提高陽極爐爐齡生產實踐

馬楊軍，陳一波

（江銅集團貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

江西銅業公司貴溪冶煉廠（以下簡稱貴冶）30萬噸銅冶煉工程，于2007年建成投產。該系統配備了2臺處理能力630噸/臺的回轉式陽極爐，當年投產后各項主要技術經濟指標均達到其設計值。一直以來，貴冶都積極嘗試通過新技術開發與應用，來降低生產成本、提高自動化水平，保持自身技術水平始終站在世界銅工業的前沿[1]。2015年6月陽極爐燃燒系統改造為純氧助燃后，燃料單耗下降50%，大幅減少了生產成本，但純氧助燃技術的應用，提高了火焰溫度，加劇了局部耐火材料的損耗。銅酸系統兩年一個年修周期，年修對爐襯進行翻修，一年對爐襯進行一次局部挖補。耐材消耗過快制約了陽極爐爐役期，如何在燃燒方式改變的前提下保證陽極爐的爐齡提出了新的挑戰[2]。

1 工藝簡介

陽極爐屬于精煉液態粗銅的傾轉式冶金爐，外形類似臥式圓筒形容器。殼體由60mm厚的鍋爐鋼板焊接而成，內襯的工作層均為電熔再結合鎂鉻磚。圓筒的一端安裝燃燒器，另一端留有出煙口，燃燒器噴出的火焰以及燃燒產生的煙氣自燃燒端往排煙端運動，因此爐內溫度也是燃燒端高于排煙端。由于爐內各區域溫度分布、熔體運動，以及煙氣流動的狀況存在較大的差異，所以各部位耐火磚損耗的原因以及損耗的程度也大不相同。易損耗的區域主要有以下部位。

1.1 風口區

耐材損耗的主要原因是；在氧化期和還原期，承受從風口噴入爐內的氧化、還原介質攪動熔體沖刷。由于燃燒側的溫度更高，氣流帶來的熔體攪動更加劇烈。同時耐火磚工作面的溫度也更接近其荷重軟化溫度，因此燃燒側風口耐火磚的損耗更加嚴重。

1.2 爐口區

耐材損耗的主要原因是；爐口蓋在開啟和關閉兩種狀態切換時，爐口周邊溫度變化大，爐口周邊的耐火磚，承受因急冷急熱產生的熱應力。由于下爐口在加料、倒渣期間還要承受熔體的沖刷，因此下爐口的損耗更加明顯。

1.3 燒嘴磚

耐材損耗的主要原因是；燃料燒嘴安裝于燒嘴磚中心，燒嘴磚處于爐膛內最靠近火焰的位置，因此也是爐襯易燒損的部位。特別是因各種原因導致燃料或氧氣偏流的情況下，燒嘴磚損耗特別明顯。

1.4 渣線區

耐材損耗的主要原因是；粗銅精煉產生的渣量少、比重小，漂浮于熔體表面，渣線基本等同于熔體的液面線，熔體在被氣流攪動時液面的波浪不斷沖擊侵蝕爐體渣線區域的耐火磚。精煉渣中的酸性氧化物SiO2，對以MgO為主要成分的堿性耐火材料有明顯的侵蝕作用。陽極爐的渣線區域是指爐體在氧化、還原位置時貼近于熔體液面線的多層耐火磚，停爐檢修時，在爐內明顯可見渣線侵蝕形成的線狀凹槽。由于燃燒側溫度更高，燃燒側渣線區域的凹槽更寬且深，在燃燒側的端墻最為明顯。另外出銅口下方的渣線區域在澆鑄期還要承受熔體持續往出銅口單向流動產生的沖刷，形成約2平米大小的凹坑。

采取改進措施前，爐內檢修時耐火磚損耗記錄，易損耗的區域主要有主要如下表1。

表1 5號爐修時耐火磚損耗情況勘測記錄表（爐齡350爐，工作層380 mm）

2 改進措施

類似于木桶理論，陽極爐的爐壽命取決于損耗最快區域耐材的使用時間。為了確保陽極爐爐齡，作業過程中采取了以下措施來延長易損耗區域耐火磚的使用壽命。

2.1 降低目標銅溫

澆鑄包內銅液溫度達到1140℃以上即可保持良好的流動性，澆鑄出合格的陽極板。高溫銅液從出銅口流出經溜槽導流至圓盤澆鑄機的過程中銅溫降幅在50℃~60℃。因此要確保產品質量，還原終點目標銅溫必須達到1200℃左右。技術人員通過改進澆鑄期銅熔體從陽極爐出銅口導流至圓盤澆鑄機環節的保溫措施，縮小銅液溫降20℃~30℃。從而使陽極爐還原終點溫度控制范圍降至1170℃~1180℃。

2.2 加長易損區域耐火磚的長度

根據停爐檢修的勘測記錄，繪制易損耗區域位置圖，將區域內磚型的長度由380mm增加至430mm；通過定制加長的耐火磚，增加易損耗區域爐襯厚度，達到延長該區域使用壽命的目的[3]。

2.3 壓縮空氣替代中心氧

根據原設計純氧燃燒器的助燃氧氣分為中心氧和環氧；環氧壓力高，噴射到爐膛中部，起主助燃作用；中心氧在燃料噴槍嘴附近與燃料混合，幫助形成根部火焰，確保燃燒穩定、不脫火。采用壓縮空氣替代中心氧，降低根部火焰溫度，達到降低燃燒端溫度、促進爐內熱量分布均勻的目的。因為中心氧的用量僅占助燃氧總量的10%，采用等體積的空氣替代純氧對陽極爐熱效率的影響甚小。

2.4 開展弱氧化—還原攻關

通過開展弱氧化-還原技術攻關，不僅達到了降低還原劑單耗的目的，同時縮短了氧化、還原期作業時間。月均氧化期時間縮短0.35h/爐、還原時間縮短0.38 h/爐[4]。隨著冶煉時間縮短，氧化、還原介質對風口區耐火磚沖刷的時間以及熔體表面對渣線區域侵蝕的時間都同步縮短，延緩了以上易損耗區域耐火磚的損耗。

3 取得的效果

通過兩年的時間，將上述措施實施到位，并形成穩定的生產模式與工藝控制標準。不僅爐爐齡指標。近年來陽極爐爐齡及爐襯檢修情況，具體見下表。

表2 5號爐爐齡及耐火磚檢修量記錄表

4 結語

通過貴冶工程技術人員的不斷摸索和實踐，陽極爐爐襯翻修周期提升至4年，在空氣助燃改為純氧助燃后，陽極爐爐齡不降反升，只是貴冶經濟技術指標不斷優化的一個縮影。陽極爐爐齡指標的穩步推進，不僅降低了冶煉成本，也為系統長周期穩定生產提供了有力支撐。