提高豎爐使用壽命的生產實踐

薛超立，張樹鵬

（陽谷祥光銅業有限公司，山東 聊城 252000）

1 引言

豎爐工藝用于熔化電解殘極、不合格陽極板。豎爐設備的特點是燒嘴設置在豎爐底部的周圍，物料在底部熔化后料柱不斷下降，同時高溫的煙氣在上升過程中對料柱持續進行預熱，從而降低能耗，節約成本。陽谷祥光銅業的豎爐［1］主要用于熔化電解殘極、不合格陽極板，熔化的銅液雜質含量少，不需要氧化還原作業，主要用于澆鑄陽極板及圓盤澆鑄使用的銅模［2］，但是因長時間上料沖擊，爐體耐火磚極易脫落，造成豎爐被迫停產檢修。

2 豎爐的基本構造及原砌筑方式

豎爐爐型為立式圓筒形，高度達37m，主要有豎爐本體、上料裝置、水冷煙道等組成，如圖1所示。祥光銅業的豎爐正常生產期間在爐體下部設有2排燒嘴，采用頂部上料的方式。熔化的銅液經溜槽進入保溫爐，熔化的物料雜質低。銅液進入保溫爐后無需進行氧化還原作業，待保溫爐內儲存銅液達到一定量后，通過澆鑄溜槽至圓盤澆鑄機［3］澆鑄成合格的陽極板或銅模。豎爐本體是豎爐最主要的部分，分為上筒體及下筒體。為增加加料期間的抗沖擊性，上筒體上部設置1圈1.5m的防撞銅塊；下筒體由耐火材料砌筑而成，由外向內依次為鋼殼、耐火纖維板、尖晶石耐火料、粘土磚、碳化硅磚，如圖2所示。正常生產期間由于頻繁的上料沖擊及燒嘴區域的銅液沖刷，頂部耐火磚、燒嘴區域耐火磚及爐底耐火磚極易出現損耗脫落。一旦出現工作層耐火磚脫落極易出現爐體坍塌，造成停爐事故。

圖1 豎爐結構示意圖

圖2 豎爐砌筑圖

3 砌筑方式及爐頂改造

通過對豎爐耐火磚損耗區域梳理發現，爐頂區域耐火磚極易出現斷裂損耗，爐體中部易出現脫落，燒嘴及爐底區域易出現脫落。結合現場作業及爐內檢查發現，爐頂區域耐火磚的損耗，主要由于防撞銅塊防護范圍小，員工在作業期間不能準確控制料位在爐頂1.5m范圍之內，料位低于防撞銅塊后，殘極或廢陽極板直接沖擊頂部耐火磚，頻繁的沖擊造成頂部耐火磚斷裂損耗，甚至出現脫落。爐體脫落的耐火磚隨爐料落到底部，造成豎爐出銅口堵塞，底部銅液無法流出，熔化銅液液位升高，倒灌下排燒嘴，造成豎爐停爐，嚴重影響了殘極處理計劃。

對影響豎爐使用壽命的因素進行分析，經過不斷實踐、總結，對砌筑方式和爐頂結構進行改造，包括增加1.5m防撞銅塊、筒體耐火磚砌筑方式修改、耐火磚改型［4］、增加防撞銅塊及冷卻風管等，為后期豎爐處理廢銅模、溜槽銅等大塊物料打下良好的基礎。

（1）爐體砌筑方式的修改。原爐體及燒嘴區域采用2層寬度為114mm的耐火磚進行砌筑，內部采用耐火料填充，如圖2所示，整體砌筑高度在10.97m，豎爐運行期間爐體強度差，頻繁出現爐體磚脫落，豎爐被迫停爐檢修。改造后，每間隔15層通體磚采用2層長度為450mm的大磚進行固定，增強整個筒體的穩定性，如圖3所示。對燒嘴區域耐火磚進行改造，砌筑過程中采用硫酸灰，如圖4所示，含水分較少，攪拌后會膨脹發酵，磚縫之間會擠出氣泡，內部能填充均勻，高溫加熱耐火磚粘接更加牢固，增強了燒嘴區域穩定性及抗沖擊能力，延長了廢陽極板、廢銅模等大塊物料入爐后爐體使用壽命。

圖3 改造后豎爐砌筑圖

圖4 豎爐燒嘴區域耐火磚改造，采用硫酸灰砌筑

（2）防撞銅塊的修改。豎爐爐體原設計在頂部加料口有1層防撞銅塊，如圖5所示，主要用于上料期間防止物料撞擊爐體。由于防撞銅塊防護范圍小，員工在作業期間不能將料位準確控制在爐頂1.5m范圍之內，料位低于防撞銅塊后，殘極或廢陽極板入爐期間沖擊點位于銅塊與爐頂磚連接位置，沖擊力造成爐頂磚松動、脫落，嚴重時出現筒體磚脫落，造成豎爐停產。改造后在原銅塊底部增加1層自主設計、自主澆鑄的銅塊，如圖6、圖7所示，從而延長銅塊的防護深度，保護爐頂耐火磚；同時增加1圈冷卻風管，如圖8所示，對銅塊及固定螺栓進行降溫，減少高溫煙氣對銅塊及固定螺栓的影響。

圖5 原設計防撞銅塊

圖6 自主設計、澆鑄防撞銅塊

圖7 增加一層防撞銅塊

圖8 增加環形冷卻風

4 豎爐改造后的生產實踐及效果

通過對豎爐爐體砌筑方式改造、耐火磚改型、防撞銅塊及冷卻風的增加，做到了對爐頂防撞銅塊、耐火材料的零損傷，大大增強了爐體穩定性，延長了爐體使用壽命，全年豎爐挖補檢修次數由5次降低至目前的3次，豎爐每次檢修后的作業時間由原來的70d延長到120d以上，每次檢修后的物料處理量由原來的15000t提高到了24000t，見表1所示，有效地提高了豎爐作業率和產能。同時豎爐改造實施后，豎爐-保溫爐具備了對廢銅模、溜槽銅等大塊物料的處理能力［5］，經過工藝人員的不斷實踐、總結，解決了高能耗的固定式陽極爐［6］停爐期間廢銅模、溜槽銅等大塊物料的資金占壓問題，同時降低了大塊物料的處理費用。

表1 豎爐作業時間及物料處理量記錄表

5 結語

祥光銅業的豎爐改造實施后，提高了爐體使用壽命，延長了豎爐作業時間，降低了停爐檢修頻次，同時具備了處理廢銅模、溜槽銅等大塊物料的能力，有效地提高了豎爐作業率和產能，降低了能源單耗，節約了生產成本，獲得了良好的經濟效益及社會效益［6］。