提高固定式陽極爐爐齡技術(shù)探討

劉 科

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

提高固定式陽極爐爐齡技術(shù)探討

劉 科

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

通過對貴冶固定式陽極爐爐體耐火材料結(jié)構(gòu)的研究，結(jié)合近年生產(chǎn)實踐，應(yīng)用新工藝、新方法對爐頂、煙道的磚型和吊掛件進行改進，采取更合理的砌筑方式和更科學的爐況管理，延長固定式陽極爐壽命。

固定式陽極爐；楔形；吊掛；應(yīng)力；拱頂

1 引言

貴溪冶煉廠傾動爐車間的固定式陽極爐［1］主要采用粗雜銅原料生產(chǎn)陽極銅。4臺固定式陽極爐于2007年投產(chǎn)，爐處理能力為液態(tài)銅水118t/d，熔池面積23.35m2、深650mm；由耐火磚和金屬骨架組成，爐體的結(jié)構(gòu)分為爐底、爐墻和吊掛爐頂［2］。固定式陽極爐雜銅精煉是當今成熟的冶煉工藝， 然而制約固定式陽極爐爐齡的爐頂、煙道、爐門區(qū)等耐火磚在生產(chǎn)過程中受熱應(yīng)力、機械力、化學侵蝕的作用，容易發(fā)生暴磚、掉磚現(xiàn)象，尤其是爐頂磚上拱變形易致拱頂坍塌事故，嚴重威脅生產(chǎn)安全。

2014年傾動爐車間固定式陽極爐爐齡廠控指標為336爐次，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，為了提高爐齡，技術(shù)人員從爐本體結(jié)構(gòu)、爐磚砌筑方式、膨脹系數(shù)的確定、爐磚型號的選擇等方面著手，解決了在生產(chǎn)過程中遇到的爐頂開裂、端墻垮塌、拱頂斷裂、爐門下沿磚體脫落等影響反射爐爐齡的瓶頸問題。

2 提高爐齡措施

2.1 吊掛爐頂

2.1.1 爐頂?shù)膬?yōu)點及缺點

吊掛式爐頂采用楔形鎂鉻磚砌筑［3］，砌筑時通過連接固定銷插入磚孔將爐磚固定，再利用金屬掛鉤懸掛至爐頂橫梁。吊掛爐頂?shù)膬?yōu)點是：能降低爐頂拱高度，可減輕爐墻的壓力，使爐頂砌筑簡化；內(nèi)表面形成光滑的弧面，有利于熱量及火焰輻射傳向熔池中心，強化爐氣對爐料的傳熱，從而提高熱利用率。缺點是：爐磚強度不高，爐頂?shù)鯍旒荒鼙ＷC爐磚不受重力影響掉落，卻不能阻止爐磚上拱，日常生產(chǎn)過程中，爐磚長期在熱應(yīng)力、機械力、化學腐蝕的作用下容易上拱變形，爐頂開始躥火，燒損耐火磚吊掛件及爐體鋼梁，當拱頂變形至耐火磚相互之間的應(yīng)力不能承受拱頂重量時，拱頂開始掉磚，甚至引起坍塌事故導(dǎo)致停爐檢修，嚴重影響爐壽命。此外，拱頂變形導(dǎo)致內(nèi)表面弧面不規(guī)則，嚴重影響熱輻射，熱利用率降低，增加噸銅重油單耗，增加生產(chǎn)成本。

2.1.2 爐頂磚和吊掛件改進

2013年，傾動爐車間通過多方合作，改進了爐頂磚型號和吊掛方式（見圖1、圖2），新型爐磚通過固定掛架頂部螺孔安裝固定拉桿，拉桿另一頭通過螺母固定在爐頂橫梁上，通過螺母可調(diào)節(jié)整體掛件對拱頂應(yīng)力。新的吊掛結(jié)構(gòu)比改進前的掛鉤拉桿強度更高，不易高溫燒損變形［4］。不僅能夠保持爐磚不松動掉落，還能夠很好的抑制拱頂上拱變形。由于拱頂內(nèi)表面長期保持光滑的弧面，熱利用率高。

圖1 吊掛施工圖

圖2 現(xiàn)場吊掛

2.2 爐門下沿改進

門檻磚由于生產(chǎn)過程中受驟冷驟熱和清理粘結(jié)冷銅［5］機械力的影響，易造成磚體脫落，導(dǎo)致門檻漏銅事故發(fā)生，嚴重制約安全生產(chǎn)。將門檻磚由原來的380×225×75mm改為610×225×75mm，增加爐磚咬合力，有效延長門檻磚的使用壽命；同時，在爐門下沿新增錐形鋼結(jié)構(gòu)，椎體內(nèi)部灌注高強度耐火料，增加門檻厚度，保護耐火磚不易損壞。

此外，固定式陽極爐爐門鋪制方式也會間接影響到爐壽命，主要從鋪制質(zhì)量要求入手徹底解決加料機清理爐門粘結(jié)冷銅過程中對爐磚的機械應(yīng)力所造成的爐磚損耗，主要制作要求見圖3：

圖3 爐門耐火料鋪制

2.3 煙道承重拱的改進

2.4 爐底砌磚的優(yōu)化

煙道拱頂磚由原來的380×150×97/90mm，改為380×150×98/90mm、380×225×98/90mm兩種磚型，新改磚型在砌筑過程中交叉砌筑［6］，使整個沉重拱能有效形成一體，防止單環(huán)爐磚出現(xiàn)掉磚和坍塌的現(xiàn)象，為煙道提供長期穩(wěn)定的支撐力。

固定式陽極爐爐底工作層耐火磚設(shè)計使用壽命為3~5年，日常生產(chǎn)中不便點檢，曾出現(xiàn)過爐底漏銅事故。為了杜絕此類事故的發(fā)生，不但將原工作層的耐火磚材質(zhì)由半再結(jié)合鎂鉻磚改為再結(jié)合鎂鉻磚，還在底部均布了3個測溫點，通過DCS實現(xiàn)在線監(jiān)控［7］，更有效的掌控爐底爐況變化。此外，在爐修時對爐底磚局部拆除工作層，實際測量各部位耐火磚損耗情況，有利于爐況維護。

2.5 砌筑方式

（1）為避免爐頂磚體升溫膨脹所產(chǎn)生的端墻擠壓應(yīng)力，造成爐頂上拱等現(xiàn)象的發(fā)生，通過對爐頂磚的長度及膨脹系數(shù)計算，在爐修過程中在爐體東西方向新老磚交口處各放置2塊1.5cm的保溫棉，更換的爐頂磚每7環(huán)放置一1.5cm保溫棉，南北方向每5塊磚放置一膨脹鐵皮，保證每環(huán)至少放置6塊膨脹鐵皮。新爐頂砌筑東西方向放置10塊保溫棉，南北方向放置8塊膨脹鐵皮［8］。

（2）端墻砌筑：南端墻砌筑過程中做到至少3個點與保溫磚進行銜接，其它端墻部位至少有一個點與保溫磚銜接，使保溫磚與工作層有效形成整體。端墻砌筑要求每3塊鉻鎂磚放置一3mm膨脹紙。

注：以上膨脹縫的預(yù)留根據(jù)鎂鉻磚的膨脹系數(shù)進行計算得出，充分考慮爐磚在砌筑上的方便操作，對砌筑方式進行以上改變。

2.6 日常爐況管理

固定式陽極爐爐況日常維護管理主要從日常加料控制，氧化還原控制，澆鑄控制等方面入手［9］。加料期制定標桿，防止物料的超高加入；對燃燒系統(tǒng)進行有效管理，制定各周期燃油標準，根據(jù)澆鑄銅水溫度對澆鑄期油量的控制，有效的提高燃油效率并降低爐磚的熱負荷，提高爐磚使用壽命。

3 實施效果

（1）爐頂改進后，未發(fā)生因爐頂上拱變形導(dǎo)致掉磚和坍塌的現(xiàn)象。

（2）爐門下沿和爐底的改進、維護，解決了漏銅安全隱患，也延長了使用壽命。

（3）在2013年年底及2014年年初對固定式陽極爐進行技術(shù)改造結(jié)束，各爐爐況運行穩(wěn)定、高效，4號爐爐齡創(chuàng)下歷史最好水平，達到390爐次。

表1 2011年-2014年固定式陽極爐平均爐齡表

4 結(jié)語

貴冶傾動爐車間從2013年年底至2014年年初先后對四臺固定式陽極爐進行技術(shù)改造和應(yīng)用，爐況持續(xù)高效、穩(wěn)定運行，爐齡有望刷新歷史記錄。與同行業(yè)相比，貴冶固定式陽極爐爐齡指標已經(jīng)遙遙領(lǐng)先［10］。

通過項目的應(yīng)用，提高了固定式陽極爐的裝備水平，延長了爐壽命，每年減少爐修次數(shù)0.5次以上，降低了生產(chǎn)成本。

［1］朱祖澤, 賀家齊. 現(xiàn)代同冶金學. 北京:科學出版社, 2003:460-466.

［2］顏志剛, 李剛. 固定式精煉爐的改進. 銅業(yè)工程, 2013(3):57.

［3］陳長順. 聯(lián)合銅業(yè)公司銅火法精煉生產(chǎn)實踐[A]. //中國有色金屬學會第六屆學術(shù)年會論文集[C]. 中國有色金屬學會, 2005:5.

［4］陳長順. 銅火法精煉生產(chǎn)實踐[J]. 有色金屬工業(yè), 2005(3):60-61.

［5］龔曉虹, 李衡. 銅火法精煉爐述評[J]. 有色冶金設(shè)計與研究, 1995(4):28-36.

［6］王建鋒, 陳雯, 沈強華. 回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉渣物化性能分析[J]. 南方金屬, 2006(5):16-18.

［7］ 張建坤, 王勇, 楊小琴, 等. 銅回轉(zhuǎn)式陽極爐燃煤工藝技術(shù)的探討[J]. 中國有色冶金, 2005(5):48-52.

［8］熊振昆, 張建坤, 史興華. 350t燃煤回轉(zhuǎn)式陽極爐的生產(chǎn)實踐[J]. 中國有色冶金, 2007(5):36-40.

［9］張偉旗, 童想勝. 回轉(zhuǎn)式陽極爐常見故障診斷與處理的探討[J]. 中國有色冶金, 2011(6):45-48.

［10］黃文華. 回轉(zhuǎn)式陽極精煉爐耐火材料的選定及設(shè)計[J]. 有色冶金節(jié)能, 2002(1):5-7.

Discussion on Technology of Improve the Fixed Anode Furnace Life

LIU Ke
（Guixi Smelter of Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

Through studying the fixed anode furnace body refractory material of Guixi Smelter, combined with the production practice in recent years, the furnace roof, type of flue brick and hangers are improved with the new technology and methods, and take a more reasonable masonry way and more scientific furnace condition management has been applied, to extend the fixed anode furnace service life of the refractory bricks.

fixed anode furnace；wedge；suspension；stress；vault

TF806

B

1009-3842（2015）05-0043-03

2015-07-03

劉科（1976-），男，江西貴溪人，工程師，主要從事銅冶煉技術(shù)工作。E-mail:18881478@qq.com