張宇云，李來剛，趙 璧，葸 軍

（1.涼山礦業(yè)股份有限公司，四川 會理 615141；2.云南途賽工程建設有限公司，云南 昆明 650000）

目前，世界上約有80%的銅锍吹煉是在P-S轉(zhuǎn)爐中完成的[1]。轉(zhuǎn)爐爐體中部設有爐口，銅锍、熔劑和含銅冷料等原輔料分批通過爐口加入爐內(nèi)，壓縮空氣或富氧空氣通過爐體一側(cè)沿水平方向的一排風口鼓入，與銅锍溶劑等進行吹煉反應，以得到產(chǎn)品粗銅。

目前的轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯主要使用鎂鉻質(zhì)耐火材料進行砌筑[2]。轉(zhuǎn)爐爐口砌筑是結構強度最薄弱的部位，特別是爐口與爐身交接處，形狀復雜，加工量大，磚縫多而難以掌握[3]，爐口又是大多數(shù)原輔料（銅锍、冷料、熔劑等）和全部反應產(chǎn)物（爐渣、粗銅、高溫煙氣等）進出的唯一門戶，工藝操作和溫度變化頻繁。因此爐口是轉(zhuǎn)爐的重大薄弱點，爐口的使用壽命成為影響轉(zhuǎn)爐整體爐壽的短板。

1 現(xiàn)狀及存在的問題

本廠有3臺P-S轉(zhuǎn)爐，服役過程中常發(fā)生側(cè)爐口掉磚，側(cè)爐口內(nèi)圈爆磚及燒損嚴重等問題，造成轉(zhuǎn)爐意外停爐，總體爐壽低，通常不發(fā)生掉磚的情況下，爐壽約為120爐次（主要因為爐口磚爆磚或燒損嚴重），甚至會在30-60爐次就發(fā)生爐口磚掉落發(fā)生意外停爐的情況。

經(jīng)分析，轉(zhuǎn)爐內(nèi)反應劇烈，在吹煉過程中，會產(chǎn)生大量的熔渣噴濺粘結到爐口上，需頻繁對爐口進行清理，清理過程中爐口對爐口耐火磚造成較大的機械沖擊力，是爐口發(fā)生掉磚的主要因素。

清理爐口、加冷料時對側(cè)爐口磚形成的機械沖擊力巨大，機械沖擊力超過側(cè)爐口磚的耐受力的極限，就會發(fā)生爐磚滑移或掉落。

對側(cè)爐口磚進行砌筑結構分析，側(cè)爐口目前的砌筑結構見圖1,圖2，側(cè)爐口使用直型磚（45/B）砌筑。

圖1 爐口砌筑內(nèi)視圖

圖2 側(cè)爐口砌筑圖（A向視圖）

在進行爐口結渣清理時，側(cè)爐口磚受到較大的機械沖擊力，對圖1、圖2中耐受力薄弱的內(nèi)環(huán)側(cè)爐口磚X（45/B磚型）進行受力分析，如圖3所示。

根據(jù)受力分析示意圖可知，X磚（45/B磚型）為直型磚，在服役過程中，由于熱端膨脹量略大于冷端，熱端厚度略大于冷端，X磚實際上變成了一塊外口大，內(nèi)口小的楔形磚。上下方相鄰的爐磚對X的壓力有將爐磚向爐內(nèi)方向推的力學分量，在進行爐口清理時，爐口機沖擊力F與上下爐磚壓力的分量合力大于爐磚受到的最大靜摩擦力時，該磚將會發(fā)生向熱端（爐內(nèi)）方向的位移，直至脫出掉落。

如果側(cè)爐口磚發(fā)生部分掉落，圖1中所示的上下爐口磚520/B失去側(cè)爐口磚的壓力作用，也可能逐漸掉落，最后造成爐口大面積掉磚，發(fā)生漏銅。

圖3 X磚（45/B）在受到爐口機沖擊時受力分析示意圖

2 改進設計

通過目前側(cè)爐口磚砌筑方式下的力學結構分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐側(cè)爐口發(fā)生掉磚的主要原因為側(cè)爐口直型磚砌筑的結構強度弱，抵抗機械沖擊的耐受力不足。

為提高轉(zhuǎn)爐側(cè)爐口抵抗機械沖擊的耐受力，借鑒爐身楔形磚砌筑的穩(wěn)固性高的特點，計劃對側(cè)爐口內(nèi)圈使用楔形磚替代直型磚進行砌筑，同時考慮內(nèi)圈磚與爐身錯縫砌筑形成整體，進一步加強其穩(wěn)固性的需求，選用爐身砌筑使用的C1和C2磚型進行側(cè)爐口內(nèi)圈的砌筑，改進后的砌筑結構見圖4,圖5。

圖4 改進的爐口砌筑內(nèi)視圖

圖5 改進的側(cè)爐口砌筑圖（A向視圖）

改用楔形磚砌筑側(cè)爐口內(nèi)圈后，清理爐口結渣過程中對圖4、圖5中的Y磚（C1、C2磚型）進行受力分析如圖6所示。

根據(jù)圖6受力分析示意圖可知，Y磚（C1、C2磚型）為楔形磚，在服役過程中，雖然冷端及熱端存在膨脹差，但膨脹后熱端厚度仍然小于冷端，上下相鄰的爐磚對其壓力有將之向鋼板方向推的力學分量，在進行爐口清理時，僅有爐口機沖擊力F是將Y磚向爐內(nèi)方向推的作用力，而上下相鄰爐磚壓力和靜摩擦力在水平方向的力學分量均是該磚滑出的阻力，而且上下爐磚產(chǎn)生的壓力和摩擦力還會隨著沖擊力F的增大而增大，所以Y磚不可能發(fā)生向外脫出的情況，即使該磚發(fā)生斷裂，斷裂部分仍然是熱端尺寸小于冷端尺寸，爐子服役過程中，如果不是該磚被徹底粉碎，不會發(fā)生側(cè)爐口爐磚向爐內(nèi)方向脫出掉落的情況。

圖6 Y磚（C1、C2）在受到爐口機沖擊時受力分析示意圖

側(cè)爐口內(nèi)圈的楔形磚與爐身磚錯縫砌筑，形成整體，如圖4所示，進一步提高側(cè)爐口磚的穩(wěn)固性。側(cè)爐口掉磚問題得到解決，則可以為上下爐口磚提供穩(wěn)定的壓力，避免爐上下爐口磚發(fā)生掉落，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐爐口整體結構的穩(wěn)固性。

3 改進實施及效果驗證

通過對新砌筑方式進行理論論證后，首先在1#轉(zhuǎn)爐試用新砌筑方式。試用新砌筑方式后，爐口磚在服役后期仍然完好，未發(fā)生側(cè)爐口磚脫落的情況，根據(jù)實驗結果，將該砌筑方法推廣到本廠的三臺轉(zhuǎn)爐，效果顯著，改進后至今已超過半年，共進行6次爐窯小修，未發(fā)生過轉(zhuǎn)爐爐口掉磚事故，平均小修爐壽達到155爐，較改造前提高約29%。

4 結論

使用楔形磚替代傳統(tǒng)的使用直型磚進行轉(zhuǎn)爐側(cè)爐口內(nèi)圈砌筑，并與側(cè)面的爐身磚錯縫壓接，提高了爐口耐火內(nèi)襯結構強度，該技術在本廠的應用解決了爐口易掉磚的問題，提高了轉(zhuǎn)爐爐壽，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益，值得推廣應用。