祥光銅業(yè)熔煉爐爆破式拆除應(yīng)用實(shí)踐

布乃祥，周 京，錢永杰，曾慶曄，曹汝俊

（陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司，山東 陽(yáng)谷 252327）

1 引言

陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“祥光銅業(yè)”）采用國(guó)外先進(jìn)的閃速熔煉、閃速吹煉、回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐火法精煉工藝，是世界上第二座采用雙閃技術(shù)的大型冶煉企業(yè)［1-2］。祥光熔煉爐自2007年投產(chǎn)以來(lái)，歷經(jīng)2011年一二期對(duì)接后各運(yùn)行周期內(nèi)熔煉爐持續(xù)保持高投料的超負(fù)荷生產(chǎn)，尤其是二期對(duì)接后平均每年精礦處理量超過(guò)160萬(wàn)t。雖然經(jīng)過(guò)2次冷修挖補(bǔ)，但在爐底工作層不檢修的情況下，爐體安全方面仍然存在局部補(bǔ)償無(wú)法解決的問(wèn)題，必須進(jìn)行大規(guī)模的拆除及重砌工作，才能保證熔煉爐的長(zhǎng)期穩(wěn)定的安全運(yùn)行。因此祥光銅業(yè)定于2019年4月開展自投產(chǎn)以來(lái)檢修工期最長(zhǎng)、規(guī)模最大的一次冷修工作，對(duì)熔煉爐進(jìn)行整體翻新。

2 熔煉爐運(yùn)行存在問(wèn)題

自一二期對(duì)接后，陽(yáng)極銅產(chǎn)量由年產(chǎn)20萬(wàn)t提高至年產(chǎn)45萬(wàn)t［3］，這就需要熔煉爐進(jìn)入高投料量、高作業(yè)率、高富氧濃度、高負(fù)荷的“四高”［4］作業(yè)狀態(tài)。長(zhǎng)期穩(wěn)定的高負(fù)荷作業(yè)，造成反應(yīng)塔的熱負(fù)荷遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，反應(yīng)塔下部水套及塔壁鋼殼受高溫侵蝕嚴(yán)重，反應(yīng)塔出現(xiàn)明顯發(fā)紅現(xiàn)象，只能通風(fēng)強(qiáng)制冷卻，存在極大安全隱患。熔煉爐底經(jīng)過(guò)幾次水套漏水事故后，導(dǎo)致沉淀池工作層和耐久層大量耐火磚出現(xiàn)膨脹，高溫熔體滲透到耐火磚中，造成爐體膨脹不均勻。沉淀池的豎直水套也出現(xiàn)幾處較大縫隙（如圖1所示）最大縫隙達(dá)到3cm，爐體鋼殼變形，水套溫度上漲明顯。同時(shí)受高溫?zé)煔獾臎_刷影響，上升煙道的耐火磚沖刷消耗嚴(yán)重，鋼殼大面積發(fā)紅，局部出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象。為確保生產(chǎn)順利和爐體安全，熔煉爐冷修重砌勢(shì)在必行。

圖1 熔煉爐水套位移情況

3 熔煉爐冷修拆除的難點(diǎn)

閃速熔煉爐的渣型為硅酸鹽爐渣［5］。由于硅酸鹽渣對(duì)Fe3O4的溶解度有限，因此在熔煉爐內(nèi)長(zhǎng)期存在爐底結(jié)，主要成分為Fe3O4，正常生產(chǎn)期間熔煉爐的爐底結(jié)長(zhǎng)期穩(wěn)定在200~300mm左右，該爐底結(jié)質(zhì)地硬、熔點(diǎn)高，部分還滲透在爐底磚內(nèi)。爐底結(jié)的存在對(duì)熔煉爐爐底磚的拆除造成難以預(yù)估的影響，拆除難度和拆除工期都難以把控。行業(yè)內(nèi)熔煉爐冷修前都會(huì)進(jìn)行一定時(shí)間的洗爐作業(yè)以盡可能降低熔煉爐爐底結(jié)。2019年祥光銅業(yè)冷修洗爐周期為1個(gè)月（3月1日至4月1日），表1為各階段參數(shù)的目標(biāo)值。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)1個(gè)月的洗爐計(jì)劃的實(shí)施，對(duì)熔煉爐底的15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行爐結(jié)跟蹤，均呈明顯的下降趨勢(shì)，圖2中所示為檢尺孔、2A、2B、3#、3A、3B檢測(cè)點(diǎn)的爐結(jié)變化趨勢(shì)，縱坐標(biāo)為爐結(jié)，單位mm，橫坐標(biāo)為時(shí)間。

圖2 2019年3月熔煉爐爐結(jié)變化趨勢(shì)

表1 2019年熔煉爐冷修前洗爐階段的參數(shù)調(diào)整

4 爆破式拆爐技術(shù)方案的確定

熔煉爐本次冷修對(duì)于提高爐體壽命和今后的穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的意義。為了確保安全和檢修質(zhì)量，祥光銅業(yè)的技術(shù)人員提前1年對(duì)國(guó)內(nèi)同行業(yè)進(jìn)行考察交流，并專赴美國(guó)猶他州肯尼科特猶他銅業(yè)冶煉廠進(jìn)行考察學(xué)習(xí)。結(jié)合湖南南嶺民爆工程有限公司在熱態(tài)作業(yè)下對(duì)閃速爐上升煙道的成功爆破的案例［6］，同時(shí)出于爐底結(jié)及無(wú)排干口的考慮，祥光銅業(yè)與湖南中人爆破工程有限公司有著長(zhǎng)期的合作歷史，曾多次合作采用爆破技術(shù)對(duì)上升煙道粘結(jié)進(jìn)行清除。通過(guò)深入的技術(shù)溝通，最終確定采用對(duì)熔煉爐進(jìn)行爆破技術(shù)拆除方案，在祥光銅業(yè)冷修的歷史中首次引入了爐底爆破拆除方案。

4.1 爆破式拆爐的準(zhǔn)備工作

熔煉爐是銅冶煉的核心設(shè)備，在其爐內(nèi)對(duì)爐結(jié)實(shí)施爆破屬于特種爆破，危險(xiǎn)系數(shù)大、技術(shù)要求高，因此必須要有科學(xué)的設(shè)計(jì)和嚴(yán)密的組織，才能保證爆破施工的安全進(jìn)行。較為有利的是因爐內(nèi)爐體密封性好，在爐內(nèi)對(duì)爐底結(jié)實(shí)施爆破拆除時(shí)產(chǎn)生爆破飛濺的有害效應(yīng)較小，對(duì)爐外人員損傷較小。但又因爐體處于懸空狀態(tài)，必須要嚴(yán)格控制好爆破使用的炸藥量，確保不因爆破振動(dòng)過(guò)大，而對(duì)爐體產(chǎn)生有害影響。

自2011年熔煉爐開始引入爆破技術(shù)對(duì)上升煙道粘接進(jìn)行爆破清除以來(lái)，積累了豐富的爆破清除經(jīng)驗(yàn)，也深知爆破孔的位置及成孔速度是決定爆破成敗及工期的關(guān)鍵，因此自確定爆破拆爐方案以后就開始積極準(zhǔn)備。就鉆孔機(jī)的選型先后到達(dá)菏澤、淄博等地多次進(jìn)行考察和試驗(yàn)，最終選定了ZY-750型煤礦用全液壓鉆機(jī)。鉆機(jī)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，組織施工單位進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)1個(gè)月的鉆孔機(jī)操作練習(xí)。在練習(xí)過(guò)程中使用鎂硌磚模擬爐內(nèi)的狀況進(jìn)行鉆孔試驗(yàn)（如圖3），確保施工過(guò)程中人員操作熟練，保障施工進(jìn)度。同時(shí)與爆破公司就爐內(nèi)爆破環(huán)境及爆破量進(jìn)行了多次深入交流，明確了爆破期間對(duì)于爐底鋼梁及爐體周圍施工的保護(hù)措施。

圖3 鉆孔機(jī)鉆孔試驗(yàn)

本方案的鉆孔作業(yè)由專門的鉆孔小組進(jìn)行，形成70~80mm左右規(guī)格的炮孔。按照炮孔標(biāo)定-鉆孔-冷卻-裝藥作業(yè)-起爆網(wǎng)路敷設(shè)及起爆-的施工步驟進(jìn)行。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員配合落實(shí)好爆破公司在爆破施工過(guò)程中的安全措施并制定《陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司爐結(jié)爆破施工安全事故應(yīng)急處理預(yù)案》。

4.2 爆破式拆爐技術(shù)方案的實(shí)施

4月3日熔煉爐停爐后，共耗費(fèi)約5h完成爐內(nèi)熔體的排放，排放結(jié)束時(shí)爐結(jié)為440mm（含原始爐結(jié)）。排放結(jié)束后熄滅爐內(nèi)所有燒嘴，同時(shí)由施工單位從沉淀池南北側(cè)墻豎直水套正下方的鋼殼自西向東開孔（100mm*100mm），4h后開始鉆孔（孔徑80mm，孔深4m）。因考慮爐內(nèi)溫度仍然偏高，第一個(gè)鉆孔采用壓縮空氣冷卻鉆孔。鉆孔過(guò)程中使用熱成像儀對(duì)孔內(nèi)耐火磚溫度進(jìn)行測(cè)量，避免出現(xiàn)熔體泄漏現(xiàn)象，約30min成孔1m左右，測(cè)量孔內(nèi)耐火磚溫度約400℃，使用壓縮空氣進(jìn)行適當(dāng)冷卻。由于成孔速度較慢，后續(xù)采用水/氣霧鉆，并在鉆孔過(guò)程中逐步增加水量。最終約4h完成第一個(gè)爆破孔的鉆孔，孔深3750mm，后續(xù)4臺(tái)鉆孔機(jī)全面展開鉆孔作業(yè)（全水鉆）（如圖5）。

圖5 熔煉沉淀池鉆孔

鉆孔作業(yè)期間，同時(shí)開展側(cè)墻拆除作業(yè)，分別在沉淀池南墻西側(cè)SLV03/04/05/06（通道一），沉淀池東墻4#渣口嵌入水套及SUV12/13（通道二），沉淀池北墻5#燒嘴東側(cè)SBV22/23/24（通道三）。當(dāng)水套拆除后，使用挖掘機(jī)配合人工對(duì)通道處耐火磚進(jìn)行拆除，由于從爐體外側(cè)拆除豎直水套及水平水套較困難（水平水套長(zhǎng)度在1.8m左右，每個(gè)通道需要拆除3層*2塊水平水套，水套中間耐火磚及爐渣清理困難），為確保施工進(jìn)度在沉淀池南側(cè)中部SLV26/27/28額外增加一個(gè)通道四（此處大修期間計(jì)劃新增一個(gè)銅口）（出磚通道一、二、三、四如圖4所示）。

根據(jù)鉆孔進(jìn)度，4月3日早上7:00爆破公司從沉淀池南北側(cè)墻自西向東開始試爆。根據(jù)爆破結(jié)果及成孔速度，采取集中鉆孔，間歇性爆破（規(guī)避爐體作業(yè)人員）的形式進(jìn)行。4月4日完成沉淀池底的爆破后（如圖6），利用破碎機(jī)對(duì)四個(gè)通道耐火磚進(jìn)行拆除，人工配合，清理出具備破碎機(jī)，裝載機(jī)進(jìn)出入通道的條件。整體施工過(guò)程中，通過(guò)打渣機(jī)及挖掘機(jī)從4個(gè)通道從外向內(nèi)逐步拆除（如圖7）。拆除過(guò)程中遇到較大或者較硬的大塊粘接時(shí)，再輔以人工鉆孔爆破的方式進(jìn)行二次爆破。通過(guò)沉淀池的四個(gè)通道開始向爐內(nèi)進(jìn)行清理，同時(shí)展開上升煙道筒體磚及吊掛磚的拆除及清理工作。從熔煉爐開始鉆孔到爐內(nèi)所有耐火材料、爐渣徹底清理完畢共耗時(shí)10天，為爐體砌筑爭(zhēng)取了更多寶貴時(shí)間。

圖6 熔煉爐爆破后爐內(nèi)情況

圖7 熔煉爐爆破后清理

5 結(jié)論

祥光銅業(yè)采用的爆破式拆爐技術(shù)方案，使熔煉爐的檢修工期大大縮短，拆爐作業(yè)進(jìn)展順利，熔煉爐從拆除到重新砌筑具備點(diǎn)火烘爐條件，僅用了35天的時(shí)間，這在國(guó)內(nèi)尚屬首例。爆破式拆爐技術(shù)的成功運(yùn)用不僅夯實(shí)了祥光銅業(yè)的拆爐的技術(shù)基礎(chǔ)，同時(shí)也為其他銅冶煉廠的拆爐技術(shù)提供良好的借鑒。