冶金炉的开炉和达产.pdf

6 4 中固 有色冶 金 B 卷红土镍矿火法冶炼 冶金炉的开炉和达产 孙 海阔摘译 中国恩菲 1 二 程技术有 限公司 ， 北京 1 0 0 0 3 8 I 摘要 l 冶金 炉的成功烘 炉 ， 熔池形成 和全 面达 产 ， 对 于大 多数例行 操作的操作 工而 言是 一项挑战 。 开炉方案 对于炉子 能否达到设计 炉龄 和及 时达到额定产能具有重大的影响。一个炉子的成功投产和达 产的先决条件 包括 充分理 解技 术上 的制 约因素， 周 密的计划 以及业主操作方 、 设计方、 建造方和 第三 方 顾 问 的 密切 合 作 。 为 了使 开炉和这产 周期最短化 ， 同时保证 炉子 的 完整性 和炉龄 ， 本 文讲 述 了技 术和经验层 面的原 理 ， 包括 耐火材料和 支撑 结构 炉壳或 有弹簧调节 的绑 定 系统 相 互关联 的膨胀行为 、 电极焙烧 的原理 、 加 热速 率的影 响、 初期熔池的形成和炉子的使 用寿命 。 【 关键词】 冶金 炉； 开炉 ； 达 产； 炉龄 【 中图分类号】 T F 0 6 3 ； T F 0 6 8 ； T F 8 1 5 [ 文献标识码] B [ 文章编号] 1 6 7 2 6 1 0 3 2 0 1 3 0 5 0 0 6 4 0 6 在冶金领域 ， 为适应不同的熔炼和吹炼工艺 ， 已 经研发了许多类 型和构造 的炉子 ， 在几何形状、 内衬 构造 、 砌砖方式以及附属结构 包括上升烟道和反应 塔 等方 面存在差异 。然而不管是电炉 、 闪速炉 、 反 射炉还是鼓风炉 ， 所有炉子的炉缸都包括钢结构和 耐火 内衬 ， 两者一起用于盛纳高温的熔体 。 对于设计较好的炉子 ， 基本 的设计原则是解决 如下 问题 在烘炉和后续 的热循环中， 不同热性质的不同 部件 的热膨胀 ； 盛纳熔融物质 ， 某些物质对耐火炉衬有高度腐 蚀性 ， 并且大多数物质具有渗入砖缝的倾向。 稳态操作下冶金炉的热力学和结构分析 、 设计 ， 可 以由有经验的设计人员直接完成 ， 这种情况下 ， 炉 衬可以达 到热平衡 ， 利用经验数据和有限元分析能 够进行很好 的预{ 9 1 4 。在进行炉子的设计时 ， 可 以加 入足够的冷却措施应对冶炼中产生的热负荷以降低 对炉墙的侵蚀 。然而在热循环 中， 特别是从室温开 始的加热过程 以及工艺过程有波动的情况 ， 由于热 源 、 给料 、 熔池 、 耐火 内衬 、 冷却系统和绑定结构系统 或炉壳 的短暂交 互作用 ， 炉 子的行为 变得更加 复 [ 译 者简介] 孙 海阔 1 9 8 2 ～ ， 男 ， 河北承德人 ， 硕士 ， 主要从事有 色 冶金设计工作 。 [ 收稿 日期 】 2 0 1 3 - 0 6 3 0 杂。这些短暂的交互作用很难精确地模拟 ， 因此 ， 为 成功的开炉制定一个实施方案 ， 必须 以经验数据作 支撑 ， 并彻底理解炉 子中物质 的化学 、 热和机械行 为。 这篇文章结合炉子设计的各种因素 ， 描述 了炉 子成功烘炉 、 开炉和达产的关键原理 。以红土镍矿 熔炼电炉为例 ， 阐释了上述概念和经验数据在开炉 中的应用。这些内在的原理适用于各种类型的火法 熔炼或吹炼设备。 l 影响开炉的电炉设计因素 为成功 的开炉制定实施方案 ， 首先必须理解炉 子耐火 内衬 的设 计原理 ， 特别是要考虑个别砖的热 膨胀特性 、 化学侵蚀和熔体的浮力作用。在制定安 全投产和快速达产 满负荷生产 的方案 时， 耐火材 料的物理行为是要考虑的重要 因素 ， 包括最大温度 梯度 、 耐火材料与炉壳钢板的相互作用 、 绑定和冷却 系统 这些一起形成 了炉子的内衬 。尽管圆形和矩 形电炉之间存在差异 ， 但这里讨论的大部分基本原 理对两者都适用。 1 ． 1 典型 的炉 缸描述 典型炉子 的炉缸包括钢结构和里面的耐火砖内 衬 ， 如图 l 所示 。通常 ， 耐火砖内衬和一部分钢结构 采用水冷或空气冷却。这些部件必须作为一个完整 的系统起作用， 以抵抗冶金过程中的高温和化学侵蚀。 2 0 1 3年 1 0月 第 5期 孙海阔 摘译 冶金炉的开炉和达产 6 5 图 1 典型炉缸的剖面图 耐火内衬通常是 由大量的耐火砖砌筑而成 ， 不 使用泥浆 。过去 ， 泥浆被用过但后来不用了 ， 因为它 对 炉子 的完整性没有 明确或可量化 的好处 ， 却将不 可知的变量 例如泥浆物理强度和不确定 的泥浆厚 度 引进膨胀计算 ， 结果造成炉子 的膨胀行为难于预 测 和控制 ， 因此本文讨论“ 干砌 ” 的内衬 。耐火砖的 尺 寸受 到 电炉 几何构 造和 制造条 件 例 如压力 大 小 ， 以及筑炉工砌 砖手工搬动 的限制 。对 于大炉 子 ， 砖 的数量数以千计 ， 在热膨胀和防止高温熔体渗 透 的设计 中， 砖缝处的相互作用是极其重要 的考虑 因素 。 耐火砖通 常放置在钢结构 内 ， 在设计 时钢结构 要能够承受炉内物料的水平和垂直方 向的负荷以及 砖 的热膨胀作用力 。这种 钢结构包括被 网状钢梁 格栅粱 承托的炉底板 、 炉墙钢板和支撑炉顶的结 构 。对于大多数 圆形炉 ， 炉壳钢板是连续 的刚性圆 柱体 。对于矩 形电炉 ， 水平荷载传递到炉子周边一 系列 的钢梁 横梁和立柱 上 ， 以绑定系统 的弹簧作 调节 ， 因此炉壳板 的作用就变得次要了。 炉底盛纳金属熔体也被认为是耐火内衬中最关 键 的部分。一旦不能盛住过热的金属熔体 ， 就会造 成穿炉 ， 通常意味着一个炉期的终结。更换费用高 ， 停 产 时间长 ， 还 不包括 对工 厂其他设 备造 成 的损 失 。 由于耐材 比重 S G 2 ． 8 ～ 3 ． 3 和金 属 比重 S G 4 ． 5 ～ 8 ． 5 之 间 的差异 ， 炉底 在 结 构 上容 易 受 到损 坏 。当被金属熔体包 围时 ， 该 比重上的差异对炉底 砖施加 了向上的浮力 ， 如果没有 比该 浮力更大的作 用力将它们固定住 ， 就会造成浮砖。一旦处于关键 位置的砖漂浮， 就会造成耐火砖大面积的漂浮起来 ， 导致穿炉或停产。这样 ， 就有可能要更换炉底。 为了防止浮砖 ， 大多数 圆形和矩形 电炉的炉底 做成反拱形 ， 如 图 2所示 也有一些例外 ， 比如一些 锰铁炉 。反拱炉底的设计取决于砖的锥度 ， 将耐火 砖机械地锁定在一起 。如 图3 所示 ， 拱脚砖处 的水 平反作用力和垂直反作用力对炉底砖产生压力和摩 擦力 ， 一起抵抗浮力 ， 维持拱的完整性。 图2 典型炉底的剖面图 图3 拱脚砖部件的受力分析 尽管较大的锥度能够加强炉底 的完整性 ， 但在 实践 中会 受到 限制 ， 如砖 的尺寸 和炉底 的 曲率半 径。过小的炉底半径 大的炉底弧度 实际中通常不 可行 ， 同时对于大型电炉来说也不是所期望的， 因为 炉缸深度变得过大 ， 作用在拱脚砖的反作用力会导 致砖旋转 以及在边墙 的砖缝 留下空隙 ， 因此在砖 的 锥度较小的大型电炉 中会使用锁砖结构。 1 ． 2 加热过程中的热膨胀 由于冶金炉的高温操作 ， 当炉子由室温加热到 正常操作温度 通常 1 3 0 0 ～ 1 6 0 0 o C 时 ， 耐火材料产 生相当大的热膨胀。膨胀可以通过在耐火砖之间加 人膨胀板调整 ， 以达到所期望的净膨胀量。 炉底所用的典型耐火材料升到操作温度时通常 会有 1 ％～ 2 ％的膨胀 。对 于弧长 超过 2 1 m的大炉 子 ， 在 1 3 5 0 o C 下操作 ， 砖热表面 的累积尺寸变化能 达到 4 0 0 mm。这种膨胀既不能避免也不能抑制 ， 伴 随着相当大 的作用力产生 ， 等同于耐火砖 的破碎强 度乘 以有效 面积。因此在炉子结构 和热膨胀设计 时 ， 必须考虑膨胀 的调节。膨胀计算要考虑相关因 素 ， 包括砖缝 间加入的膨胀板烧掉 留下的空隙 ， 砖与 砖之间砌缝的闭合 ， 砖锁合处界面作用造成 的变形 ， 位于拱脚砖后面的可压缩材料 的塑性变形 ， 对 于圆 形电炉还包括炉壳板的弹性和塑性变形 。通常使用 6 6 中固 有色冶 金 B 卷红土镍矿火法冶炼 可燃的膨胀板是调整耐火砖热膨胀 的首选方法 ， 合 理 的设计可以得到期望 的膨胀余量 ， 至少开炉初期 是这样。砖缝之 间的膨胀板在约 3 0 0℃时燃烧掉 ， 留下的缝隙就通过耐火砖 的膨胀进行填充。 使用膨胀板的另一个原因是从膨胀板完全烧掉 到耐火 砖热膨胀将 砖缝 闭合 ， 有个较 长的滞后 时 间。这样 ， 在加热过程中存在时间差 ， 在炉底砖 的热 表面温度 由3 0 0℃到 9 0 0℃期间 ， 如果过早形成金属 熔体 ， 会导致熔体渗入到砖缝 中。正 因为如此 ， 即使 炉底设计合理 ， 如果开炉操之过急 ， 没有给砖缝 闭合 留下充足的时间， 对炉底会产生危害。因此 ， 只有在 炉底达到了砖缝密闭的温度后才有熔体形成是成功 开炉 的最基本和最重要的原则 。通常 ， 砖缝闭合的 温度是计算 出来的“ 目标温度” ， 可 以在开炉方案中 作为何时形成熔池的判断点。 只有清楚设计 中的假设情况和炉底 的预期行 为， 结合加热过程 中的膨胀和温度监测 ， 才能确定什 么时候形成熔体是安全的。 1 - 3电极 大部分镍铁 、 铂族金属以及许多有色金属和铁 合金冶炼 ， 都是采用 自焙 电极 一S o d e r b e r g 电极 ， 见 图4 。这种类型的电极包括 内焊筋片的圆柱形电极 壳和其 中的碳质糊体 从 电极柱顶部以柱体或块状 形式加入 。随着电极的消耗和在炉内不断压放 ， 加 入 的电极糊经过焙烧最终形成致密 的电极传送 电 流 。此外 ， 要根据需要补加电极壳和电极糊以补充 电极尖端 的消耗。 固 电极壳一 孔 ／铴 由 船 蜘 估 罟 二 电极糊柱体 扑 1 - 曲j _ l 屯 H 吒 似 一 豳 J 篓 4 0 0～5 0 0 ．电铜瓦～ 一 高电流密 r 4 0 0～5 0 0 炉顶～二 l l妻 一 低电流密 魁 薯 图4 S o d e r b e r g 电极电极糊的硬化和软化位置 电极的机械性能很大程度上依赖于电极糊在 电 极 中的焙烧 条件 。 电极糊 的烧 结从 4 0 0 ～ 5 0 0 o C 开 始， 通常情况下 当电流密度较高时 3 ． 5 a m p s ／ c m ， 在接近导 电铜瓦底部的位置处进行 ， 但如果电流密 度较低 ， 也可能在炉顶下方进行。在铜瓦上面 ， 电极 糊经历熔 化的过程 ， 通 常从 6 0 ～ 8 0℃开始 。电极 中 的温度分布以及熔化区 、 烧结 区的相应位置对于形 成高质量的电极至关重要 。 对于使 用 S o d e r b e r g 电极 的新建 电炉 ， 在 电炉 “ 送 电” 之前的烘炉中 ， 需要渐进的加入电极壳和电 极糊并进行焙烧 。由于在开炉中经常会遇到不稳定 或瞬时过热状态 ， 第一批电极的烧结远 比正常操作 中形成的电极差 。开炉电极的电极壳厚度通常较厚 一 些 ， 以便在电极糊达到充分固化温度的过程 中， 允 许电极壳单独 以合理 的电流密度承受开炉电流， 而 此时的电极糊因没有焙烧好而不具有导电性。 2 典型炉子开炉概述 2 ． 1 目的 冶金炉 的开炉方案应包括 以下重要原则 ， 在实 施 中要将炉子的完整性和延长炉龄放在首位 最短的安全时间达到最大产能 不仅仅是最短 的时间实现放出第一炉金属 而不危害炉子短期或 长期的完整性 ； 耐火砖温度逐渐上升， 使砖的移动在可控范围 内， 避免较大的温度梯度造成较高的内部应力 ； 在耐火砖充分膨胀使砖缝闭合之前 ， 没有熔体 直接接触耐火砖 ， 直到足够的膨胀将砖缝封 闭 主要 通过勤察温度和巡检 ， 确保准确的加料时间节点 ； 对 电炉而言 ， 开炉 时确定入炉物料 和铺料厚 度 ， 以便 向炉底更好的传热 ； 如果可能 ， 形成高熔点的炉结保护炉底 ， 防止 炉底渗透 ， 同时能充分 的传热使炉底耐火砖膨胀完 全 控制工艺化学 ， 关注开炉物料的选择对首炉放 出条件 、 最终达产的稳定性和产品品位的影 响； 充分焙烧 电极以减少断裂的发生 ， 一旦发生有 相应 的应对措施。 2 ． 2 烘炉、 开炉和达产方案 基 于前面涉及 的耐火材料 、 结构 、 热 和物理作 用 ， 结合投产周期和项 目关键节点 的影响 ， 开炉 中通 常要考虑的重要因素包括 将耐火材料加热到 目标温度所需累积的能量 ； 炉子投产中可以达到的预期作业率 通常 7 5 ％ ～ 9 0 ％ 以及其对累计能量输入方案的影响； 2 0 1 3年 1 0月 第 5期 孙海阔 摘译 冶金炉的开炉和达产 6 7 热损失速率 ， 它将影响功率输入需求和加料速 焦炭和废钢 ， 见图5 。 率 ； 炉缸容积 ， 这将影响熔池大小的形成速率和确 定炉渣 、 金属的放 出制度 ； 熔池形成策略 ， 防止初始渣池对炉膛 的侵蚀和 初始金属熔体 的渗入 ； 保温时段 ， 允许块体耐材 可浇筑耐火材料 中 自由水 的去除 ， 以减轻蒸汽危害和允许耐火砖的热 “ 浸润 ” ； 保温时段 ， 允许操作 工 ， 特别是那些对炉子操 作没有经验的工人 ， 在达到满负荷生产之前熟悉工 艺参数改变的速率 ； 根据安装设备 的设计极限设定操作参数的极 限， 比如炉膛 、 烟气 ， 钢结构和冷却系统的温度 ， 以及 超过了设定极限应采取什么措施。 对于一个典型炉子 的烘炉、 开炉和达产 ， 有 5 个 明显的阶段 阶段 1 初期预热 、 干燥和 固化现浇 的耐火材 料 ， 除去全部 的 自由水 ， 开始燃 烧膨胀板 。对新 电 炉 ， 如果需要还应焙烧 S o d e r b e r g 电极 ； 阶段 2 继续加热耐火材料 ， 通常是用电加热 ， 当达到最大的炉膛温度时 ， 炉底耐火砖顶部的升温 速度开始趋 于平稳 ， 维持最佳的升温速度 以封闭膨 胀板燃掉后 留下的砖缝 ； 阶段 3 初期熔池 的形成 通常单个 电极周 围 形成渣池 ， 然后逐渐连接在一起 。通常在该 阶段结 束后开始出渣 ； 阶段 4 继续形成金属熔池 ， 耐火砖膨胀完成 ， 过程稳定化 。通常在该阶段结束后开始放出金属 ； 阶段 5 达到额定产能。 2 ． 3 开炉的装料 虽然传统上不怎么考虑开炉的装料 ， 还是强烈 推荐使用一些保护性的材料 ， 从机械角度和化学角 度保护炉底 。通常情况下 ， 在炉底上方加层薄的、 不 含水的 、 传热的捣打保护层 。这个保护层保护炉底 在开炉装料时不受机械损害 ， 同时也提供了一层供 牺牲的耐火衬 ， 保护炉底耐火砖在正常的金属熔池 形成之前不受侵蚀。 其 它一些用 于开炉 的物质 能够 为形成金属／ 熔 池提供原料 ， 同时为 电炉内电流从一个电极流 向另 一 个 电极提供最初的路径 。开炉时的装料通常情况 下包括导 电物质 ， 比如放于电极下面和电极之间的 图5 镍铁 电炉的典型开炉装料 圆形炉 对 于金 属熔 池超过 3 0 0 0 t 的大型镍铁 电炉来 说 ， 通常在装料中加入镍铁和钢 ， 以达到使首炉出铁 的时间最短化 ， 同时使液态渣与炉膛接触 的时间最 短。装料时选择填充系数大 的物质装满炉膛 ， 同时 确保 与炉底耐火砖 的传热最有效。此外 ， 最好在炉 底 上方形成一层炉结减少金属渗入砖缝的几率 ， 在 镍铁 电炉 中， 可以通过一开始形成低碳 、 高熔点的镍 铁金属熔池实现。 2 ． 4耐火砖预热和干燥／ 初期电极焙烧 开炉的初始 阶段包括几天烘炉期 ， 使用可燃性 气 体 L P G或 C O 燃烧供热 ， 以使耐火砖干燥 ， 并 向 电炉装料和焙烧电极。该阶段要控制炉膛 的温度缓 慢 上 升 5 1 0％／ h ， 以使炉 底 的最高 升温速 度 在 1 ． 5 ～ 2 c ／ h 。此外 ， 在该阶段控制电极 的压放和焙烧 至关重要 ， 确保 电极具备良好 的机械性能和电性能 ， 减少开炉后期发生破碎或断裂。电极一旦发生较大 程度的断裂 ， 就会造成电能无法传送 ， 延误投产的进 度 ， 最坏的情况是“ 新 断” 的电极导致着火 ， 对炉子的 危 害非常严重 。电极不能承受直接 的火焰 冲击 ， 否 则 电极将发生氧化并快速产生大量 的挥发物 ， 导致 电极的质量很差。 在烘炉阶段 ， 烟气系统的控制非常重要 ， 要有足 够 的引风将燃烧 的气体带走 ， 同时不能漏入过多的 稀 释空气。通常 ， 可以使用 自然通风的应急烟囱或 设置有常关节气 阀的烟气系统。这样 ， 确保热量保 存在炉膛 内， 向炉内的物料和耐火砖进行有效的传 热 。至关重要 的一点是要避免炉子在通风不足 正 压 的情况下运行 ， 否则将在炉内产生亚化学条件 ， 导致一氧化碳在炉内或烟气系统 的下游 如布袋 收 尘器或 电收尘器 积累 ， 产生爆炸的危险。在过压情 况下， 一氧化碳也可从炉子漏出给操作人员造成危险。 在初期 的烘炉阶段 ， 通常可燃性 的膨胀板开始 6 8 中国 有色冶 金 B 卷红土镍矿火法冶炼 燃烧掉。由于炉墙厚度相对薄些 ， 炉墙 的升温速度 比炉底快很多 ， 是造成热损失以及炉底和炉墙膨胀 差异的一个重要原 因。这对炉子是有害的， 通常在 炉墙的内表面覆盖一层 隔热耐火毯来减轻 ， 使升温 速率和膨胀速率与炉底相近。 随着炉子 的温度上升 ， 电炉本身和烟气 系统 的 热损失也逐渐增加 ， 同时从炉膛 向物料和耐火砖 的 传热效率也就逐渐降低 。由可燃性气体燃烧向炉膛 内提供 的热量受到燃烧器设备最大设计能力 的限 制 ， 一旦达到了限值 ， 可以换用成小功率的电加热维 持炉底的升温速度 。 2 ． 5 炉底耐火砖的继续加热 该阶段通过 电极的电能维持炉底最佳 的升温温 度 ， 达到使砖缝闭合所需的炉底温度 ， 以减小金属熔 体渗入的可能性。在此阶段 ， 位于 电极下方的炉底 和附近区域的温度相对炉子的其它部位要高。 值得关注的一点是在形成金属熔池之前 ， 此 阶 段的功率输入和电极的定位始终要在人工操作下进 行 。只有存在一定深度的液态熔池后 ， 自动控制才 能可靠地工作。 当炉底临时热电偶的平均升温速率平稳 、 电极 焙烧完全后 ， 电炉开始送电。最初功率 限定在 1 M W 以下或者维持炉底最佳升温速度的功率值 。如果初 始 的最低功率大于 1 M W 或无法控制电极在稳定 的 1 MW， 必须每隔一小时切换电源来控制功率输入 。 电极和炉 内装料之间的导电通过加入一定 的焦 炭和移动电极 的插入深度来维持。电极插入太深 ， 会导致电极钻到装料 中造成炉底局部过热。焦炭具 有良好的导电、 导热性 ， 可以确保向炉底耐火砖 的传 热。同时焦炭与炉膛 内的空气燃烧 ， 有助于加热炉 底 ， 但需要定期的补加焦炭。 由于很难 目测 电极尖端相对 于焦炭的实际位 置 ， 对于平衡每根电极的功率 ， 在监测电流的同时进 行监测是非常有用的。这也有助于避免 电极与焦炭 直接接触 ， 产生零电阻接触造成尽管电流很高、 功率 却很低的情况 。 2 ． 6 熔池的初步形成 理想情况下 ， 当达到闭合砖缝所需 的平均炉底 温度时， 发现炉膛底有较大的物理运动 膨胀 ， 表明 膨胀板烧掉留下的空隙已消失 ， 耐火砖正在被压紧 ， 这时熔池开始形成。 在某些情况下 ， 由于电能的输入集 中在 电极周 围， 向炉底周边的传热速率受到限制 ， 只有炉底中心 的温度能达到。在这种情况下 ， 渣池可以在电极下 方缓慢增长并逐渐 向外扩大 。 通常 ， 在形成渣池 的过程 中由于炉底与熔融 的 渣接 触继续受 热 ， 热膨胀 造成炉底从 四周 向外运 动 。如果 电炉有绑定系统 ， 每天进行两到三次的监 测 ， 并根据需要进行调整。 电极 的尖端应该 始终在渣池上面 ， 按“ 刷弧” 模 式操作 ， 确保所有的功率输入给熔池 ， 尽量减小对炉 底 的热通量 。这样 ． 可 以促使在炉底上部形成一层 炉结保护耐火砖。 在最初的熔池形成之后 ， 液态渣池上面须有 固 体渣覆盖 ， 防止功率输入过大。由于粒状渣形成锥 形堆 ， 很难将熔池全部覆盖 ， 减少熔池对炉顶和炉膛 的热辐射 ， 通常加入少量的细料 如精矿 ， 达到覆盖 熔 池 的效果 。 此阶段 的某些时刻 ， 可以从炉壳的物理位置测 量判断炉底 的膨胀 ， 以确定何时炉底的砖缝 已经闭 合 ， 炉底不再容易受金属的渗入。此时可以作为 向 炉内正常加料的节点 。 2 ． 7 熔池的继续增长和 电炉填料 该阶段主要是形成正常熔池 ， 此时电炉唯一重 要的加人料是渣 ， 炉 内有很少的金属 。由于熔渣通 常对耐火材料有腐蚀作用 ， 及时形成金属熔池对避 免耐火材料的腐蚀有重要作用 。 为了与功率输入匹配， 需要加入焙砂或精矿 ， 同 时要及时放渣以维持渣液面在设计的最大渣液面之 下。金属熔池 的增长要进行频繁的监测 ， 一旦金属 液面高于出铁 口 通常在 5 0 mm数量级 ， 就可 以放 出第一炉金属 ， 之后 电极可以进行 自动控制。 随着炉底温度朝正常的操作温度增加 ， 炉底膨 胀持续整个阶段。从渣池下落的金属是向炉底传热 的重要来源。一旦炉底达到操作温度 ， 炉底膨胀趋 于稳定 ， 随后功率增加但膨胀基本上保持不变。此 时 ， 炉子可达满负荷。 可 以预料此时 由于炉底的移动或与熔池接触 ， 一 些临时电偶 已经失去作用 。依靠位于工作层下面 还存在 的临时热电偶和炉底 的永久热 电偶继续监测 炉底温度 ， 可以利用热模型推断炉底上部 的温度。 2 ． 8 成功开炉的关键监测和控制要求 对于成功开炉 ， 及时 、 准确 的获得炉况信息至关 重要 。这些信息是做决定的基础 ， 同时也将炉子 的 2 0 1 3年 1 0月 第 5期 孙海 阔 摘译 冶金炉 的开炉和达产 6 9 不可预料或不 良状况 向开炉人员报警。开炉阶段 的 仪表化程度和耐火材料的监测比常规的稳态操作要 求更高 。 炉底工作层之上和工作层与安全层之间临时热 电偶 的使用 ， 相 比于埋入 的永久热电偶 ， 对炉底上表 面温度给出了更准确和及时 的预测 ， 通常永久热 电 偶 比临时热电偶有 1 - 2 天的时间滞后。这些信息能 够让开炉人员在功率输入 、 升温速率控制 、 保温时段 的确定以及何时开始形成熔池等方面做决定时有更 大的把握性 。临时热电偶应该至少每小时就进行监 测 ， 并最好通过 HMI 系统记录趋势 ， 在熔池形成过 程中 ， 应该更频繁 ， 因为该时段炉底危险性最大。每 个热 电偶 的趋 势都 应记录下来 以便 和开炉方案 比 较 ， 快速识别反常行为。 2 ． 9 炉膛 温 度和 压 力控 制 炉膛状态的监测和控制是通过大量插入炉顶耐 火砖的热电偶和压力传感器完成。在开炉过程中 ， 维持合适的炉膛状态可能比正常操作时更 复杂。开 炉的不同阶段有不同的通风和温度要求 ， 最重要 的 是耐火材料的升温速度 。 在烘炉 阶段使用气体燃烧 ， 进入的空气要符合 炉膛升温方案和避免过度稀释。进入的空气如果控 制不好 ， 会引起冷却 很大的负压 或烟气系统中 中 压或正压 一氧化碳气体累积。炉膛压力通过节气 阀控制在中压到轻微 的负压范围内 ， 通常情况利用 应 急烟 囱。 在形成熔池的过程 中， 由于敞开式熔池 和明弧 的条件 ， 炉膛温度可能快速上升。在此阶段必须维 持充分的空气流动 ， 以使温度低于炉顶和烟气设备 的设计极限。同时炉膛温度也不能降低至影响耐火 砖升温速率或焙烧电极的程度。 3 达 到额定 产能 大约在第一炉金属放出时 ， 炉底通常接近设计 的操作温度 ， 膨胀也应该接 近预期 值 ， 炉底是闭合 的 ， 作用在炉底 的力足 以防止浮砖 。此时炉底膨胀 不再是决定达产速率 的首要 因素 ， 关注点转移到操 作问题上 ， 以及 炉子和上下游工艺之间的相互作用 问题上。通常 ， 加料 、 放出制度和邻近单元 的工艺 中 断及辅助系统变成决定工厂达产快慢 的主要因素 。 这个阶段依赖于操作人员的经验 和工艺条件 ， 通常 要谨慎操作获得稳定相 。在加热过程 中， 功率通常 每天增加 1 - 2 MW， 工艺总达不到平衡 。之后将 功 率控制在设计功率的 5 0 ％～ 6 0 ％， 维持几天或几周 ， 允许操作工进行工艺调整 。一旦完成这些 ， 达到稳 定操作 ， 后面就可以加速 每天 5 Mw或更多 。 在稳定化期间 ， 请记住 任何操作上的小改变可 能对 1 天或几天后有较大的影 响 ， 因此 ， 勤监测 、 分 析工艺和炉子操作数据对成功达产是至关重要 的。 此外 ， 对于紧密相联 的工艺单元 ， 例如传统镍铁 冶炼厂 的回转窑和 电炉 ， 必须理解一个单元工艺的 变化对其它单元 的影响。在某些情况下 ， 回转窑操 作 中的一点小变化会对 电炉操作产生重大影响。 4结论 实现一台炉子的成功烘炉 、 开炉和达产 ， 从根本 上来说需要两个关键步骤 即做好计划 包括不可预 见 的情况 ， 然后执行计划。 1 制作一份详细的计划 ， 需要 在项 目早期就准备 ， 获得所有相关人员 包括 炉子设计人员 、 操作人员 、 施工人员和将来参与到开 炉 的任何第三方顾问 的参与和同意 ； 确定从一个 阶段到下一个 阶段的关键点和决 策标准； 基于可靠 的技术标准 ， 并使所有相关人员都理 解 ， 这样在执行时可以做出正确 的决定 。在熔体形 成之前炉底耐火砖要充分膨胀 ， 以避免金属渗入砖 缝导致炉子完整性破坏和炉龄缩短 ， 这是最重要 的 准则 ， 尤其对没有可调节绑定 系统的刚性炉壳的炉 子而言； 在可靠的技术原理、 了解炉子设计和操作的基 础上 ， 将矫正措施和应急方案纳入计划 ， 应对投产中 遇到的问题 以避免重大延误。 2 按照计划执行 ， 遵从以下原则 在施工和试车 中要密切协调 、 区分主次 ， 避免 耽误时间而给投产前 留下压力； 避免走捷径 ， 计划有偏离要特别仔细的控制 ， 避免为了赶时间而给炉子设备和运行造成长期的危害； 基于仪表数据进行严格的监测， 包括临时热电偶； 如果工艺需要变化则每次只进行很小的改动 ； 为了平稳的投产 ， 保证备用资源尽可能提供一 天 2 4 小时 ， 一周 7 天的监测和分析； 对于紧密联系的工艺单元 ， 必须按顺序连续进 行 ， 并 由一个 团队整体负责 ， 即便一个单元出现问题 也可以及时得到解决而不影响其他单元 。 黎 敏 曹珂菲校 下转第8 4页 8 4 中固 有色冶 金 B 卷红土镍矿火法冶炼 自动开闭的罐盖及 吊钩缓冲装 置等 ， 整个设备具有 安全系数高 、 结构紧凑 、 保温性能好 、 联动性能好 、 定 位精确等优点 ， 在扩展装料量方 面具有独特优势 。 此外 ， 纳米微孔绝热材料 、 耐热铸钢 、 耐热不锈钢等 多种材料的应用 ， 有效地使降低了设备的运行成本 ， 促进了节能降耗。 【 参考文献】 [ 1 ] 有色金属冶炼设 备编委会． 电解及物料输 送设备[ M] ． 北京 冶金 工业 出版社 ． 1 9 9 4 ． 5 4 6 5 4 9 ． 【 2 ] 李懋强． 绝热材料 的显 微结 构及绝热性能【 J 】 _ 稀有金属材料 与工 程 ， 2 0 0 9 ， 3 8 z 2 1 2 1 3 1 2 1 7 ． [ 3 】 郝朋越等． 料罐 [ P 1 l 中国2 0 0 8 1 O 2 4 6 8 8 4 ． 3 ， 2 0 1 1 ． De s i g n o f l a r g e hi g h- t e m p e r a t ur e c a l c i ne t a nk HA0 Pe n g - y u e Ab s t r a c t L a r g e h i g h t e m p e r a t u r e c a l c i n e t a n k w a s d e s i g n e d c o m b i n i n g w i t h f e r r o n i c k e l s me l t i n g p r o j e c t s i n o r d e r t o s o l v e t he d i f f i c u l t p r o bl e m o f l o ng d i s t a n c e a n d b i g c a pa c i t y t r a n s po r t a t i o n o f h i g h t e mpe r a t ur e ma t e r i a l s i n n o n f e r r o us me t a l l u r g y i nd u s t r y．Ne w ma t e r i a l s a n d ne w s t r uc t u r e t y p e s we r e a d o p t e d，whi c h ma k e t he t a n k h a s a dv a n t a g e s o f h i g h s a f e t y f a c t o r ，c o mp a c t s t r uc t u r e ，e x c e l l e n t t h e r ma l i n s u l a t i o n p e r f o r ma n c e a n d l o w h e a t d i s s i pa t i o n ．Th e de s i g n o f t he t a nk fil l e d t h e g a p s o f r e l e v a n t i n du s t ry． Ke y wo r d s h i g h t e mp e r a t u r e c a l c i n e ；t r a n s p o r t a t i o n；t a nk ；l i f t i ng d e v i c e ；c r a ne e q ui p me n t 上接 第 6 9页 St a r t -up a nd r a m p-up o f m e t a l l ur g i c a l f ur na c e s t o d e s i g n pr o du c t i o n r a t e Tr a n s l a t e d s e l e c t i v e l y b y S UN Ha i k uo Abs t r a c tThe s uc c e s s f u l p r e h e a t ，l i q u i d ba t h f o r ma t i o n a n d r a mp- up t o f u l l p r o d uc t i o n o f me t a l l u r g i c a l f u r na c e s p o s e s c ha l l e n g e s t ha t c a n b e o u t s i d e t h e n o r ma l da y - t o -d a y e x p e r i e n c e o f mo s t o pe r a t o r s ．Th e s t a r t u p me t ho d o l o g y us e d c a n h a v e s u bs t a n t i a l a n d f a r r e a c h i n g i mp a c t s o n t he a bi l i t y o f t he f u r n a c e t o a c h i e v e t he p l a n n e d c a mp a i g n l i f e a nd i t s r a t e d t h r o ug h pu t i n a t i me l y ma n ne r ．The pr e r e q u i s i t e s f o r a s u c c e s s f u l f u r n a c e s t a r t up a n d r a mp u p r e qu i r e a f u l l u nd e r s t a n d i n g o f t h e u n de r l y i n g t e c h n i c a l c o n s t r a i n t s ，a s we l l a s c a r e f u l p l a n n i n g a nd c l o s e c o o p e r a t i o n b e t we e n t h e o wn e r - o p e r a t o r ，d e s i g n e r ，c o n s t r u c t o r a n d t h i r d pa r t y a dv i s o r s ． Th i s p a p e r o u t l i n e s t h e t e c h ni c a l a n d e mpi r i c a l l y d e mo n s t r a t e d pr i n c i p l e s b e h i n d mi n i mi z i n g f u r na c e s t a rt u p a nd r a mp - up d u r a t i o n wi t h o u t c o mp r o mi s i n g f u r na c e i nt e g r i t y a n d c a mp a i g n l i f e ．Th i s i n c l u d e s t h e i n t e r r e l a t e d e x p a n s i o n b e h a v i o r o f t h e r e f r a c t o ry