李慶樅，張偉杰

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424)

1 引言

貴冶卡爾多爐由瑞典奧托昆普公司引進(jìn)，南昌有色金屬設(shè)計院輔助設(shè)計完成?？柖酄t技術(shù)運用了富氧頂吹的冶煉技術(shù)，冶煉過程是爐體在四臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動下，可繞爐體沿中心軸360°旋轉(zhuǎn)，在不斷地旋轉(zhuǎn)中完成熔煉和吹煉過程，具有良好的傳熱和傳質(zhì)條件，其操作位置與水平面成28°。在傾轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動又可以繞爐體水平軸使整個爐體進(jìn)行0～270°傾轉(zhuǎn)，可完成向爐內(nèi)加料、倒渣、倒銅作業(yè)[1]。

表1 卡爾多爐設(shè)計參數(shù)

貴冶卡爾多爐通過油槍采用柴油加純氧燃燒方式給爐內(nèi)含銅物料提供熱量進(jìn)行熔化冶煉造渣，再通過吹煉槍使用富氧吹煉除雜，產(chǎn)出含銅為98.50%以上的粗銅[2]，產(chǎn)生的高溫工藝煙氣通過密閉式的水冷煙道、噴霧塔、空氣冷卻器、工藝布袋收塵進(jìn)行處理，雜銅中所有含電纜塑料、電路板等有機(jī)物燃燒產(chǎn)生有害物能充分捕集。另外卡爾多爐加料、放銅、放渣等操作產(chǎn)生的煙氣通過完全密閉的環(huán)集煙罩內(nèi)進(jìn)入環(huán)集煙罩布袋收塵，完全滿足環(huán)保生產(chǎn)的需求。

2 卡爾多爐爐爐齡指標(biāo)制定

在創(chuàng)建標(biāo)桿工廠，建設(shè)一流銅冶煉工廠的大環(huán)境下，作為冶煉雜銅的卡爾多爐各項經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)必須達(dá)到世界一流，把卡爾多爐爐齡作為創(chuàng)標(biāo)桿指標(biāo)，目標(biāo)為380爐次/周期。而制定這個目標(biāo)對我們來說是巨大壓力，面對標(biāo)桿指標(biāo)的壓力，我們沒有退縮，把壓力變?yōu)閯恿?，發(fā)動員工、集思廣益，細(xì)致分析影響卡爾多爐爐齡的原因。

3 影響卡爾多爐爐齡指標(biāo)的原因分析

卡爾多爐爐齡指標(biāo)的長短，主要是卡爾多爐耐火磚的損耗，卡爾多爐耐火磚最容易被沖刷、腐蝕，腐蝕區(qū)域為渣線區(qū)，即錐部與筒體連接處，底部耗損值較小。從四年多生產(chǎn)實踐中可知，導(dǎo)致耐火磚損耗的原因很多，其中主要為三種。

(1)高溫侵蝕。

卡爾多爐熔煉造渣需加SiO2作為熔劑，加Fe作為還原劑[3]，還原物料中銅的氧化物。由于純氧燒嘴燃燒會在渣線區(qū)域產(chǎn)生高溫區(qū)，耐火材料在高溫作用下，發(fā)生嚴(yán)重侵蝕。

2.1.2 文獻(xiàn)報告 文獻(xiàn)學(xué)習(xí)是科學(xué)研究的基礎(chǔ)，通過查閱文獻(xiàn)可以快速掌握專業(yè)知識，了解相關(guān)學(xué)科發(fā)展動態(tài)，從而有助于科研選題。由于專業(yè)不同，每位學(xué)生的研究內(nèi)容也各有側(cè)重，因而學(xué)生的文獻(xiàn)學(xué)習(xí)具有各自特點，在一起交流有擴(kuò)大知識面、互相啟發(fā)、開闊研究思路的作用。如中醫(yī)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行關(guān)于《四圣心源》醫(yī)書中主張“中氣之治”學(xué)術(shù)思想的探討；中藥專業(yè)學(xué)生進(jìn)行鹿茸商品規(guī)格的分子鑒定技術(shù)、氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)等專題討論。

(2)局部物理機(jī)械磨損。

卡爾多爐處理的是冷態(tài)固體物料，有小銅錠、塊狀反射爐渣等，爐體在28度角旋轉(zhuǎn)過程中，塊狀物料與爐內(nèi)耐火磚產(chǎn)生摩擦加劇耐火磚消耗。

(3)爐內(nèi)溫度聚變。

卡爾多爐作業(yè)模式周期性，導(dǎo)致爐內(nèi)溫度急冷急熱，溫度變化大，易產(chǎn)生熱應(yīng)力，耐火磚易產(chǎn)生崩裂。

4 提高卡爾多爐爐齡指標(biāo)的方案和主要措施

針對影響卡爾多爐爐齡指標(biāo)三大因素逐條提出改進(jìn)方案，通過不斷摸索實踐，管理創(chuàng)新，采取相應(yīng)改進(jìn)措施，具體實施對策如下。

(1)嚴(yán)格控制反射爐渣(傾動爐渣)尺寸，(破碎前尺寸900mm×500mm)。反射爐渣大塊見圖1。

圖1 破碎前的反射爐渣照片

卡爾多爐每天處理大量反射爐渣，如大塊未破碎反射爐渣加入到卡爾多爐內(nèi)，既耗油又對爐內(nèi)耐火磚產(chǎn)生很大磨損。因此，每日安排用爐口清理機(jī)進(jìn)行破碎(破碎后尺寸小于100mm×100mm)，保證入爐反射爐渣尺寸達(dá)到設(shè)計要求(200mm×200mm)，滿足生產(chǎn)條件。

(2)改變原來的卡爾多爐砌筑結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)國產(chǎn)耐火磚抗沖刷性能，并增長渣線高溫區(qū)工作層耐火磚長度。

根據(jù)爐內(nèi)耐火磚在不同區(qū)域消耗程度，改變原卡爾多爐的砌筑結(jié)構(gòu)，采用遼寧營口青花專門設(shè)計電熔再結(jié)合鎂磚[4]，增加耐火磚硬度，加大提高沖刷性能，在渣線高溫區(qū)耐火磚即上筒體第30～40層工作層由400mm增至450mm，從使用完成情況看，筒體與錐帽連接部分比以前使用壽命增長?？柖酄t耐火磚砌筑結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 卡爾多爐耐火磚砌筑結(jié)構(gòu)示意圖

(3)根據(jù)卡爾多爐作業(yè)實際，及時調(diào)整油槍行走位移及油槍燃燒時柴油與純氧比值。

根據(jù)爐內(nèi)加料批次及爐內(nèi)加入物料的多少，調(diào)整油槍位移，加料軟化期油槍位移80% ～65%，熔煉造渣期油槍位移70% ～65%，盡最大可能的提升燃油熱效率，減少耐火材料的受熱輻射時間?？茖W(xué)合理調(diào)整油槍燃燒時柴油與純氧之間比，加料軟化期氧油比2.3∶1.0，熔煉造渣期氧油比2.1∶1.0，既要考慮柴油充分燃燒，又要考慮純氧在高溫條件下對耐火磚氧化浸蝕消耗，根據(jù)不同作業(yè)時段修正氧油比作了相應(yīng)調(diào)整，延長耐火磚使用壽命。

(4)科學(xué)合理調(diào)整油槍燒嘴，并對油槍燒嘴進(jìn)行國產(chǎn)化改進(jìn)使火焰燃燒更合理。

科學(xué)合理調(diào)整油槍燒嘴外套與燒嘴油孔之間間隙由2mm增加到5mm，根據(jù)生產(chǎn)實情，將油槍燒嘴進(jìn)行國產(chǎn)化改進(jìn)，使高壓油槍噴射霧狀柴油與純氧燃燒形成火焰方向更合理，減少高溫火焰直接對耐火磚浸蝕，又充分使熱量將物料完全熔化。

(5)嚴(yán)格控制出渣溫度，調(diào)整造渣作業(yè)，由一次造渣作業(yè)調(diào)整為二次造渣二次放渣作業(yè)。

卡爾多爐入爐原料成份復(fù)雜，含有鉛、鋅、鎳、錫、鋁、鋼等金屬成分，特別是反射爐渣處理量由原來每爐處理8t提高到每爐處理25t，給工藝造渣帶來較大困難。如一次性燒油放渣，爐膛溫度特別是渣線區(qū)域溫度過高，加快了耐火磚消耗，安全生產(chǎn)難以保證。為此我們進(jìn)行二次放渣，第一次放渣溫度不需控制過高，能放出部分即可，再根據(jù)爐內(nèi)物料熔化狀況，再次燒油，二次倒渣。防止生產(chǎn)中超高溫作業(yè)，加快耐火磚消耗。

(6)嚴(yán)格控制熔煉造渣期熔劑Fe、SiO2、CaO的配比量[5]。

精確分析各入爐物料的成分，計算熔劑的配比量，保證渣含量FeO 35～40%、SiO 218～20%、CaO 3～5%。使渣系趨于合理、平衡，減少對鉻鎂為主的堿性耐火材料化學(xué)侵蝕。

(7)堅持檢測爐殼溫度，跟蹤分析爐磚消耗狀況，并增加爐殼強(qiáng)制冷卻。爐體外殼溫度趨勢見圖3。

圖3 卡爾多爐體外殼測溫趨勢圖

堅持每爐出渣、出銅后對爐殼測溫，并形成趨勢曲線，分析爐磚消耗進(jìn)度，指導(dǎo)修正工藝控制。增加雜用風(fēng)冷卻管對耐火磚易消耗處爐殼強(qiáng)制冷卻降溫。

(8)通過開展班組間勞動競賽，進(jìn)一步降低油單耗，優(yōu)化指標(biāo)。

開展勞動競賽，激發(fā)全員的創(chuàng)造性，改良操作方法 (根據(jù)不同作業(yè)時段修正氧油比、根據(jù)作業(yè)時段修正爐內(nèi)壓等)，優(yōu)化各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，將柴油單耗進(jìn)一步降低，降低耐火材料的受熱輻射強(qiáng)度，從而延長爐齡。

(9)加強(qiáng)對筑爐時監(jiān)督，確保筑爐質(zhì)量。

向筑爐提出詳細(xì)的修爐要求，監(jiān)督修爐的過程，認(rèn)真進(jìn)行驗收工作，對發(fā)現(xiàn)的問題要求及時進(jìn)行整改。新砌耐火磚見圖4。

圖4 卡爾多爐新砌耐火磚照片

(10)根據(jù)不同作業(yè)周期，合理調(diào)整爐體旋轉(zhuǎn)速度。

根據(jù)卡爾多爐冶煉原理，工藝操作分為加料軟化期、熔煉期、吹煉期。因不同作業(yè)周期爐內(nèi)物料熔化程度不同，為減少對耐火磚沖刷，爐體旋轉(zhuǎn)速度要求不同，加料軟化期低速0.5～2rpm、熔煉期中速2～4rpm、吹煉期高速3～5.5rpm。

(11)對新砌爐磚進(jìn)行“掛渣”作業(yè)。

新砌爐磚升溫達(dá)到1100℃時，往爐內(nèi)加入12t含銅為3%的小塊轉(zhuǎn)爐渣，進(jìn)行熔化生成磁性Fe3O4后，對新砌耐火磚進(jìn)行覆蓋保護(hù)[6]。

5 實施效果

通過一年管理創(chuàng)新攻關(guān)，生產(chǎn)實踐，在全工段員工共同努力下，精細(xì)操作，精細(xì)管理，卡爾多爐爐齡取得了大幅度的提高。攻關(guān)前后爐齡對比見表2。

表2 卡爾多爐歷年的作業(yè)情況表

攻關(guān)前后平均作業(yè)爐齡、作業(yè)天數(shù)、更換耐火磚噸數(shù)見圖5。

圖5 卡爾多爐歷年爐齡圖

從圖不難看出2013年卡爾多爐作業(yè)2個爐期，平均每爐期達(dá)到了414爐次，比2012年374爐次多40爐，比廠部標(biāo)桿考核值380爐次高出了34爐，平均每爐期作業(yè)125天，比2012年110天增加15天，特別是2014年第18爐期創(chuàng)造歷史最好成績446爐次。

卡爾多爐耐火磚更換次數(shù)由2010年的9次/年壓縮至6次/年，可直接節(jié)省耐火磚158t，且改用國產(chǎn)化耐火磚，僅耐火磚一項節(jié)約生產(chǎn)成本近117萬元，節(jié)約檢修費用(9－6)×20萬元=60萬元。檢修次數(shù)由9次降為6次，按每次檢修5天計算，卡爾多爐可多生產(chǎn)15天，多產(chǎn)粗銅3000t，多處理反射爐渣1200t，多回收反射爐渣含銅420t。

6 結(jié)論

貴冶卡爾多爐經(jīng)過四年多的自主創(chuàng)新與摸索，卡爾多爐爐齡指標(biāo)屢創(chuàng)新高，提高卡爾多爐每爐期作業(yè)天數(shù)，提高作業(yè)率，從而減少卡爾多爐每年修爐次數(shù)，降低耐火磚使用量，降低生產(chǎn)成本。使我們不僅在產(chǎn)量上，而且在質(zhì)量、技術(shù)上也達(dá)到世界的前列。通過一系列措施，貴冶卡爾多爐爐齡得到了有效提高，目前貴冶卡爾多爐無論在環(huán)保指標(biāo)，

還是冶煉成本較其它雜銅冶煉技術(shù)都有明顯的優(yōu)勢，也填補(bǔ)了國內(nèi)低品位雜銅冶煉技術(shù)的一大空白。

[1]易瑞強(qiáng).降低卡爾多爐還原生鐵用量[J].銅業(yè)工程，2013(5):29－31.

[2]周瑞生.貴溪冶煉廠卡爾多爐雜銅冶煉的生產(chǎn)實踐[J].有色金屬，2011(2):46－48.

[3]宋希文、安勝利.耐火材料概論[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社，2009(2):07－11.

[4]王海榮.豎爐還原卡爾多爐熔煉渣的實驗研究[J].中國有色冶金，2012(4):63－66.

[5]彭容秋.銅冶金[M].中南大學(xué)出版社，2004(12):15－19.

[6]顏志剛.江銅貴冶回轉(zhuǎn)式精煉爐技術(shù)進(jìn)步[J].銅業(yè)工程，2012(6):41－43.