銅精礦富氧底吹熔池熔煉爐爐壽控制與生產實踐

夏躍彪 戚永輝 胡圍柱

摘 ?要：對銅冶煉生產企業來說，爐壽的長短直接關系到生產成本的降低，同時更制約著系統生產組織、計劃，因此有效控制提高爐壽對高效生產具有重要意義。文章分析介紹了底吹煉銅爐爐壽影響的主要原因和易門銅業生產實踐控制，對銅冶煉生產爐壽控制有一定的借鑒意義。

關鍵詞：底吹煉銅爐;爐壽;實踐

中圖分類號：O657.31 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）02-0090-03

Abstract： For copper smelting enterprises， the length of furnace life is not only directly related to the reduction of production cost， but also restricts the system production organization and planning， so effective control and improvement of furnace life is of great significance to efficient production. This paper analyzes and introduces the main reasons for the influence of the furnace life of the bottom-blowing copper smelting furnace and the production practice control of Yimen Copper Industry， which can be used as a reference for the furnace life control of copper smelting.

Keywords： bottom-blowing copper smelting furnace; furnace life; practice

前言

底吹爐爐子壽命是指新修砌一次爐襯投入使用到下一個檢修砌筑時間周期，單位一般用月表示。爐齡的長短與生產操作溫度、銅锍品位、熔渣成份及其溫度、耐火材料質量、材質成份、性質、砌筑質量等密切相關。確切地說，底吹爐爐子壽命就是爐襯壽命。

1 影響爐襯壽命的主要原因

1.1 化學侵蝕

熔劑中的SiO2與耐火磚中的MgO作用生成鎂橄欖石;爐渣中鐵的氧化物，能使耐火磚中方鎂石和鉻鐵礦晶粒飽合，使晶格破裂;耐火磚中的MgO在高溫作用下熔解于2FeO·SiO2中。

1.2機械作用

爐氣、熔體對爐襯的沖刷;冰銅滲入砌體，使爐襯氣蝕、松散。在適當溫度下，煙氣中的SO2與堿性磚中的方鎂石相互發生反應，生成含鎂的硫酸鹽，使磚體的組織結構發生崩潰，降低使用壽命。

1.3 熱應力的作用

富氧底吹爐屬于熔池強化熔煉，熔煉溫度很高，生產操作控制簡單靈活方便，類似于轉爐，實際過程中隨時可以轉出應對停電以及其他設備故障等的處理，故障處理排除轉入即可恢復正常生產。但其氧槍必須定時或不定時的轉出進行檢查更換處理，造成熔池及渣線部位爐襯爐溫驟降、急冷急熱，產生很大的熱應力，使爐襯破裂，產生掉磚等現象。在處理高硫礦、冰銅品位控制較低、爐溫控制高的情況下尤為嚴重。

2 易門銅業有限公司底吹爐內襯結構

我公司在底吹爐砌體設計、砌筑時充分考慮了以上爐襯損毀機理和生產特點：

渣線以上采用（直接結合）MGe-16鎂鉻磚，氧槍磚及渣線以下采用（電熔再結合）鎂鉻磚MGe-24。

3 目前所知底吹爐爐壽情況

由于硫化銅精礦富氧底吹爐熔池熔煉是國內近年自主研發的新生工藝，工業生產實踐歷史不是很長，但從目前國內的幾家生產來看，爐壽大多能控制在15個月以上，具體見表1。

從表1可以看出大部份廠家爐壽都能控制在15個月以上，主要是冶煉溫度控制較低，但是生產中 CuO2、NiO、PbO、SnO等氧化物在熔融狀態下具有較強的堿性，冰銅、砷化銻硫化物和熔渣等物質在冶煉過程中具有較大的流動性和浸透能力，另外還有酸性氣體的侵蝕，爐襯易被侵蝕，特別是渣線區域的爐襯損毀最快。并且由于爐內襯體中存在著溫度梯度，當熔融金屬、氧化物或熔渣沿著襯體的縫隙或氣孔滲透到縱深內部時，則發生三種情況：

（1）熔融金屬發生氧化、還原或形成低熔點的礦物，致使襯體遭到侵蝕，或產生龜裂剝落，見圖2。

（2）熔融金屬、氧化物發生沉積，造成襯體膨脹而塌落;銅熔點1083℃，冶煉過程中，當銅氧化成CuO2時體積增大0.64倍，氧化成CuO時體積增大0.75倍。也就是說在銅熔煉爐襯體的斷面上，由于溫度的不同，浸透的銅呈現不同的形態，即體積變化也不同，致使襯體材料的組織結構產生龜裂、裂縫，甚至發生剝落，見圖2。

（3）強堿性的熔融金屬或熔渣，流動性很強，對襯體造成沖刷的侵蝕。在適當溫度下，煙氣中的SO2與堿性磚中的方鎂石相互發反應，生成含鎂的硫酸鹽，使磚體的組織結構發生崩潰，降低使用壽命，見圖3。

4 易門銅業有限公司爐壽控制的主要措施

公司針對自身工藝富氧底吹熔煉爐外分離特點，為減少生產過程中爐襯的三種損傷分別從渣型性質、熔煉溫度、冰銅品位及操作控制制度上均進行嚴格控制。

4.1 控制熔渣鐵硅比1.2～1.3

由于底吹爐用鎂鉻磚是堿性材料，生產中熔渣性質卻存在著酸堿性可人為調整控制的不確定性，也就是說如果控制不當會造成熔煉渣成酸性，強烈腐蝕堿性的爐襯磚。因此，確保生產熔煉渣中性或堿性是降低爐襯損失的關鍵。而熔渣主要組成成份是鐵氧化物和硅酸鹽，鐵的氧化物是堿性，硅的氧化物是酸性，對此，通過購買便攜式熒光分析儀并投入使用，班中每兩小時對熔渣及時取樣分析，十五分鐘出具分析結果，根據分析時時進行調整，控制熔渣鐵硅比1.2～1.3，嚴禁低于1.1充分確保熔煉渣型在堿性，降低熔渣對爐襯的化學侵蝕損壞。

4.2 控制熔體溫度在1160～1180℃

在一定溫度條件下，銅的氧化物能夠與耐火材料襯體中的某些氧化物發生反應而生成液相。如氧化銅與SiO2的液相點為1060℃，與MgO的液相點為1135℃，與Cr2O3的液相點則在1560℃以上。

生產過程中提高溫度有利于提高熔渣和銅锍的流動性，降低粘度，但也會加劇其對爐襯的沖刷和滲透。通過采取紅外線測溫槍定時和不定時地進行咽喉口熔體測溫跟蹤，每周用一次性測溫電偶對熔體進行測溫一次，調校紅外線測溫槍的準確性，確保生產控制熔煉咽喉口熔體溫度在1160～1180℃以內，防止超高溫造成的損害。

4.3 控制冰銅品位

低品位的銅锍對耐火材料成份的溶解度較大、滲透力更強。通過便攜式熒光分析儀的投入使用，及時對當班品位進行分析，根據分析及作出調整控制冰銅品位50～55%。

4.4 保溫恒溫

生產中總是存在計劃性停爐系統檢修和氧槍檢查更換處理，造成熔池及渣線部位爐襯爐溫驟降、急冷急熱，產生很大的熱應力，使爐襯破裂，產生吊磚等現象。對此，采取轉出停吹≥4小時，用主燒嘴進行燒油保溫恒溫;同時當發生爐子轉出停吹時間較長且爐膛溫度低于950℃，復產時則必須采取油槍升溫到950℃以上方進行轉爐生產。

4.5 時時跟蹤監控

為更好跟蹤了解爐襯完好情況，及時發現異常，易門銅業有限公司采取了對爐子外殼主要各點，用精密紅外線測溫槍每小時進行一次溫度測量，一但發現爐殼溫度高于260℃以上，即為異常現象，必須及時分析原因采取應對措施處理。另外每班制作專用工具，在底吹爐轉出檢查更換處理氧槍時，通過氧槍孔對氧槍部位爐襯厚度進行測量，及時掌握爐襯損失的情況，準確測算爐子的壽命，科學計劃組織生產。

4.6 氧槍裝配及爐口銅水套漏水及時進行處理

在每次底吹爐轉出清理結焦更換氧槍時，氧槍頭伸出氧槍磚5-10mm。這樣生成的“蘑菇頭”既可以保護氧槍，又可以防止混氧空氣沖刷爐襯。底吹爐爐口水套是銅壓制，安裝在出煙口，長期受到爐氣沖刷，會變薄。另外，在清理爐口粘結時會使爐口水套損傷，從而導致爐口漏水。出現爐口銅水套漏水時需停爐進行及時處理，不能斷水長期進行作業。通過其他廠家生產實踐，爐口銅水套斷水15天左右，銅水套燒損，爐口磚出現燒損，從而縮短了爐子壽命。

5 取得的效果

2015年2月1日大修復產生產24個月以來，監測最薄弱、最易損部位氧槍磚，最大損失只有170mm（原磚厚400mm），爐殼溫度最高為245℃，按照其他廠家情況，熔池內磚余量達到150mm，爐殼溫度達到280-300℃時，底吹爐還可以正常組織生產2-3月，由此，可以判斷公司底吹爐爐襯還可以生產6個月以上。

見表2最大損失也只有170mm。

6 結束語

以上是我們對影響爐壽的幾個主要因素的分析，影響爐壽的因素很多，爐齡的長短與生產操作溫度氣氛和壓力、銅锍品位、熔渣成份及其溫度、耐火材料質量、材質成份、性質、砌筑質量等密切相關。在一般操作條件下，與熔體熔渣接觸的爐襯部位，大多采用高級堿性磚。隨著科學技術的進步、新型耐火材料的研發和推廣應用，對提高爐壽及提升企業經濟效益仍需不斷的總結和研究。

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