崔大韡

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

0 引言

中色鎳業(yè)在緬甸達(dá)貢山采用RKEF 工藝進(jìn)行紅土鎳礦冶煉,其兩臺由中國恩菲設(shè)計(jì)的72MVA 鎳鐵電爐,是迄今為止我國自主設(shè)計(jì)的最大鎳鐵電爐。這兩臺鎳鐵電爐在2011 年6 月已經(jīng)完成砌筑,后因輸電線路受戰(zhàn)亂破壞,臨時(shí)保溫1 年多供電才得以恢復(fù)。第一個(gè)爐期從烘爐開始計(jì)算,一號電爐于2012 年8 月烘爐,2019 年2 月～5 月停爐檢修,爐期為六年半;二號電爐2013 年5 月烘爐,2020 年12月～2021 年5 月停爐檢修,爐期為七年半。相比目前普遍為2～ 4 年?duì)t壽的中小型鎳鐵電爐來說,72MVA 鎳鐵電爐體6～7 年?duì)t壽體現(xiàn)出很大優(yōu)勢。本文不僅介紹了72MVA 鎳鐵電爐第一爐期大修情況,也總結(jié)了一些設(shè)計(jì)改進(jìn)。

1 72MVA 鎳鐵電爐簡介

72MVA 鎳鐵電爐有6 根Φ1 400 mm 自焙電極,爐體為帶彈性骨架的矩形爐體。其水平截面為矩形,垂直截面為倒梯形(如圖1 所示)。爐膛長約32 m、寬約9 m、高約5 m。爐體主要由爐頂、爐殼、磚體、水套、底梁、立柱等部件組成。

圖1 72MVA 鎳鐵電爐縱向剖面示意圖

電爐爐頂呈拱形,為帶水冷爐頂梁的澆筑爐頂。爐墻中部(渣線高度位置)設(shè)有平水套,爐墻下部(熔池位置)設(shè)有立水套。電爐爐墻并不垂直,而是稍向外傾斜。在生產(chǎn)時(shí),電爐磚體以及爐內(nèi)爐料和熔體,會產(chǎn)生向外的膨脹力和靜壓力。而由彈簧、拉桿、橫梁和立柱組成的“整體彈性”骨架會產(chǎn)生一個(gè)與之平衡的“束縛力”。這種結(jié)構(gòu)不僅避免了爐體膨脹時(shí)因擠壓力過大,對磚體或骨架造成損害;也有效地限制了爐體膨脹,保證磚體間始終有一定的擠緊力。這種帶彈性骨架的矩形爐體,具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、壽命長的特點(diǎn)。

2 檢修任務(wù)與范圍

本次檢修為全廠停產(chǎn)的大型檢修,對72MVA鎳鐵電爐而言,主要內(nèi)容有:爐體耐火磚全部拆除更換、爐頂?shù)闹匦聺仓?含部分爐頂梁的替換)、爐體銅水套重新平整以及個(gè)別水套的更換、爐體骨架的調(diào)整復(fù)位及個(gè)別彈簧的更換、電極系統(tǒng)的檢修維護(hù)。

爐體耐火磚檢修,主要任務(wù)是將爐墻磚、爐底磚全部更換。停爐前,爐墻上部存在局部磚體脫落,爐殼板溫度較高的情況。而爐墻下部的熔池區(qū)域,預(yù)計(jì)爐墻磚受爐渣侵蝕嚴(yán)重,同樣需要更換。爐底磚的膨脹和溫度已經(jīng)比較穩(wěn)定,但穩(wěn)妥起見,還是一并拆除新砌。檢修計(jì)劃用1～2 個(gè)月完成爐內(nèi)殘留渣、鐵的清除和爐體所有耐火磚拆除,再用1 個(gè)月完成整個(gè)爐襯的砌筑工作。

爐頂主要對爐頂中部電極周邊區(qū)域進(jìn)行檢修。電極附近的爐頂梁存在變形,有些梁底部冷卻銅管損壞,只靠上部的冷卻水槽進(jìn)行冷卻。爐頂電極孔也有較大破損。本次檢修對除靠近兩端的幾根爐頂梁和澆筑料保留以外,爐頂中部電極周圍的爐頂重新澆筑,爐頂梁也重新制作。

爐體銅水套總體使用情況良好,未發(fā)生水路漏水。但由于銅材質(zhì)較軟,做成銅水套后整體強(qiáng)度不高,且部分砌筑在磚體內(nèi)部,易受磚體影響產(chǎn)生變形,雖不影響自身冷卻性能,但變形會影響下次砌筑。爐體銅水套檢修主要有兩方面:一是耐火磚拆除后的重新平整,為滿足磚體砌筑的精度要求、銅水套貼緊磚體更好地冷卻,對變形較大或位置偏移的水套進(jìn)行調(diào)整。二是曾出現(xiàn)跑漏現(xiàn)象的區(qū)域,對個(gè)別可能有損傷的水套重新制作備件進(jìn)行更換。

爐體骨架調(diào)整主要任務(wù)是盡量將骨架恢復(fù)到設(shè)計(jì)的尺寸精度,滿足爐體砌筑要求,調(diào)整骨架的受力,使其達(dá)到重新開爐的條件。具體調(diào)整工作比較繁瑣,對于立柱、橫梁、爐殼、拉桿及彈簧都要單獨(dú)調(diào)整,又要統(tǒng)一考慮。同時(shí)也與磚體、爐頂、水套工作相互關(guān)聯(lián)、交叉作業(yè),需格外注意安全問題。

電極系統(tǒng)檢修,主要包括電極提升系統(tǒng)的檢修、電極絕緣件更換、短網(wǎng)絕緣檢修,每更換檢修完一根電極后,都要進(jìn)行全面的絕緣測試。

3 檢修與改進(jìn)

3.1 爐體耐火磚

檢修用耐火磚主要材質(zhì)仍為高純鎂磚(含MgO95%～97%),磚型與原設(shè)計(jì)相同。磚體拆除時(shí)看到,爐墻平水套間的磚基本都在,但局部有滲渣;爐墻上部損壞為局部剝落;爐墻下部以侵蝕為主。爐體兩頭的端墻有粘結(jié),爐墻磚侵蝕較小,爐側(cè)墻正對電極的區(qū)域侵蝕較多,局部只看到薄的渣殼。爐底鐵層下的磚體保存較好,磚縫間雖有鐵滲入,但并未滲到反拱磚以下。爐底的高鋁磚墊層比較完好。

底爐磚體情況驗(yàn)證了當(dāng)初的設(shè)計(jì)初衷,用有風(fēng)冷的薄爐底及時(shí)帶走熱量,形成高的溫度梯度,滲透的鐵水很快凝固,不會發(fā)生漏爐。而爐墻下部熔池部分,立水套冷卻能力足夠,而且就算局部磚體侵蝕或脫落,水套也能掛渣,并不影響正產(chǎn)。

拆除工作完成后的爐體砌筑工作是質(zhì)量把控的關(guān)鍵,砌筑按I 類砌體要求進(jìn)行施工,爐底反拱及拱腳區(qū)域尤為重要,平水套、立水套區(qū)域爐墻磚,也要確保與水套貼緊。

3.2 爐頂

爐頂檢修主要對爐頂梁進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。采用夾持水套梁結(jié)構(gòu),即用銅水套在爐頂梁中間冷卻,其具有更好地冷卻性和安全性。另外,爐頂中部電極附近的高溫區(qū)域,采用了耐溫、耐侵蝕更好的澆筑料。

3.3 爐體銅水套

在爐內(nèi)磚體拆除時(shí),發(fā)現(xiàn)爐體側(cè)墻中部平水套有中間拱起變形的情況,拱起的幅度最大為沿水套長度方向高差10～15 mm/m。分析其原因,一是平水套較為扁平細(xì)長,自身強(qiáng)度低;二是平水套平砌于爐墻磚中間,受到爐墻磚向上膨脹擠壓而產(chǎn)生變形。處理方法是將每層每側(cè)10 塊平水套中間6 塊平水套拆下,送至機(jī)修車間校平后,再重新安裝。同時(shí)也制作了平水套的備件,替換矯形效果不理想的平水套。

爐墻立水套主要問題是個(gè)別相鄰水套間的縫隙較大,或水套內(nèi)表面不平齊有錯(cuò)臺。需將立水套與外圍爐殼一同調(diào)整,最后使水套裝配后的整體凈空尺寸滿足磚體砌筑的精度要求,水套與爐殼間要填滿塞實(shí),不能有縫隙。水套間的縫隙盡量調(diào)整,最終小縫隙用搗打料、大縫隙用軟銅片塞緊。

一號電爐大修時(shí),僅針對可能變形、損壞的部分水套,按原設(shè)計(jì)制作備件。二號電爐大修時(shí),與業(yè)主協(xié)商、建議,對電爐端墻的分別做了兩項(xiàng)設(shè)計(jì)優(yōu)化:一是將端墻中部立水套向下伸長,加高中部立水套高度;二是將放出口銅水套加長,使之伸入約爐墻厚度一半的位置。改進(jìn)目的是增強(qiáng)端墻下部的冷卻面積和強(qiáng)度,降低下部磚體、爐殼的溫度。

總體來說,原設(shè)計(jì)爐體銅水套使用效果較滿意,并未發(fā)生水套漏水問題。二號電爐端墻改進(jìn)設(shè)計(jì),只是為提高安全保障,此區(qū)域之前未發(fā)生過跑渣。但也注意到水套與水套間、水套與磚間還是常有渣滲入,縫隙小渣能凝固,不會漏到爐外。但如果遇到縫隙較大、渣溫或渣面過高時(shí),有可能發(fā)生滲漏。在第一個(gè)爐期時(shí),發(fā)生過爐墻跑渣情況。因此,未來鎳鐵電爐銅水套設(shè)計(jì)時(shí),可將目前的平水套、立水套組合的冷卻方式再進(jìn)行優(yōu)化,設(shè)計(jì)成熔池全覆蓋,水套間無安裝通縫的結(jié)構(gòu)。

3.4 爐體骨架

爐體骨架檢修調(diào)整,伴隨著整個(gè)大修過程,主要分為三個(gè)階段。

第一階段:在電爐停爐降溫時(shí),彈性骨架會隨著磚體有一定程度收縮,待收縮基本完成時(shí),加固骨架使之失去“彈性”。加固工作主要是加固立柱,每根立柱在底部焊接限位塊,使其不能在基礎(chǔ)墊板上竄動(dòng)、翹起,在立柱中上部增加輔助支撐,使它不能傾斜。加固工作完成后,更換個(gè)別已經(jīng)壓緊、失去彈性的彈簧,同時(shí)也可以繼續(xù)爐內(nèi)磚體的拆除工作。此目的是固定骨架,以防磚體拆除時(shí)骨架受力平衡被打破,骨架變形加劇或變形不同步。

第二階段:爐內(nèi)殘留渣、鐵和磚體拆除后,按設(shè)計(jì)位置尺寸,對骨架進(jìn)行復(fù)位。調(diào)整時(shí)逐根拆除需調(diào)整立柱上加固件,調(diào)整完成后,立即恢復(fù)加固。復(fù)位工作完成后,要求骨架的立柱、橫梁、爐殼依次貼緊,對其間存在縫隙處,用薄鋼板塞緊。最終彈簧力是通過這些結(jié)構(gòu)傳遞給磚體,因此骨架復(fù)位這一步,是檢修的關(guān)鍵。骨架復(fù)位完成后,才能進(jìn)行磚體砌筑及爐頂?shù)臐仓┕ぁ?/p>

第三階段:重新開爐升溫前,按設(shè)計(jì)要求調(diào)整彈簧預(yù)緊力到預(yù)定值。然后逐步拆除立柱上的固定件,使骨架恢復(fù)彈性,等待開爐。

相較于固定骨架的爐型,彈性骨架的立柱、橫梁、拉桿、彈簧,以及內(nèi)部的爐殼,都是拼裝在一起的,因此大修時(shí)可調(diào)整恢復(fù)程度較大,并不會像固定爐殼的爐型,大修時(shí)難以再對剛性爐殼進(jìn)行整體調(diào)整恢復(fù),這也是矩形彈性結(jié)構(gòu)電爐對比剛性圓形結(jié)構(gòu)的電爐的主要技術(shù)優(yōu)勢之一。

4 結(jié)語

經(jīng)過對兩臺鎳鐵電爐大修,更深入全面地了解了72MVA 鎳鐵電爐的運(yùn)行狀態(tài),尤其通過對爐頂、磚體、銅水套這些關(guān)鍵部位、關(guān)鍵部件的分析、改進(jìn),對于大型鎳鐵電爐設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。