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影响铜冶炼转炉炉衬寿命的原因分析及生产实践

采用PS转炉进行生产的铜冶炼厂,转炉在生产中起到粗炼除杂并配合上下工序调整生产节奏的作用,而转炉内衬耐火材料的使用寿命决定了转炉炉寿的高低。楚雄滇中有色公司2台60t转炉采用炉交换的生产模式进行生产,2013~2015年,转炉炉寿一直偏低,小修炉寿平均为90~95炉,低于同行业水平。转炉炉寿的高低,直接影响转炉工序的各项经济技术指标,同时频繁倒炉、检修次数增加给生产带来诸多不利影响。
转炉耐火砖的损耗情况
1.1转炉耐火砖损耗的主要形式
1.1.1高温下化学侵蚀
耐火砖在高温下化学侵蚀时炉渣会和镁铬砖中的方镁石反应生成橄榄石相,形成镁橄榄石(Mg2SiO4)和钙镁橄榄石(CaMgSiO4)的反应为:
2MgO+SiO2=Mg2SiO4    (1)
Fe2SiO4+2MgO=Mg2SiO4+2FeO     (2)
MgO+CaO+SiO2=CaMgSiO4      (3)
转炉耐火砖在使用过程中,耐火砖的热端受到严重的渣侵蚀和金属渗透,在热端会形成深度约40~50mm的侵蚀渗透层,导致耐火砖的组织结构被破坏,形成与原来镁铬砖结构和性质不同的变质层,并且距炉砖工作面越近,炉砖渗透越严重。同时在转炉生产过程中,如果熔剂的加入量过多,容易生成酸性炉渣,耐火砖易被酸性炉渣侵蚀,且炉温越高,酸性炉渣对镁铬砖的侵蚀越快。
1.1.2热应力损坏
转炉一般使用炉交换的方式生产,从出铜到下一炉次进料间隔时间过长(约420min),期间炉衬的表面温度温差达300~700℃,当温差为300℃时,镁铬质耐火砖在工作面产生的热应力可达25~40MPa,这一数值已经超过了镁铬耐火砖的高温抗折强度。由于温差较大,变质层和原砖层间因热膨胀系数差异,在热应力的作用下易产生平行于工作面的裂纹,导致变质层崩裂和剥落。
1.1.3机械应力损坏
转炉在生产过程中,转炉进风量大小对风眼区耐火砖的损耗有较大影响,转炉风箱、风眼座及风眼弹子漏风,会造成炉内熔体在风眼区附近强烈搅动,继而导致风眼内管烧损较快,使得风眼区耐火砖受到炉内熔体较强的机械冲刷而损耗。其次是在正常生产中,因操作需要须进行频繁的捅风眼、清风眼操作,易造成风眼砖损坏。另外在清理炉口粘结物时,炉口机钎头的击打,易造成炉口区耐火砖损坏、脱落。
1.2转炉耐火砖的损耗情况
经过多次转炉小修,对转炉风眼至上炉口、炉口区域的耐火砖损耗情况进行测量、统计。
风眼砖及炉口砖的寿命决定了转炉的炉寿。
2.1改进风眼区镁铬砖材质
风眼区的镁铬砖要求具有较强的耐高温、耐冲刷、耐化学腐蚀、耐冲击振动等性能。因此,将风眼区域的风眼砖、三角砖由原设计的电熔20镁铬砖(DMGe-20)改为电熔26镁铬砖(DMGe-26),其理化指标对比如表2。
表2 电熔镁铬砖理化指标
镁铬砖中氧化铬(Cr?O?)的含量增加,提高了镁铬砖抗冲刷性能,减缓了镁铬砖在使用过程中的洗刷速度。同时,DMGe-26镁铬砖的气孔率显著降低,缩短了渣侵蚀、金属渗透的深度,缩短了镁铬砖热端变质层(变质层长度缩短约10mm),降低了耐火砖的剥落长度,减缓了风眼砖的损耗速率。
2.2对检修质量严格把关
2.2.1机械方面
(1)风眼座、三通座修复时,对座子表面进行打磨,确保座子面的平整度。安装时采用防松动螺栓,并将普通石棉垫改为铝包石棉垫,确保风眼座及三通座处无漏风间隙。
(2)制作风眼管调校样板,用样板选择两根风眼管作为校正基准,风眼管中心距校正后需达到风眼砖砌筑要求,并将风眼管与风眼套管焊接牢固。
(3)风眼管安装到位后,用塞子塞住风眼管管口,启动GM风机对转炉供风,将风压憋至转炉正常生产时风压(0.1MPa左右),对风箱及风眼各连接点的漏风情况进行检查,发现漏风点及时处理,避免因漏风造成进风量不足,导致风眼内管及风眼区域炉砖洗刷过快。
2.2.2炉窑砌筑方面
(1)风眼砖由中间向两端砌筑,砌筑后对风眼砖前后面进行打磨,避免局部位置出现三角缝。
(2)风眼砖至上炉口处的方砖按要求退台砌筑,缩小退台过渡段砖层之间的高差,减缓过渡段炉砖的损耗速率。
(3)砖缝内灰浆饱满、均匀,内外一致,新旧砖接口处砖缝小于3mm,加工砖宽度不小于自身宽度的1/2,厚度不小于自身厚度的2/3。
(4)上、下炉口砌筑时,在炉口上焊接钢片用于锁砖,避免生产中清理炉口时造成炉口砖整体脱落。
2.3规范烘炉操作
制定转炉小修烘炉规范,烘炉时采用木柴、油枪分阶段烘炉,严格按升温曲线进行升温控制,确保烘炉温度与理论升温曲线偏差不超过50℃,确保耐火材料热膨胀达到材料要求,避免烘炉温度波动大造成耐火砖损坏。
2.4优化生产操作
(1)制定冷料的加入标准,防止炉温过高;稳定控制冰铜品位,制定单炉冰铜量标准,避免冰铜量波动大洗刷炉砖,并严格控制单炉产量。
(2)造渣过程中适当升高炉渣碱度,炉内形成磁性铁粘附于炉壁上,在炉内形成“挂渣”,保护炉砖。
(3)转炉生产中摇炉前必须关闭氧气,减缓富氧空气对风眼管的氧化损耗。
结 论
通过实施以上各项措施,2016年转炉小修炉寿由90炉提高至140炉。虽然转炉炉寿有所提高,但还与其他冶炼厂有相当的差距,将通过对转炉砌体结构进行改造,并在转炉检修时严控检修质量,进一步优化转炉生产操作,争取将转炉小修炉寿提高至200炉。


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