提升卡爾多爐爐齡的生產(chǎn)實(shí)踐

鄧偉民

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

江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司貴溪冶煉廠卡爾多爐在瑞典奧托昆普公司引進(jìn)，在南昌有色金屬設(shè)計(jì)院輔助作用下完成了設(shè)計(jì)。卡爾多爐主要采用的是富氧頂吹冶煉技術(shù)［1］，即在四臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)作用下，在爐體周圍實(shí)現(xiàn)中心軸360°旋轉(zhuǎn)，且在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中完成相關(guān)熔煉以及吹煉過(guò)程，在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的傳熱以及傳質(zhì)條件，操作過(guò)程中需要和水平面呈現(xiàn)出28°角。另外在向爐內(nèi)進(jìn)行加料、倒渣以及倒銅作業(yè)中，能夠通過(guò)傾轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)力的影響，讓整個(gè)爐體繞爐體水平軸實(shí)現(xiàn)0°～270°傾轉(zhuǎn)［2］，完成向爐內(nèi)加料、倒渣、倒銅作業(yè)。

該廠卡爾多爐作業(yè)過(guò)程中，對(duì)爐內(nèi)含銅物料采用柴油加純氧燃燒方式加熱，將其熔化冶煉成渣，之后在吹煉槍的應(yīng)用下通過(guò)富氧對(duì)其實(shí)施吹煉除雜，生產(chǎn)出含銅率大于98.50%的粗銅［3］，最后在密閉式水冷煙道、噴霧塔等應(yīng)用下處理生產(chǎn)過(guò)程中的高溫工藝煙氣，同時(shí)利用環(huán)集煙罩布袋實(shí)現(xiàn)對(duì)卡爾多爐加料、放銅、放渣等操作過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵等進(jìn)行收集，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)［4］。但是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，依舊存在有部分不滿意度指標(biāo)，例如爐齡不達(dá)標(biāo)，作業(yè)周期短，爐磚損耗高等問(wèn)題。為解決爐磚消耗大，提升卡爾多爐作業(yè)周期，進(jìn)而提高爐齡，通過(guò)對(duì)近幾年?duì)t修的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的改造措施，以滿足生產(chǎn)實(shí)踐需求。

1 卡爾多爐爐齡指標(biāo)的制定

該廠卡爾多爐于2009年5月正式建成投產(chǎn)，在為將建設(shè)成為一流銅冶煉工廠的大環(huán)境下，作為冶煉雜銅的卡爾多爐各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)必須達(dá)到世界一流，把卡爾多爐爐齡作為創(chuàng)標(biāo)桿指標(biāo)，目標(biāo)為380爐。改造前卡爾多爐工藝流程圖如圖1所示。

圖1 改造前卡爾多爐工藝流程圖

2 提升卡爾多爐爐齡的背景及原因剖析

卡爾多爐歷年作業(yè)情況見(jiàn)表1，由表1可以看出，自2009年5月進(jìn)行試生產(chǎn)后，平均作業(yè)爐齡為94爐，平均作業(yè)天數(shù)為27 d以及更換耐火磚量為185 t，在對(duì)其實(shí)施初步摸索改造后，截止到2014年平均作業(yè)爐齡、平均作業(yè)天數(shù)均得到顯著提升，耐火磚更換量也大幅度下降。針對(duì)這一情況2015年年初廠部提出：卡爾多爐在2014年平均爐齡245爐的基礎(chǔ)上，要求對(duì)其進(jìn)行挖潛改造，進(jìn)一步提升作業(yè)爐齡至380爐以上。在針對(duì)卡爾多爐現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，爐內(nèi)砌筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)剝落，通過(guò)對(duì)近幾次爐爐修時(shí)爐襯損耗情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，均是因爐體上部耐火磚燒損脫落嚴(yán)重而停爐檢修，影響作業(yè)周期。

表1 2009年－2014年作業(yè)情況

3 影響卡爾多爐作業(yè)爐齡的原因分析

對(duì)影響卡爾多爐作業(yè)爐齡的因素進(jìn)行展開分析，最終確定問(wèn)題出現(xiàn)的主因：（1）爐內(nèi)磚上筒體耐火磚處于渣線區(qū)位置，受到各種雜質(zhì)的化學(xué)腐蝕；（2）卡爾多爐使用純氧油燒嘴熔煉時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)爐體上部耐火磚的熱輻射量大；（3）管理制度操作方法不夠完善加速了該區(qū)域爐磚的損耗。導(dǎo)致作業(yè)周期短，影響爐齡指標(biāo)。

4 改造方案及主要措施

針對(duì)爐磚消耗大，造成作業(yè)周期短，進(jìn)而影響爐齡指標(biāo)這一現(xiàn)狀通過(guò)摸索實(shí)踐，管理創(chuàng)新，制定出了如下三個(gè)方面的改進(jìn)措施。

4.1 燃燒噴槍的改造及措施

目前火法冶煉中，用作燃料的有重油（柴油），天然氣。改造之前貴冶卡爾多爐是柴油作為燃料進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)熔煉造渣過(guò)程中，還需要添加SiO2作為溶劑，添加Fe作為還原劑［5］，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物料中銅的氧化物進(jìn)行還原。但是在純氧油槍燒嘴的應(yīng)用下，燃燒過(guò)程中會(huì)在渣線區(qū)出現(xiàn)高溫區(qū)，又因油槍噴頭為發(fā)散型向四周噴射燃料，直接對(duì)爐磚進(jìn)行高溫灼燒，導(dǎo)致在高溫作用下耐火材料出現(xiàn)嚴(yán)重侵蝕，造成耐火磚出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p耗。

通過(guò)探索實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，天燃?xì)鈬姌屢蕴烊細(xì)庾鳛槿剂希园腩A(yù)混湍流燃?xì)馊紵夹g(shù)理論為依據(jù)，通過(guò)特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使氧氣通過(guò)高速射流和天燃?xì)馍淞餍纬蓮?qiáng)烈的剪切、拉伸攪拌作用，在出口一定距離內(nèi)就摻混得十分均勻，因此燃燒完全，能夠?qū)崿F(xiàn)高強(qiáng)度燃燒，火焰出口噴射速度高，火焰剛性強(qiáng)、燃燒穩(wěn)定，不回火。對(duì)比柴油噴槍，火焰直接噴向前方，避免了發(fā)散火焰直接對(duì)爐磚的燒烤，降低了爐磚的消耗。

4.2 爐磚結(jié)構(gòu)砌筑改造方案及措施

卡爾多爐爐磚改造前砌筑結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，可以清晰看出爐磚砌筑結(jié)構(gòu)僅為100 mm厚保護(hù)層以及240 mm工作層。爐修期間通過(guò)對(duì)爐磚消耗情況進(jìn)行分析得出：因渣線區(qū)時(shí)常處于上筒體，使得該處爐磚消耗過(guò)快，導(dǎo)致上筒體的爐磚消耗至需要更換時(shí)，下筒體以及底部的爐磚因消耗沒(méi)那么大不需更換。為了保證安全生產(chǎn)必須對(duì)上筒體爐磚進(jìn)行更換，進(jìn)而影響到作業(yè)周期，使得爐齡指標(biāo)達(dá)不到要求。

圖2 改造前爐內(nèi)砌筑結(jié)果剖面圖

針對(duì)這一現(xiàn)象展開分析后，提出了相應(yīng)的改善對(duì)策，具體為：改進(jìn)前卡爾多爐砌筑結(jié)構(gòu)，將爐襯工作層由原來(lái)上下統(tǒng)一砌筑240 mm的鎂鉻磚，改進(jìn)為爐底部位砌筑300 mm、中間部位砌筑350 mm、爐體上部砌筑400 mm的鎂鉻磚，以減緩爐磚的損耗量，達(dá)到提高爐齡的目的。具體改造后爐內(nèi)砌筑結(jié)果剖面圖如圖3所示。

由圖3可看出，對(duì)上筒體易消耗區(qū)的爐磚長(zhǎng)度加長(zhǎng)，使得高溫液體渣液優(yōu)先消耗此區(qū)域爐磚，達(dá)到均衡消耗爐磚的效果，延長(zhǎng)作業(yè)周期。

圖3 改造后的爐內(nèi)砌筑結(jié)果剖面

4.3 工藝操作實(shí)踐改進(jìn)

工藝生產(chǎn)操作中，通過(guò)開展勞動(dòng)競(jìng)賽，改進(jìn)操作方法，優(yōu)化各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，進(jìn)一步降低天然氣單耗，降低耐火磚的燒熱輻射，從而降低爐磚消耗；工藝人員常對(duì)爐磚消耗情況進(jìn)行爐內(nèi)點(diǎn)檢，根據(jù)點(diǎn)檢的消耗情況改變?cè)系难b入量；工藝人員在生產(chǎn)操作中根據(jù)裝入量的不同控制噴槍燃燒區(qū)域；根據(jù)不同作業(yè)期調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度；適量減少傾動(dòng)爐渣的裝入量：對(duì)新爐磚進(jìn)行掛渣作業(yè)，使得新爐磚能夠得到覆蓋保護(hù)［6］。通過(guò)以上措施減少爐磚消耗，延長(zhǎng)每爐期的作業(yè)時(shí)間，提高爐齡。

5 實(shí)施效果

改造前后的卡爾多爐歷年作業(yè)情況如圖4、圖5所示。

圖4 改造前卡爾多爐歷年作業(yè)情況表

圖5 改造后卡爾多爐作業(yè)情況

由圖4、圖5可以看出：改造前，經(jīng)過(guò)多年摸索實(shí)踐，卡爾多爐爐齡作業(yè)已經(jīng)達(dá)到2014年的平均爐齡223爐，平均作業(yè)天數(shù)為66.5 d。改造后五年每年?duì)t修次數(shù)為由之前的每年6次降到每年4次，平均作業(yè)爐齡為單爐期350爐，作業(yè)天數(shù)都達(dá)到90 d以上。并且2021年第一個(gè)主要作業(yè)周期更是達(dá)到了創(chuàng)歷史紀(jì)錄的單爐期爐齡為598爐，作業(yè)天數(shù)147 d。由此可見(jiàn)，采用天然氣槍替代純氧油槍，以及爐磚砌筑的改造都有助于降低高溫侵蝕，進(jìn)而顯著降低耐火損耗，有助于提升作業(yè)周期，進(jìn)而提高爐齡.

除此之外，項(xiàng)目的改造還帶了一定的經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)過(guò)改造后，卡爾多爐爐齡由245爐，提升到340爐，就意味著每年可減少2次爐修（每次爐修需鎂鉻磚70 t，每噸8 000元，平均每次爐修需7.5 d）。其中在針對(duì)成本計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，年成本降低可以達(dá)到2次／a×70 t×8 000元／t＝112（萬(wàn)元／a）；在針對(duì)產(chǎn)量計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，年增長(zhǎng)產(chǎn)量可以達(dá)到15 d／a×4爐／d×70 t／爐＝4 200（t／a）。由此可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)爐磚結(jié)構(gòu)砌筑的改造，進(jìn)一步降低了爐磚的損耗量，從而達(dá)到提升爐齡的目的。

6 結(jié) 論

貴溪冶煉廠卡爾多爐經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期摸索改造以及創(chuàng)新，從2009年試生產(chǎn)開始，逐漸提高了貴冶卡爾多爐爐齡，提升了每爐期作業(yè)天數(shù)，不但顯著提高了工作效率，也進(jìn)一步降低了貴冶卡爾多爐生產(chǎn)中的維修次數(shù)，尤其是耐火磚的使用量顯著降低，大大降低了生產(chǎn)成本，對(duì)于提高生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。對(duì)于企業(yè)來(lái)講，提升貴冶卡爾多爐爐齡的相關(guān)改造措施，在滿足環(huán)保需求基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)產(chǎn)量以及質(zhì)量，冶煉成本和其他雜銅冶煉技術(shù)相比有著顯著優(yōu)勢(shì)，對(duì)于再生銅資源冶煉技術(shù)的發(fā)展也具有重要意義。