提升卡爾多爐爐齡的生產實踐

鄧偉民

（江西銅業集團有限公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

江西銅業集團有限公司貴溪冶煉廠卡爾多爐在瑞典奧托昆普公司引進，在南昌有色金屬設計院輔助作用下完成了設計。卡爾多爐主要采用的是富氧頂吹冶煉技術［1］，即在四臺旋轉電機驅動作用下，在爐體周圍實現中心軸360°旋轉，且在旋轉過程中完成相關熔煉以及吹煉過程，在實際應用中具有良好的傳熱以及傳質條件，操作過程中需要和水平面呈現出28°角。另外在向爐內進行加料、倒渣以及倒銅作業中，能夠通過傾轉電機驅動力的影響，讓整個爐體繞爐體水平軸實現0°～270°傾轉［2］，完成向爐內加料、倒渣、倒銅作業。

該廠卡爾多爐作業過程中，對爐內含銅物料采用柴油加純氧燃燒方式加熱，將其熔化冶煉成渣，之后在吹煉槍的應用下通過富氧對其實施吹煉除雜，生產出含銅率大于98.50%的粗銅［3］，最后在密閉式水冷煙道、噴霧塔等應用下處理生產過程中的高溫工藝煙氣，同時利用環集煙罩布袋實現對卡爾多爐加料、放銅、放渣等操作過程中產生的粉塵等進行收集，實現綠色環保生產［4］。但是在實際運行過程中，依舊存在有部分不滿意度指標，例如爐齡不達標，作業周期短，爐磚損耗高等問題。為解決爐磚消耗大，提升卡爾多爐作業周期，進而提高爐齡，通過對近幾年爐修的數據進行分析，提出了相應的改造措施，以滿足生產實踐需求。

1 卡爾多爐爐齡指標的制定

該廠卡爾多爐于2009年5月正式建成投產，在為將建設成為一流銅冶煉工廠的大環境下，作為冶煉雜銅的卡爾多爐各項經濟技術指標必須達到世界一流，把卡爾多爐爐齡作為創標桿指標，目標為380爐。改造前卡爾多爐工藝流程圖如圖1所示。

圖1 改造前卡爾多爐工藝流程圖

2 提升卡爾多爐爐齡的背景及原因剖析

卡爾多爐歷年作業情況見表1，由表1可以看出，自2009年5月進行試生產后，平均作業爐齡為94爐，平均作業天數為27 d以及更換耐火磚量為185 t，在對其實施初步摸索改造后，截止到2014年平均作業爐齡、平均作業天數均得到顯著提升，耐火磚更換量也大幅度下降。針對這一情況2015年年初廠部提出：卡爾多爐在2014年平均爐齡245爐的基礎上，要求對其進行挖潛改造，進一步提升作業爐齡至380爐以上。在針對卡爾多爐現狀進行調查中發現，爐內砌筑結構已經出現剝落，通過對近幾次爐爐修時爐襯損耗情況統計數據分析發現，均是因爐體上部耐火磚燒損脫落嚴重而停爐檢修，影響作業周期。

表1 2009年－2014年作業情況

3 影響卡爾多爐作業爐齡的原因分析

對影響卡爾多爐作業爐齡的因素進行展開分析，最終確定問題出現的主因：（1）爐內磚上筒體耐火磚處于渣線區位置，受到各種雜質的化學腐蝕；（2）卡爾多爐使用純氧油燒嘴熔煉時間較長，對爐體上部耐火磚的熱輻射量大；（3）管理制度操作方法不夠完善加速了該區域爐磚的損耗。導致作業周期短，影響爐齡指標。

4 改造方案及主要措施

針對爐磚消耗大，造成作業周期短，進而影響爐齡指標這一現狀通過摸索實踐，管理創新，制定出了如下三個方面的改進措施。

4.1 燃燒噴槍的改造及措施

目前火法冶煉中，用作燃料的有重油（柴油），天然氣。改造之前貴冶卡爾多爐是柴油作為燃料進行作業，同時熔煉造渣過程中，還需要添加SiO2作為溶劑，添加Fe作為還原劑［5］，以實現對物料中銅的氧化物進行還原。但是在純氧油槍燒嘴的應用下，燃燒過程中會在渣線區出現高溫區，又因油槍噴頭為發散型向四周噴射燃料，直接對爐磚進行高溫灼燒，導致在高溫作用下耐火材料出現嚴重侵蝕，造成耐火磚出現嚴重損耗。

通過探索實踐發現，天燃氣噴槍以天燃氣作為燃料，以半預混湍流燃氣燃燒技術理論為依據，通過特殊的結構設計，使氧氣通過高速射流和天燃氣射流形成強烈的剪切、拉伸攪拌作用，在出口一定距離內就摻混得十分均勻，因此燃燒完全，能夠實現高強度燃燒，火焰出口噴射速度高，火焰剛性強、燃燒穩定，不回火。對比柴油噴槍，火焰直接噴向前方，避免了發散火焰直接對爐磚的燒烤，降低了爐磚的消耗。

4.2 爐磚結構砌筑改造方案及措施

卡爾多爐爐磚改造前砌筑結構圖如圖2所示，可以清晰看出爐磚砌筑結構僅為100 mm厚保護層以及240 mm工作層。爐修期間通過對爐磚消耗情況進行分析得出：因渣線區時常處于上筒體，使得該處爐磚消耗過快，導致上筒體的爐磚消耗至需要更換時，下筒體以及底部的爐磚因消耗沒那么大不需更換。為了保證安全生產必須對上筒體爐磚進行更換，進而影響到作業周期，使得爐齡指標達不到要求。

圖2 改造前爐內砌筑結果剖面圖

針對這一現象展開分析后，提出了相應的改善對策，具體為：改進前卡爾多爐砌筑結構，將爐襯工作層由原來上下統一砌筑240 mm的鎂鉻磚，改進為爐底部位砌筑300 mm、中間部位砌筑350 mm、爐體上部砌筑400 mm的鎂鉻磚，以減緩爐磚的損耗量，達到提高爐齡的目的。具體改造后爐內砌筑結果剖面圖如圖3所示。

由圖3可看出，對上筒體易消耗區的爐磚長度加長，使得高溫液體渣液優先消耗此區域爐磚，達到均衡消耗爐磚的效果，延長作業周期。

圖3 改造后的爐內砌筑結果剖面

4.3 工藝操作實踐改進

工藝生產操作中，通過開展勞動競賽，改進操作方法，優化各項經濟指標，進一步降低天然氣單耗，降低耐火磚的燒熱輻射，從而降低爐磚消耗；工藝人員常對爐磚消耗情況進行爐內點檢，根據點檢的消耗情況改變原料的裝入量；工藝人員在生產操作中根據裝入量的不同控制噴槍燃燒區域；根據不同作業期調整旋轉速度；適量減少傾動爐渣的裝入量：對新爐磚進行掛渣作業，使得新爐磚能夠得到覆蓋保護［6］。通過以上措施減少爐磚消耗，延長每爐期的作業時間，提高爐齡。

5 實施效果

改造前后的卡爾多爐歷年作業情況如圖4、圖5所示。

圖4 改造前卡爾多爐歷年作業情況表

圖5 改造后卡爾多爐作業情況

由圖4、圖5可以看出：改造前，經過多年摸索實踐，卡爾多爐爐齡作業已經達到2014年的平均爐齡223爐，平均作業天數為66.5 d。改造后五年每年爐修次數為由之前的每年6次降到每年4次，平均作業爐齡為單爐期350爐，作業天數都達到90 d以上。并且2021年第一個主要作業周期更是達到了創歷史紀錄的單爐期爐齡為598爐，作業天數147 d。由此可見，采用天然氣槍替代純氧油槍，以及爐磚砌筑的改造都有助于降低高溫侵蝕，進而顯著降低耐火損耗，有助于提升作業周期，進而提高爐齡.

除此之外，項目的改造還帶了一定的經濟效益，經過改造后，卡爾多爐爐齡由245爐，提升到340爐，就意味著每年可減少2次爐修（每次爐修需鎂鉻磚70 t，每噸8 000元，平均每次爐修需7.5 d）。其中在針對成本計算中發現，年成本降低可以達到2次／a×70 t×8 000元／t＝112（萬元／a）；在針對產量計算中發現，年增長產量可以達到15 d／a×4爐／d×70 t／爐＝4 200（t／a）。由此可見，通過對爐磚結構砌筑的改造，進一步降低了爐磚的損耗量，從而達到提升爐齡的目的。

6 結 論

貴溪冶煉廠卡爾多爐經過長期摸索改造以及創新，從2009年試生產開始，逐漸提高了貴冶卡爾多爐爐齡，提升了每爐期作業天數，不但顯著提高了工作效率，也進一步降低了貴冶卡爾多爐生產中的維修次數，尤其是耐火磚的使用量顯著降低，大大降低了生產成本，對于提高生產實踐經濟效益具有重要意義。對于企業來講，提升貴冶卡爾多爐爐齡的相關改造措施，在滿足環保需求基礎上，進一步提高了生產產量以及質量，冶煉成本和其他雜銅冶煉技術相比有著顯著優勢，對于再生銅資源冶煉技術的發展也具有重要意義。