(wěn)定性

(2)爐溫監(jiān)測。選擇第9組磚溫測點、噴槍晃動以及背壓曲線作為爐溫變化情況的依據(jù)，溫度測點的溫度變化幅度在10 ℃以內(nèi)繼續(xù)觀察，超過10 ℃采取逐漸增減過剩系數(shù)一個百分點的辦法進(jìn)行調(diào)整。

(3) 崗位之間的配合。以主要操作崗位為中心，協(xié)調(diào)生產(chǎn)中發(fā)生或可能發(fā)生的問題，對下料情況進(jìn)行監(jiān)視，實時掌握與調(diào)整爐況，對噴槍晃動所反映結(jié)焦過重脫落以及掉煙道結(jié)焦及時監(jiān)測與處理。

2.2.2 控制合理槍位

噴槍位置直接影響噴槍的壽命、熔池的攪動情況以及爐墻的掛渣。表2為不同槍位下熔體的噴濺情況。槍位越低，噴槍使用壽命越短；噴濺隨著槍位的降低逐漸增大。生產(chǎn)中，處理量在120 t/h以下時，槍位控制在1 650 mm，處理量在120～180 t/h時，槍位控制在1 700 mm，處理量在180 t/h以上時，槍位控制在1 750 mm，并且隨著噴槍的燒損，槍位不斷降低，每次下降50 mm，最低槍位為1 550 mm。

表2 不同槍位下熔體的噴濺情況

注：加料量為160 t/h，爐溫1 180 ℃。

2.2.3 控制適當(dāng)?shù)蔫F硅比

表3為控制不同F(xiàn)e/SiO2時的效果。

表3 控制不同F(xiàn)e/SiO2時的效果

表4顯示，F(xiàn)e/SiO2為1.2時，堰口流動性較好，噴濺高度合理，能夠整體掛渣，電爐放渣時間較短。因此在實際生產(chǎn)中，F(xiàn)e/SiO2控制在1.2左右。

2.3 減少爐溫波動

2.3.1 減少粉煤噴吹故障導(dǎo)致的爐溫波動

(1)下煤量不穩(wěn)定時，更改下罐加壓方式，將下罐原有的用流化風(fēng)加壓、通過載煤風(fēng)平衡下罐壓力改為流化風(fēng)加壓、用孔板封住載煤風(fēng)平衡下罐壓力用管道，同時，減少下罐流化風(fēng)管數(shù)量，減少流化風(fēng)量；重新設(shè)定控制器參數(shù)，將最小給煤量設(shè)定在500 kg/h；用鋼板封住旋轉(zhuǎn)給煤機的1/3出料口，以減少每次進(jìn)入出料口的粉煤量；更換新的量程范圍小的旋轉(zhuǎn)給煤機，最終解決了下煤量精度問題。

(2)下煤反饋值為零時，下罐粉煤實際重量超出量程范圍，使得下罐煤量以容積模式顯示，并且不會改變，控制器死機或不工作。出現(xiàn)這種情況，繼續(xù)使用粉煤一段時間，等待下罐煤量回到量程范圍內(nèi)，故障會自動消除，或者在控制室內(nèi)重新啟動控制器，再進(jìn)行人工復(fù)位。

(3) 圓頂閥開啟、關(guān)閉出現(xiàn)故障時，手動開啟、關(guān)閉閥門，若氣源壓力不正常，則判斷為排氣閥或者換向閥堵塞，需拆開清洗。若氣源壓力正常，則判斷密封圈或者圓頂破損，需更換密封圈或圓頂。

2.3.2 減少噴槍因素導(dǎo)致的爐溫波動

(1) 延長噴槍壽命。采用不銹鋼管氣體保護焊，采用左道焊接法，規(guī)范焊接動作以及焊接標(biāo)準(zhǔn)，保證噴槍的焊接質(zhì)量。采用“三步掛渣法”規(guī)范掛渣[3]。 使用新型不銹鋼材質(zhì)槍頭。

(2) 合理安排換槍時間。對不影響生產(chǎn)進(jìn)行的設(shè)備故障或生產(chǎn)中出現(xiàn)的其它問題，換槍時間集中處理，并在換槍時進(jìn)行隱患檢查預(yù)處理；換槍時，用保溫?zé)靽姛裼捅?，根?jù)爐溫變化情況調(diào)節(jié)風(fēng)量與柴油量，維持爐溫。

2.4 減少結(jié)焦

2.4.1 減少結(jié)焦

控制合理的熔池溫度、噴槍槍位，調(diào)整圓盤制粒機轉(zhuǎn)速6 r/min，圓盤制粒機的傾角在40～50°，加水量控制在1.5 t/h，在后續(xù)運輸皮帶下料斗處加裝緩沖裝置以減緩運輸轉(zhuǎn)運過程中球團的破損，確保了精礦成團率達(dá)85%以上，減少了煙氣含塵量，減少了結(jié)焦的來源。

2.4.2 結(jié)焦處理

使用結(jié)焦抑制劑處理上升煙道結(jié)焦。從4個加入點：澳斯麥特爐爐頂保溫?zé)炜?、上升煙道的左、右?cè)工作門及后側(cè)工作門，用添加裝置自動定時每天20次、每次10 min以0.5～0.7 MPa的壓力向澳斯麥特爐內(nèi)及上升煙道噴入結(jié)焦抑制劑。

煙道中上部安裝自動機械振打裝置，按照一定的頻率自動敲打煙道外壁，結(jié)焦在振動的條件下自動脫落。

煙道下部在結(jié)焦抑制劑的作用下結(jié)焦仍然較多，使用渣口機或者人工使用釬子對下部工作門處結(jié)焦定期清理。

3 爐襯耐火磚損耗分析

3.1 爐襯耐火磚砌筑

澳斯麥特爐內(nèi)襯全部使用長城鋁鉻尖晶石耐火磚砌筑。爐襯由105層耐火磚砌筑而成，被三層鋼制托盤(磚托)分為4層。爐底至第一層磚托40層磚，其中1～39層磚由徑向350 mm與260 mm的耐火磚交替砌筑，厚度共610 mm，第40層(即第一層磚托下面一層)由徑向510 mm耐火磚砌筑；第一層磚托至第二層磚托19層，其中第1～4層(第一層磚托以上4層)由徑向510 mm耐火磚砌筑，其它由徑向460 mm耐火磚砌筑；第二層磚托至第三層磚托、第三層磚托至爐頂各23層，由徑向460 mm耐火磚砌筑。

3.2 爐墻耐火磚損耗分析

圖1、圖2為爐襯殘磚厚度示意圖。

圖1 爐底至第一層磚托殘磚厚度

圖2 第二層磚托至第一層磚托殘磚厚度

由圖1、圖2可見，爐墻縱向熔池渣面、第一層磚托處、第二層磚托處消耗比較快，爐墻徑向則是東南側(cè)消耗最快。根據(jù)圖中殘磚厚度進(jìn)行分析：

⑴ 第一層磚托距離爐底6.56 m，熔煉過程中，液面飛濺的高度大約為5～9 m，即第一層磚托處正好是熔體沖刷的臨界層下部，同時此處也是低溫與高溫的分界層，此處的耐火磚消耗將是最快的，這與實際消耗情況相同；而渣線處，由于熔體不斷波動，機械沖刷嚴(yán)重，耐火磚消耗快。第一層磚托往下，溫度梯度逐漸變小，而機械沖刷相同，因此出現(xiàn)圖1-b中①②的情況：耐火磚消耗逐漸減少；從渣線往上，溫度梯度相同，而沖刷機械沖刷逐漸增大，因此出現(xiàn)圖1-b中④③的情況：耐火磚消耗逐漸減少，最終在第一層磚托與渣線之間存在圖1-b中的消耗規(guī)律。越靠近爐底，由于溫差和靜態(tài)熔體的存在，爐墻耐火磚表面掛一層較厚的固態(tài)保護層，耐火磚消耗較慢。

⑵ 爐墻徑向東南側(cè)消耗最快，北側(cè)消耗最慢。熔池逆時針旋轉(zhuǎn)，至東南側(cè)爐墻時徑向力變小，不能夠支持下一次旋動(由于堰口流動)，近似于熔體在東南側(cè)爐墻不斷沖刷；保溫?zé)炻云驏|南側(cè)，溫度偏高，最終導(dǎo)致此處消耗加快；北側(cè)是煙氣出口，煙氣作用下不斷產(chǎn)生負(fù)壓抽力，使此處溫偏低，耐火磚消耗最慢。

⑶ 第二層磚托距離爐底約8 m處，熔體噴濺掛渣保護的臨界點，也是高溫與低溫交界處，保溫?zé)烊紵c等造成此處消耗較快。而此范圍的徑向，西南側(cè)與第一層磚托以下一樣，導(dǎo)致消耗加快；而東側(cè)是下料位置，由于物料的加入，此范圍溫度相對穩(wěn)定且偏低，消耗速率比東南側(cè)稍慢。

⑷ 第二層磚托以上至爐頂，徑向受其它因素影響逐漸減少，消耗逐漸減少，總體趨勢與其它層次相同；縱向是越往爐頂，殘磚厚度逐漸變厚，即消耗逐漸減少，爐頂殘磚厚度350～400 mm，基本沒有損耗。

3.3 爐襯砌筑改造

⑴ 增加610 mm的層數(shù)(350 mm與260 mm的耐火磚交替砌筑)，由原來的39層增加到52層。

⑵ 3層鋼制磚托改為2層。

4 結(jié)語

對影響耐火磚壽命因素進(jìn)行分析，在生產(chǎn)中加強爐殼的保護，調(diào)整工藝參數(shù)，改進(jìn)工藝操作，避免溫度大幅度波動，同時對爐襯砌筑進(jìn)行改造，有效地延長了澳斯麥特熔煉爐爐壽。目前，澳斯麥特爐第三爐期已順利生產(chǎn)11個月，預(yù)計可生產(chǎn)14個月。

[1]彭容秋. 銅冶金[M]. 長沙：中南大學(xué)出版社，2005.

[2]王舒敏. 延長澳斯麥特爐爐襯壽命的生產(chǎn)實踐[J]. 中國有色冶金，2007,(4)：48-52.

[3]駱祎. 噴槍掛渣式澳斯麥特爐銅熔煉生產(chǎn)方法[P]. 中國專利：201210267520，2012- 10- 24.

PracticeofprolongingservicelifeofAusmeltsmeltingfurnace

WAN Jun, LUO Yi, ZHAO Xiang-lin

The factors influencing the service life of refractory brick of Ausmelt smelting furnace were analyzed, the measures such as strengthening the water cooling of furnace shell and adhering-slag protection, adjusting the process index, controlling the steady bath temperature and reasonable lance level, reducing the effects of pulverized coal system and spray gun system on production to decrease the sharp fluctuation of temperature, reducing the adverse effects of coking on furnace lining, etc. were adopted, the goal of prolonging service life of furnace was realized. According to the thickness of residual brick of furnace line, the furnace line consumption rule was analyzed and the masonry method of furnace line was improved.

Ausmelt furnace; furnace service life; furnace line; refractory brick

萬軍(1973—)，男，湖北黃石人，本科學(xué)歷，高級工程師，冶煉廠副廠長。

TF811； TF806

B