第5期总第165期冶 金 丛 刊Su m.165 No.5 2006年10月M ET ALLURGI C AL C OLLECTI O NS Oct ober 2006 延长奥斯麦特炉寿命的技术改造与实践车驾才(北方铜业侯马冶炼厂)摘 要 本文阐述了侯马冶炼厂关于奥斯麦特炉耐火材料的优化选择和使用情况。
结合生产实践,论述了影响耐火材料使用寿命的因素及采取的应对措施。
关键词 奥斯麦特;耐火材料;炉寿命中图分类号:TF806.9 文献标识码:B 文章编号:1671-3818(2006)05-0028-03THE TECHNOLO GY TRANSFO R M AT I O N AND PRACT I CEO F PROLO NG I NG THE L I FE O F AUS M T FURNACEChe J iacai(The north copper Hou Ma s melt fact ory)Abstract This paper expatiated on the op ti m izing choice and service conditi on of Aus melt furnace re2 fract ory material of Hou Ma S melt Fact bined with p r oductive p ractice,it discussed the life of re2 fract ory material and the counter measures.Key words Aus melt;refract ory material;furnace life1 前言奥斯麦特工艺双炉操作系统在侯马冶炼厂进行初次大规模工业化应用,存在许多技术不完善的地方。
炉寿命短就是奥斯麦特工艺最大的缺陷,试生产初期最短炉寿命才两个月左右。
频繁的炉子检修不但增加了成本投入,还由于炉寿命短导致生产作业率低,粗铜生产能力迟迟不能达产,严重制约企业健康发展。
经过技术攻关与改造,历经六年的生产历程,炉寿命有了显著提高,大修周期由最初的两个月延长到现在最高的16个月;炉盖等部位实际使用寿命也通过技术改造由原来的3个月延长到现在的8个月,使炉寿命整体提高,降低了检修频次。
2 历年耐火材料使用情况奥斯麦特炉炉衬材质在2001年以前采用镁铬质耐火材料,不适应候马冶炼厂的生产工艺,炉寿命才3～5个月。
通过技术攻关,后来采用铝铬质耐火材料(2#铝铬尖晶石砖),由于其抗冲刷性强和耐水性好,炉使用寿命有所延长,渣线部位的炉寿命延长到目前的9个月,其它部位使用寿命已经达到12个月以上。
经技术人员进一步研究分析认为炉子渣线易损部位采用质量更好的1#铝铬尖晶石砖,同时把渣线部位炉衬厚度由原来的345mm改为400mm,可以延长其渣线部位蚀损时间。
将炉盖捣打料由原来的镁铬捣打料改为现在的钢纤维增强浇铸料(LH—1100),延长了炉盖使用寿命。
经大修和改造,提高了炉的寿命。
表1为1999～2005年奥斯麦特炉保用寿命统计表。
3 奥斯麦特炉耐火材料蚀损的原因分析3.1 炉体耐火材料的蚀损原因依据历次奥斯麦特炉小修与大修对炉体耐火材料的检测情况分析,造成耐火炉衬蚀损的主要因素有以下几个方面。
3.1.1 耐火材料理化指标适应性影响(1)奥斯麦特炉采用水幕冷却,炉壳密闭隔离不好就会导致冷却水接触耐火材料,造成耐火材料水化,变酥,耐压强度、抗冲刷强度降低,蚀损急剧加快,根据炉衬检修情况分析,有几次局部修补就是因为炉内进水导致炉衬损坏造成的。
耐火材料防水性差。
第5期车驾才:延长奥斯麦特炉寿命的技术改造与实践・29 ・ 表1 1999年至2005年奥斯麦特炉使用寿命统计表熔炼炉吹炼炉检修时间检修记录检修时间检修记录1999.8.12～10.13大修1999.8.12～11.10大修1999.12.23～2000.1.29大修2000.2.28～3.26大修2000.1.3～1.30大修2000.8.1～9.7大修2000.5.12～7.1大修2000.12.17～2001.2.1大修2000.12,23～2001.2.1大修2001.3.12～3.31局部修补2001.8.7～9.24大修2001.9.3～9.25大修2002.3.23～5.15大修2002.2.23～4.3大修2002.6.13～6.19炉盖修补2002.5.7～5.15炉盖修补2002.10.14～11.12大修2002.10.14～11.10大修2003.3.24～4,7炉盖修补2003.3.24～3.31炉盖修补2003.5.3～5.7炉盖修补2003.6.18～6.22炉盖修补2003.7.5～8.5大修2003.7.12～7.31大修2004.2.12～2.14炉盖修补2004.3.6～3.8炉盖修补2004.5.11～5.12炉盖修补2004.6.10～7.10大修2004.6.10～7.10大修2005.1启动2005.1启动2005.6.11～6.18局部修补2005.11.7～11.17局部修补炉盖修补2006.2.7～2.16局部修补炉盖修补2006.4大修2006.4大修平均检修周期4个月平均检修周期 5.7个月最大大修周期14个月最大大修周期14个月 (2)耐火材料在使用过程中,炉渣通过毛细气孔侵入耐火材料内,并与之反应形成与砖结构性质不同的变质层,当炉温剧烈变化时,耐火材料内部发生平行于工作面的裂纹,变质层就会崩裂和脱落。
每次检修检查耐火材料时发现耐火砖与熔体接触部位有严重的浸蚀现象,同时伴随砖体成片剥落。
耐火材料抗浸蚀能力低。
(3)奥斯麦特炉属顶吹工艺,喷枪所供反应作用的高压高速流体会引起高温下气浪及搅拌熔体对耐火材料的冲击与磨损。
从局部比较严重蚀损部位分析,耐火材料有明显的被冲刷留下来的痕迹,耐火材料抗冲刷性不好。
3.1.2 炉温控制过高由于奥斯麦特熔炼炉独特的连续溢流排放方式,炉温控制要求比其它工艺方法的稍高,控制范围在1180～1210℃。
由于操作工的操作技能存在差异,使炉温有时超过1250℃,对炉衬造成安全隐患。
3.1.3 冷却水管理不好,耐火材料没有挂渣保护(1)奥斯麦特炉炉衬保护有别于其它工艺,它主要依靠炉衬挂渣保护耐火材料,而炉体外壳采用水幕冷却就是要在短时间内将炉衬温度降下来,保证炉衬温度低于熔体温度,确保炉衬挂渣质量,砌筑时在炉壳与砖体之间捣打有高导热石墨粉,加速炉衬与冷却水之间的热交换。
假若冷却水幕没有均匀覆盖,导致局部炉衬冷却效果不好,这将导致炉衬蚀损严重。
从历次检修情况看,某些部位冷却水覆盖不好,该处的残留炉衬明显比别处薄。
(2)冷却水从炉盖连接处或炉壳开焊处进入炉内,炉衬水化或因为温度巨变及水汽的溢散导致耐火材料受损。
3.1.4 炉子急冷急热生产初期,由于工艺和设备故障频繁,奥斯麦特炉作业率低,同时炉子升温和降温制度不完善,导致炉子频繁快速升降温,造成炉衬耐火材料的崩裂和脱落。
3.1.5喷枪使用造成的熔体冲刷喷枪是奥斯麦特工艺的核心设备。
它由四层同心管组成,从里到外依此提供粉煤、反应用氧气与空气,同时,喷枪管内装有双螺旋结构,保证喷枪提供的入炉流体充分混合。
喷枪供风压力为320kPa,高压高速流体经过喷枪螺旋混合后入炉,引起高温熔体的旋转搅拌,这种搅拌造成对炉衬的高强度冲刷。
另外,熔炼炉喷枪位置固定造成了冲刷面固定,影响炉寿,历次检修都发现,渣线部位的冲刷较其它位置严重。
3.2 炉盖部位耐火材料蚀损原因确认3.2.1 耐火材料理化指标影响炉盖采用水幕冷却,炉壳密闭隔离不好就会导致冷却水接触耐火材料,导致耐火材料水化,变酥,耐压强度、抗冲刷强度降低,蚀损急剧加快。
炉盖捣打料热稳定性和防水性差是影响炉盖寿命的主要因素。
3.2.2 炉温控制过高由于奥斯麦特熔炼炉独特的连续溢流排放方式,炉温控制要求比其它工艺方法的熔炼炉要求稍高,控制范围在1180～1210℃,炉温过高就会导致炉顶耐火材料挂渣质量差,加速耐火材料的蚀损。
3.2.3 冷却水管理不好,炉盖没有挂渣保护炉子孔口多,炉盖结构复杂,喷淋冷却方式很难覆盖炉盖表面,加上与炉子操作平台太近,管理困难,在近几年的生产实践中,经常出现炉盖因为缺水烧漏情况。
3.2.4 炉子急冷急热炉子急冷急热导致炉衬结构剥落,在试生产初期,由于设备和工艺等原因导致停炉启动频繁,炉子作业率低,耐火材料使用寿命短,同时耐火材料升降 ・30 ・冶金丛刊总第165期 温制度不完善,导致耐火材料急冷急热,缩短了耐火材料的使用寿命。
3.2.5 炉压操作过大奥斯麦特炉炉压控制要求在0～-10Pa,候马冶炼厂工艺要求控制在-30～30Pa。
实际上,由于烟道粘结和烟气处理系统问题,经常出现炉子负压大于30Pa的现象,负压过高导致高温气体冲刷、烧损炉盖和炉子孔口,是导致炉盖炉衬受损的主要原因。
4 生产技术与操作制度管理4.1 技术管理4.1.1 炉体耐火材料理化指标的改进(见表2)根据历次检修对炉墙耐火材料的检测及蚀损原因分析,2001年大修将渣线部位原有镁铬质耐火材料改为S A2#铝铬尖晶石耐火材料,2004年大修时取消了原设计时的距拱脚砖3000mm高的第一层砖托,现在砖托位置距拱脚砖5000mm。
拱脚砖距砖托共50层耐火材料,采用高档铝铬尖晶石耐火材料(S A1#),砖托以上24层采用铝铬尖晶石S A3#耐火砖。
(考虑此部位不是关键蚀损部位,为节约成本选用S A3#)。
2005年元月奥斯麦特炉启动生产,同年6月,S A3#砖所在部位出现砖体崩落,而使用S A1#砖所在部位砖体蚀损只有100mm左右,为此在2006年大修时将炉墙砖整体换为S A1#铝铬尖晶石砖。
表2 炉体耐火材料理化指标牌号S A1#S A2#S A3#碱性直接结合砖耐火度/℃≥1900≥1860≥1850显气孔率/%≤11≤12≤12≤17常温耐压强度/MPa≥139≥136≥132体积密度/(g・m-3)≥3.52≥3.50≥3.49≥3.23重烧线变(1500℃×3h)0001700℃×3h 1～-0.2热震稳定性(1100℃水冷)/次332荷重软化温度/℃(MPa×变形)≥1700(0.2×0.6)≥1700(0.2×0.6)≥1700(0.2×0.6)导热系数(1200℃)/W・(m・k)-1 3.1莫氏硬度Moh’s≥9≥9≥9最高使用温度/℃175017001700常温裂断模数/MPa14冷压强度/MPa54典型化学组成/%Mg O55 Cr2O3≥8724 A l2O37 Fe2O312 Ca O0.5 Si O2 1.04.1.2 改变砌砖结构和耐火材料厚度根据奥斯麦特炉渣线部位耐火材料损坏速度不同的实际情况,对耐火材料的砌筑结构重新设计,由原来立砌改为现在的平砌。