延长澳斯麦特熔炼炉炉砖使用寿命的措施.pdf

2 0 1 5 年第8 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 5 d o i 1 0 。3 9 6 9 ／j ．i 鼹n ．1 0 0 7 7 5 4 5 。2 0 1 5 ．0 8 ．0 0 4 延长澳斯麦特熔炼炉炉砖使用寿命的措施 袁海滨，宋兴诚，唐都作，陈钢，蔡兵，张歆海 云南锡业股份有限公司铜业分公司，云南个旧6 6 1 0 0 0 摘要阐述了目前国内铜熔炼澳斯麦特炉与艾萨炉的炉砖使用寿命情况。分析了影响熔炼炉炉砖使 用寿命的主要影响因素，并结合同行已经成熟的操作经验，提出了延长顶吹熔炼炉炉砖使用寿命的措 施和方法。 关键词澳斯麦特炉；顶吹炉；寿命；铜；砖 中图分类号T F 8 1 1 文献标志码A文章编号l 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 8 一0 0 1 5 一0 4 M e a s u r e st OE x t e n dS e r V i c eL i f e t i m eo fB r i c ko fA u s m e l tS m e l t i n gF u r n a c e Y U A NH a i 书i n ，S O N GX i n g c h e n g ，T A N GD u z u o ，C H E NG a n g ，C A IB i n g ，Z H A N GX i n h a i C o p p e rB r a n c ho fY u n n a nT i nL i m i t e dC o m p a n y ，Ge j i u6 6 l 0 0 0 ，Y u n n a n ，C h i n a A b s t r a c t S e r V i c el i f e t i m eo ff u r n a c eb r i c k so fA u s m e l tf u r n a c ea n dI S Af u r n a c ef o rc o p p e rs m e l t i n gi nC h i n a w a si n t r o d u c e d ．M a i nf a c t o r st oi n f l u e n c es e r v i c el i f e t i m eo fs m e l t i n gf u r n a c ew e r ea n a l y z e d 。 T h em e a s u r e s a n d m e t h o d st oe x t e n ds e r v i c el i f e t i m eo ft o pb l o w ns m e l t i n gf u r n a c ew e r ep u tf o r w a r d ． K e yw o r d s A u s m e l tf u r n a c e ；t o p _ b l o w n i n gf u r n a c e ；l i f e t i m e ；c o p p e r ；b r i c k 云南锡业股份有限公司铜业分公司试车、试生 产运行至今已近3 年，逐步解决了绝大部分试生产 过程暴露的工艺及设备等问题，产量逐步提高，能耗 逐渐降低。然而，工艺运行至今，核心问题即澳斯麦 特顶吹熔炼炉 以下简称熔炼炉 炉砖使用寿命，该 问题虽有所进展，炉砖寿命与试车相比有了延长，但 与同行相比，显然尚有差距。试车初期，顶吹熔炼炉 使用仅3 个月即要停炉更换渣线砖，试车1 年后，通 过不断完善工艺，熔炼炉渣线砖寿命延长到了现在 的1 0 个月。炉砖作为冶炼企业较大的消耗成本之 一，不仅停炉更换过程工作量大，还严重影响正常生 产、设备有效开动率以及作业成本。 近15 年来，国内铜冶炼企业为延长炉砖使用 寿命作了不懈努力r l _ 5 ] ，目前艾萨炉、白银炉、闪速 炉炉砖的使用寿命均在1 2 个月以上甚至更长。 本文在分析云锡铜业澳斯麦特顶吹熔炼炉在冶炼 铜精矿过程中，各因素影响熔炼炉砖使用寿命的 同时，参考同行成熟的操作经验，提出延长炉砖使 用寿命的措施。 1 国内主要炼铜顶吹炉寿命 国内主要炼铜顶吹炉的炉砖寿命见表1 。 从表1 可看出，目前澳斯麦特熔炼炉在铜精矿 冶炼中使用寿命最长的是湖北大冶有色公司的1 8 个月，其次为中条山有色公司的1 5 个月。然而，国 内所有澳斯麦特熔炼炉与云南铜业股份有限公司 简称云铜 的艾萨炉相比较，炉砖寿命差异很大，该 艾萨炉的炉砖寿命超过2 8 个月。从砖型来看，大部 分主要使用铬铝尖晶石砖[ 6 。8 ] ，而云铜使用进口澳镁 砖。各家单位在炉砖材质、筑炉方式、炉砖厚度上各 有差异，有文献[ 9 1 指出，炉砖太厚或偏薄均不利于炉 砖使用寿命的延长，目前国内各家澳斯麦特炉砖厚 收稿日期2 0 1 5 一0 3 一l l 基金项目云南省财政厅、科技厅技术创新暨产业发展专项资金资助项目 2 0 1 4 X B 0 1 7 作者简介袁海滨 1 9 8 4 一 ，男，江西吉安人，硕士，工程师． 万方数据 1 6 有色金属 冶炼部分 h t t p 7 ／y s y l 。b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第8 期 度差异较大，基本在3 7 5 ～6 0 0m m [ 1 0 ] ，但炉砖厚度 在什么范围内较为合理，目前还没形成统一认识。 表1国内主要炼铜顶吹炉炉砖寿命 T a b l elB r j c k f e t i m eo ft o p - b l o w n i n gf u r n a c ei nd o m e s t i cc o p p e rs m e l t e r 2 影响炉砖寿命因素分析 2 ．1 炉砖结构及材质 云铜和中条山有色公司等炉砖寿命分别超过 2 8 个月和超过1 5 个月，停炉测量炉砖厚度，还分别 剩余2 5 0m m 和2 3 0m m ，而两家的原始砖厚度分别 为4 5 0m m 和4 0 0m m ，证明其结构是基本合理的。 这是因为，炉砖厚度过厚，因导热性差，靠炉内砖面 将加速剥蚀，而偏薄炉砖厚度，显然冶炼周期也不会 太长。 不同成分的炉砖，因其本身抗热震性、抗渣性、 密度等差异，导致炉砖使用寿命的差异。邹明等[ 1 1 ] 的研究表明，随着侵蚀温度的升高、保温时间的延长 及炉渣加入量的增加，铝铬砖和镁铬砖的侵蚀面积 增大；熔渣渗入铝铬砖后，形成铁铝尖晶石 F e o A l O 。 和铁铬尖晶石 F e O C r 。O 。 保护层，阻止了 熔渣的侵蚀。3 种耐火材料抗铜冶炼炉渣侵蚀能力 由强到弱为铝铬砖 电熔再结合镁铬砖 直接结 合镁铬砖。由于铝铬砖自身的密度大、显气孔率低， 熔渣在向砖内渗透的过程中，生成的铁铝尖晶石和 铁铬尖晶石这些高熔点物质可以抑制熔渣的继续渗 透，使得砖的侵蚀性得到提高，炉衬的使用寿命得到 延长；另外，炉渣中的S i O 和C a O 可以与砖中的 A l z O 。生成低熔点的硅酸盐相。 2 ．2 渣型控制 炉墙砖挂渣可直接保护炉砖，以防炉砖被热量 冲击、被熔体洗刷侵蚀而影响使用寿命。炉墙砖能 否挂住渣主要受渣型及炉况是否稳定的影响。 熔炼炉渣型控制F e ／S i 0 在1 ．2 ～1 ．4 ，炉渣含 磁性铁8 ％左右，该范围内的渣型熔点在11 5 0 ～ 12 0 0 ℃，靠近经典渣型熔点。渣脆，强度低，很容 易被炉膛温度所熔化，难挂住渣。建议新炉子开始 冶炼铜精矿时，先将初始冶炼冰铜品位有意识地提 高到6 0 ％以上，提高冶炼过程富氧浓度至6 0 ％以 上，F e ／S i O 在1 ．4 ～1 ．7 ，以提高熔体磁性铁含量， 将熔体熔点提高，以便炉墙能挂住高熔点渣。生产 中，在确认炉前挂住高熔点渣后，再恢复各冶炼参 数，正常冶炼即可。如果冶炼过程观察发现炉墙渣 脱落或熔化，可以再次恢复高熔点渣熔炼，然后再恢 复正常冶炼参数。陈肇友[ 1 2 ] 认为，澳斯麦特炉寿短 的主要原因是炉膛内氧分压无法达到3 ．0 6 1 0 叫 P a ，F e 。O 。不能在炉内析出，因此难以在镁铬砖炉衬 上形成挂渣；如果采用铬铝质耐火材料，就可以形成 对炉衬起保护作用的尖晶石。据此，金昌冶炼厂、候 马冶炼厂、大冶冶炼厂等先后采用该方案后，延长了 炉寿，但与云南铜业的艾萨炉寿命相比，仍然偏短。 炉况是否稳定也很重要，它不仅影响炉砖寿命， 还可能影响炉顶结渣程度，严重者将因炉顶大块结 渣脱落而带来喷炉、熔炼炉堰口操作工被涌出熔体 烫伤等危害。炉膛温度的控制及炉况是否稳定控制 受多方面因素的影响，比如给料的稳定性、辅助设备 运行的稳定性、富氧浓度、粉煤配比等。如果炉况不 稳导致炉子急剧升温或急剧降温，特别是异常停炉， 以及未能严格按照烘炉升温曲线升温而快速升温， 使得炉内耐火砖快速膨胀而出现微裂纹。当炉况波 动大时造成炉膛温度的同步大幅波动，将直接影响 炉衬耐火砖的使用寿命。 2 ．3 熔体温度控制 据文献[ 13 ] 介绍，高的铁硅比有利于延长炉衬寿 命，金昌冶炼厂的铁硅比控制在1 ．3 左右，可以适当 降低渣对耐火砖的侵蚀。 由于熔炼炉高温熔体的排放是经堰口混合熔体 溜槽连续排放进电炉，熔体温度在经典渣型附近时， 熔点略微低，这有利于保护炉砖，防止高温熔体对炉 砖的洗刷。然而，实际操作中，因熔体温度控制略微 偏低，导致了堰口混合溜槽易粘结，若清理不及时， 随着粘结渣越结越多，最后影响熔炼炉高温熔体的 正常排放，即出现熔体外溢而使得熔炼炉被迫停料。 万方数据 2 0 1 5 年第8 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 7 因此，炉前操作工肉眼判断熔体温度偏低后，会立即 要求控制室操作手提高熔体温度，然而有时候炉前 操作工的判断与操作手的判断却是矛盾的，因为炉 前操作工想减少自己清理堰口溜槽内结渣工作量而 要求操作手提高熔体温度。 从冶炼角度来考虑，高温熔体在12 0 0 ℃以上， 再提高温度都将加剧炉砖被高温熔体的侵蚀。因 此，熔炼炉冶炼过程必须严格控制熔体温度在经典 渣型温度附近，防止偏高熔体温度对炉砖的洗刷。 加强炉前操作工对堰口溜槽结渣的清理，严禁炉前 操作工擅自要求提高熔体温度，要求炉前操作工加 强对溜槽结块渣的清理，勤清理，确保溜槽畅通。 2 ．4 入炉物料量的稳定性 混合铜精矿入炉量的稳定性不亚于上述任何一 点因素的影响程度，对炉砖的抗热震性影响较大。 在上述各因素的影响都被规避的前提下，稳定混合 铜精矿入炉量的要求显得尤为重要。 目前，熔炼炉控制系统参数与圆盘制粒机给料 系统连锁。然而，圆盘制粒机给料常不稳定，比如入 炉物料一头大料一头小料，甚至断料，皮带送料系统 线路长，实际入炉量却未必与圆盘制粒机给料量一 致，甚至差异较大。熔炼炉控制系统参数的控制常 受圆盘制粒机给料量的波动而自动调整，入炉铜精 矿量波动范围大，这不仅导致了炉况稳定性、炉膛温 度稳定受此影响，控制系统自身频繁波动，特别是喷 枪富氧、喷枪风等控制频繁调整，也对相应设备设施 控制冲击较大，不同程度上影响了相应没备、设施的 使用寿命，加速该设备的损耗。 炉况及炉膛温度波动也受给料量波动以及给煤 量波动的影响，特别是给料量的大幅波动导致炉膛 温度也大幅波动，这不仅导致了炉顶烟气温度忽高 忽低，使得炉顶在进料过程，特别容易粘结熔池喷溅 渣及生料，炉顶烟气温度偏低时，还严重影响了烧结 渣燃烧枪的正常工作 烧结渣燃烧枪需要炉膛烟气 温度稳定控制在至少7 0 0 ℃为最佳，炉膛烟气温度 偏低不利于烧结渣 ，如果炉顶烧结渣不及时，将影 响熔炼炉铜精矿的正常进料冶炼；此外，炉膛温度的 频繁波动还严重影响了炉墙挂渣，频繁波动的炉膛 温度将导致炉墙挂渣冷热膨胀收缩而脱落，从而影 响炉砖的使用寿命，炉砖得不到挂渣的有效保护。 金昌冶炼厂澳斯麦特熔炼炉[ 1 } 1 4 3 在供料皮带上 增设了稳定料量的专用机械装置，稳定了工艺参数， 炉子操作维持常态化，有效避免了炉内骤冷骤热对 炉衬的损坏，炉衬寿命已由第一炉期的4 个月提高 到第二、第三炉期的1 0 个月和1 8 个月，澳斯麦特炉 作业率达9 5 ％以上，日处理铜精矿20 0 0t 左右。 同行稳定混合铜精矿入炉量的做法都是集中在 炉前料仓定量给料机上，它要求控制给料连续而稳 定，波动幅度尽可能小，这可有效保证炉膛及炉况的 稳定，保证相应设备设施的控制不会频繁在自行调 整过程中，确保相应设备、设施的稳定运行，防止设 备的过快损耗。此外，炉膛温度及炉况的稳定可防 止或抑制炉顶结渣过快生长。 2 ．5 熔体连续排放与间歇排放 云铜艾萨炉熔炼[ 1 阳采取的是周期间歇排放，每 次间歇3 0 ～5 0m i n ，每次排放2 0m i n ，即当熔池达 一定高度后，组织炉前烧口子排放熔体。目前，云铜 艾萨炉壳冷却系统采取的是风冷方式，炉壳环境温 度达1 0 0 ～2 0 0 ℃，艾萨炉砖使用寿命达到2 8 ～3 4 个月。该炉砖使用寿命能有如此之长，可能与艾萨 炉熔体间歇排放有直接关系。正因为熔体间歇性排 放，使得艾萨炉冶炼过程，喷枪枪位的控制随熔池升 高或降低而调整，熔池砖受熔体洗刷也常在一定范 围内变化而不集中洗刷某区域，防止某特定渣线砖 区域的炉砖被加速洗刷而严重影响炉砖寿命。 熔体连续排放即熔炼炉通过堰口混合溜槽连续 排放进沉降电炉，要求熔体温度控制在11 5 0 ～ 12 1 0 ℃，保证略高的过热度，这使得澳斯麦特熔炼 炉熔体控制温度始终比艾萨炉控制温度约高2 0 ℃， 这对炉衬耐火砖的保护不利。熔体连续排放方式采 用的是虹吸方式，这保证了熔炼炉内熔池始终在一 定的高度，这也就导致了高温熔体始终在一定的渣 线砖区域洗刷，从而加速了对该渣线砖区域内炉砖 的洗刷。 对澳斯麦特炉砖损耗情况测量发现，炉砖损耗 程度较大区域主要集中在炉底1 ．5 ～3 ．Om 范围 内，1 ．5m 以下炉砖厚度仍在2 0 0m m 以上，而1 ．5 ～3 ．Om 范围内炉砖最严重区域已接近完全消耗。 这就说明了1 ．5 ～3 ．om 范围内为熔体强烈搅拌区 域，该区域炉砖被严重洗刷。因此，是否考虑定期调 整喷枪的枪位深度，适当提高或下降喷枪插入熔池 深度，防止熔池始终集中在固定区域搅拌而洗刷炉 墙砖，这或许能缓解渣线炉砖洗刷剥落以及在一定 程度上延长炉砖使用寿命。另据文献[ 】6 3 提供的数 据，芒特艾萨炉熔炼过程的搅拌能为1 6 ～1 9k W ／t ， 而澳斯麦特炉熔炼过程的搅拌能为2 6 ．2k W ／t ，从 搅拌能的差异来看，这是否说明了澳斯麦特炉熔炼 过程中熔体的搅拌强度要大于艾萨炉熔体 是否是 万方数据 1 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第8 期 导致澳斯麦特炉炉砖寿命明显低于艾萨炉的根本原 因之一 因此，是否考虑略微降低澳斯麦特熔炼过 程喷枪风压力，这需要在生产实践中不断摸索，以满 足正常生产不出现大的波动，铜精矿处理能力得到 保证。喷枪风压力的调节，或许能减弱熔池的搅拌 强度，减弱高温熔体对渣线砖的高强度冲刷。 3结论 1 选择合适厚度炉砖，选择抗热震性、抗炉渣侵 蚀的铬铝尖晶石砖，可确保炉砖使用寿命的延长。 2 控制渣型、稳定炉况和炉膛温度、稳定控制渣 型及熔体温度、确保炉墙砖挂渣效果防止熔体的洗 刷侵蚀，防止过热度偏高加剧熔体对炉砖的侵蚀。 3 稳定铜精矿入炉量可以稳定炉况炉膛温度， 减少炉膛温度波动，炉顶结渣速度受抑制，有效避免 炉内骤冷骤热对炉衬的损坏。 5 勤调节喷枪位可以避免熔体始终集中于渣线 区域，减小局部炉砖的侵蚀，从而延长整体炉砖的使 用寿命。 参考文献 [ 1 ] 张志国．澳斯麦特炉炉寿偏短原因探析[ J ] ．有色冶金 设计与研究，2 0 1 3 ，3 4 3 3 8 3 9 ，4 7 ． [ 2 ] 陈立华．浅析铜冶炼技术发展方向及趋势[ J ] ．有色矿 冶，2 0 l O ，2 6 5 2 4 2 5 ． [ 3 ] 史有高．芒特艾萨和澳斯麦特富氧顶吹炼铜技术的 比较[ J ] ．中国有色冶金，2 0 0 4 ，3 3 1 1 1 1 3 ，3 5 ． [ 4 ] 车驾才．延长奥斯麦特炉寿命的技术改造与实践[ J ] ． 冶金丛刊，2 0 0 6 5 2 8 3 0 ，3 9 ． [ 5 ] 孙来胜．A u s m e l t 炉耐火材料的改进[ J ] ．中国有色冶 金，2 0 0 8 ，3 7 3 1 9 2 1 ． [ 6 ] 章道远，樊新丽．澳斯麦特铜熔炼炉渣线用后铝铬残砖 的分析[ J ] ．耐火材料，2 0 1 2 ，4 6 3 2 0 0 一2 0 2 ，2 0 5 ． [ 7 ] 郭炜．浅析延长澳斯麦特炉炉衬的措施和方法[ C ] ／／第 八届全国锡锑冶炼及加工生产技术交流会论文集．广 西柳州，2 0 0 6 6 9 7 2 ． [ 8 ] 于仁红，王宝玉，黄兴远．A u s m e l t 炼锡炉炉渣对镁铬耐 火材料的侵蚀[ J ] ．有色金属 冶炼部分 。2 0 0 8 4 8 1 1 ． [ 9 ] 胡丕兴．提高澳斯麦特炉炉衬寿命的研究[ D ] ．江西赣 州江西理工大学，2 0 1 1 ． [ 1 0 ] 史谊峰，李云，范巍．艾萨熔炼技术的引进及其在云铜 的应用实践[ J ] ．有色冶炼，2 0 0 3 ，5 5 5 1 4 一1 8 ，6 5 ． [ 1 1 ] 邹明，蒋明学，钱跃进，等．铝铬砖和镁铬砖抗艾萨炉 炉渣蚀损的模拟研究[ J ] ．耐火材料。2 0 0 7 ，4 1 3 1 8 0 一 1 8 2 ． [ 1 2 ] 陈肇友．澳斯麦特铜熔炼炉用耐火材料与保护层形成 问题[ J ] ．中国有色冶金，2 0 0 5 ，3 4 1 2 7 2 8 ，4 4 ． [ 1 3 ] 王舒敏．延长澳斯麦特炉炉衬寿命的生产实践[ J ] ．中 国有色冶金，2 0 0 7 ，3 6 4 4 9 5 2 ． [ 1 4 ] 李俊良．五鑫铜业澳斯麦特炉炉寿命影响因素分析 [ J ] ．新疆有色金属，2 0 1 3 增刊1 ；1 7 7 1 8 0 ． [ 1 5 ] 史谊峰，杨小琴，李云，等．艾萨熔炼技术在云铜的实 践[ J ] ．中国有色冶金，2 0 0 6 ，3 5 2 l2 1 8 ． [ 1 6 ] 杨小琴，史谊峰，张邦琪，等．艾萨炼铜技术的应用及 创新[ J ] ．中国有色冶金，2 0 0 6 ，3 5 4 1 8 2 2 ，4 3 ． 万方数据