傾動(dòng)爐自動(dòng)搖爐及氧化摻氮的應(yīng)用

楊 勇

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

傾動(dòng)爐氧化角度為15～16°氧化，由于傾動(dòng)爐使用的耐火磚是鎂鉻磚，對(duì)酸性渣抵抗力弱。隨著爐內(nèi)溫度的升高，氧化渣越來(lái)越稀，更容易滲入耐火磚的磚縫中，侵蝕加劇，而1號(hào)風(fēng)管離燃燒器最近，溫度最高，燒嘴側(cè)渣線區(qū)耐火磚更容易侵蝕。因此利用自動(dòng)搖爐改變耐火磚渣線區(qū)的分布范圍，同時(shí)利用氮?dú)庾鳛橐环N惰性氣體，它能夠攪拌熔體，均勻傳質(zhì)傳熱這一作用，開(kāi)始將離燒嘴側(cè)最近的1號(hào)風(fēng)管氧化摻氮。

2 傾動(dòng)爐本體結(jié)構(gòu)及氧化原理

2.1 本體結(jié)構(gòu)

傾動(dòng)爐的公稱能力［1］為液態(tài)銅水350 t，熔池長(zhǎng)11962 mm，熔池寬5000 mm，熔池深950 mm,澆鑄側(cè)傾轉(zhuǎn)最大角度28.5°，加料側(cè)傾轉(zhuǎn)最大角度10°。爐子的端墻上有2個(gè)重油燒咀，對(duì)應(yīng)端墻上有爐子煙氣的出口煙道，爐子在長(zhǎng)為8400 mm的2個(gè)徑向軌道上傾動(dòng)。爐體由帶有14個(gè)滾柱的導(dǎo)軌支撐。導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)軌底座，滾柱軸承，滾柱固定器。依靠2個(gè)液壓油缸以0～10 mm/s設(shè)定的速度驅(qū)動(dòng)。爐子的驅(qū)動(dòng)由2個(gè)液壓油缸完成，液壓油缸安裝在底部混泥土基礎(chǔ)上，定位爐子的轉(zhuǎn)向。爐子加料側(cè)，有2個(gè)加料口和1個(gè)排渣口，精煉側(cè)有氧化還原風(fēng)口12個(gè)，6用6備，風(fēng)口與水平方向的夾角為19°，精煉側(cè)有出銅口1個(gè)，在爐子中央，出銅口與水平方向的夾角為25°，精煉時(shí)風(fēng)管埋入液面深度約500 mm，爐內(nèi)風(fēng)管的露頭≥20 mm。燒嘴側(cè)有油槍2根，油槍與水平面的夾角為17°。

2.2 氧化精煉原理

傾動(dòng)爐氧化精煉的基本原理在于銅水中多數(shù)雜質(zhì)對(duì)氧的親和力都大于銅對(duì)氧的親和力，且雜質(zhì)氧化物在銅中的溶解度很小。在空氣鼓入銅熔體時(shí)，雜質(zhì)便優(yōu)先氧化被除去。但銅是粗銅的主體，雜質(zhì)濃度較低。根據(jù)質(zhì)量作用定律，首先氧化的是銅：

生成的Cu2O立即溶于銅液中，在與雜質(zhì)接觸的情況下將雜質(zhì)氧化：

3 傾動(dòng)爐耐火材料及抗渣性

3.1 耐火材料

傾動(dòng)爐耐火材料內(nèi)層主要采用鎂鉻磚，外層采用高鋁質(zhì)耐火磚作永久層。爐子內(nèi)層易損耗處，采用兩種質(zhì)量不同的耐火磚，以平衡爐內(nèi)襯的損耗。在渣線區(qū)、爐頂、爐壁、爐底和沉渣室進(jìn)煙口爐墻易損傷部位，采用質(zhì)量較好的電熔半再結(jié)晶鎂鉻磚。傾動(dòng)爐耐火材料成分及理化指標(biāo)如表1所示。

表1 傾動(dòng)爐耐火材料成分及理化指標(biāo)

3.2 抗渣性

耐火材料在高溫下抵抗熔渣侵蝕的能力，稱為抗渣性。熔渣侵蝕耐火材料的主要原因是高溫下熔渣與耐火材料起化學(xué)反應(yīng)［2-3］，生成易熔化合物，在高溫下從耐火材料表面熔融下來(lái)，因而使耐火材料由表及里一層層被侵蝕。隨著爐內(nèi)溫度的升高，熔渣粘度顯著降低，流動(dòng)性增加，更容易滲入耐火材料的氣孔及磚縫中，反應(yīng)接觸面增加、侵蝕加劇。此外，熔渣與耐火材料的物理溶解和機(jī)械沖刷，也隨溫度的升高而加劇。所以，爐內(nèi)溫度是影響耐火材料抗渣性的重要因素。

4 耐火磚侵蝕原因

4.1 耐火磚侵蝕分布不均

傾動(dòng)爐固定在15～16°度氧化，造成精煉側(cè)爐墻耐火磚厚度不均，耐火磚侵蝕很深（如圖1所示），最薄的爐磚只有300mm左右，厚的地方就有400mm左右，一旦風(fēng)管處理不好，風(fēng)眼稍大了一點(diǎn)，還原后期風(fēng)口區(qū)就特別容易發(fā)生高溫銅水滲漏，耽誤作業(yè)時(shí)間，更容易危及設(shè)備和作業(yè)人員的安全。

圖1 傾動(dòng)爐精煉側(cè)耐火磚

4.2 爐內(nèi)溫度分布不均

由于爐內(nèi)溫度分布不均勻，離燃燒器近區(qū)域溫度高，離燃燒器遠(yuǎn)的區(qū)域溫度低。6號(hào)風(fēng)管離燃燒器最遠(yuǎn)，爐氣溫度最低，渣型來(lái)的最遲。1號(hào)風(fēng)管離燃燒器最近，此區(qū)域爐氣溫度最高，渣型來(lái)的最快，渣侵蝕端墻時(shí)間最長(zhǎng)，從而加速了酸性渣對(duì)耐火磚的侵蝕。傾動(dòng)爐生產(chǎn)期間是不小修的，一次性大修傾動(dòng)爐平均爐齡約為370爐。每當(dāng)生產(chǎn)至300爐左右，燒嘴側(cè)耐火磚就有可能侵蝕很深，甚至臨近大修時(shí)會(huì)形成黑洞（如圖2所示），最薄的耐火磚僅有260 mm。為了保證生產(chǎn)，延長(zhǎng)爐窯壽命，筑爐人員每隔9天就需要對(duì)此渣線區(qū)進(jìn)行噴補(bǔ)一次［4］，讓其表面形成100mm的耐火料，每次噴補(bǔ)時(shí)間至少要30min，需要噴補(bǔ)人員8人，噴補(bǔ)料約1 t。

圖2 燒嘴側(cè)耐火磚

5 改進(jìn)措施

5.1 自動(dòng)搖爐

基于爐內(nèi)耐火磚侵蝕分布不均，開(kāi)始攻關(guān)氧化自動(dòng)搖爐，使氧化造渣爐體不停留在固定角度，而是在設(shè)定的角度范圍內(nèi)變化。為了不影響氧化造渣的效果，經(jīng)摸索與實(shí)踐，最終確認(rèn)自動(dòng)搖爐條件［5］：正常氧化操作條件不變，但DCS上要執(zhí)行自動(dòng)搖爐程序就必須使?fàn)t體氧化傾轉(zhuǎn)角度≥16°，并且規(guī)定了自動(dòng)搖爐的設(shè)置參數(shù)（搖爐最小角度設(shè)定范圍是8～12°，搖爐最大角度設(shè)定是15～17°，搖爐在最小角度停留時(shí)間設(shè)定是1～15 min，每隔15 min執(zhí)行1次自動(dòng)搖爐）。

5.2 氧化摻氮

由于爐內(nèi)溫度分布不均勻，為避免燒嘴側(cè)爐內(nèi)溫度上升過(guò)快，決定離燒嘴側(cè)近的1號(hào)風(fēng)管不使用雜用風(fēng)氧化，改成使用氮?dú)鈹嚢瑁?］。利用現(xiàn)有的氧化管道，在1號(hào)風(fēng)管自動(dòng)控制閥組下方，手動(dòng)閥上方增加1組能自動(dòng)控制的氮?dú)夤苈罚ㄈ鐖D3所示）。氧化前，需要把原來(lái)現(xiàn)場(chǎng)的1號(hào)風(fēng)管雜用風(fēng)手動(dòng)閥關(guān)閉，氮?dú)馐謩?dòng)閥打開(kāi)。操作時(shí)把傾動(dòng)爐DCS上相關(guān)氧化所有的氣動(dòng)閥調(diào)到自動(dòng)，選擇氧化摻氮信號(hào)。然后點(diǎn)擊氧化開(kāi)始信號(hào)就可以了，非常便捷。通過(guò)對(duì)氧化摻氮不斷的摸索調(diào)整，最終確認(rèn)1號(hào)風(fēng)管摻氮200m3/h，摻氮太少容易堵風(fēng)管，起不到攪拌銅水的作用，摻氮太大風(fēng)管區(qū)域爐墻容易結(jié)瘤。當(dāng)爐子搖至零位倒渣時(shí)，只要在DCS上點(diǎn)氧化結(jié)束信號(hào)，程序自動(dòng)關(guān)閉雜用風(fēng)。

圖3 改進(jìn)后傾動(dòng)爐氧化摻氮

6 效果檢查

6.1 耐火磚厚度

通過(guò)氧化摻氮和自動(dòng)搖爐，燒嘴側(cè)和精煉側(cè)耐火磚沒(méi)有明顯很深的渣線，渣線分布均勻，精煉側(cè)和燒嘴側(cè)耐火磚厚度［7］如表2所示。

表2 精煉側(cè)和燒嘴耐火磚厚度

6.2 爐壽命

改進(jìn)后直到大修，筑爐人員也沒(méi)有噴補(bǔ)過(guò)爐子。杜絕了爐子后期還原高溫銅水滲漏的現(xiàn)象，消除了安全隱患，提高了爐子的作業(yè)效率，延長(zhǎng)了爐子的使用壽命，節(jié)約了筑爐人員噴補(bǔ)澆鑄料的成本。爐壽命對(duì)比如表3所示。

表3 爐壽命對(duì)比

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)精煉側(cè)、燒嘴側(cè)爐墻耐火磚侵蝕的分析得知，耐火磚侵蝕分布不均和爐內(nèi)溫度分布不均是耐火磚損耗失效的主要原因。通過(guò)氧化摻氮降低氧化溫度以及定時(shí)搖爐可以減緩酸性渣對(duì)鎂鉻磚的侵蝕。

傾動(dòng)爐每個(gè)生產(chǎn)周期后期，燒嘴側(cè)渣線區(qū)耐火磚還是會(huì)形成黑洞，因此操作人員在這個(gè)階段必須加強(qiáng)爐體耐火材料點(diǎn)檢，避免高溫銅水的泄漏。