祥光銅業熔煉爐爆破式拆除應用實踐

布乃祥，周 京，錢永杰，曾慶曄，曹汝俊

（陽谷祥光銅業有限公司，山東 陽谷 252327）

1 引言

陽谷祥光銅業有限公司（以下簡稱“祥光銅業”）采用國外先進的閃速熔煉、閃速吹煉、回轉式陽極爐火法精煉工藝，是世界上第二座采用雙閃技術的大型冶煉企業［1-2］。祥光熔煉爐自2007年投產以來，歷經2011年一二期對接后各運行周期內熔煉爐持續保持高投料的超負荷生產，尤其是二期對接后平均每年精礦處理量超過160萬t。雖然經過2次冷修挖補，但在爐底工作層不檢修的情況下，爐體安全方面仍然存在局部補償無法解決的問題，必須進行大規模的拆除及重砌工作，才能保證熔煉爐的長期穩定的安全運行。因此祥光銅業定于2019年4月開展自投產以來檢修工期最長、規模最大的一次冷修工作，對熔煉爐進行整體翻新。

2 熔煉爐運行存在問題

自一二期對接后，陽極銅產量由年產20萬t提高至年產45萬t［3］，這就需要熔煉爐進入高投料量、高作業率、高富氧濃度、高負荷的“四高”［4］作業狀態。長期穩定的高負荷作業，造成反應塔的熱負荷遠超設計值，反應塔下部水套及塔壁鋼殼受高溫侵蝕嚴重，反應塔出現明顯發紅現象，只能通風強制冷卻，存在極大安全隱患。熔煉爐底經過幾次水套漏水事故后，導致沉淀池工作層和耐久層大量耐火磚出現膨脹，高溫熔體滲透到耐火磚中，造成爐體膨脹不均勻。沉淀池的豎直水套也出現幾處較大縫隙（如圖1所示）最大縫隙達到3cm，爐體鋼殼變形，水套溫度上漲明顯。同時受高溫煙氣的沖刷影響，上升煙道的耐火磚沖刷消耗嚴重，鋼殼大面積發紅，局部出現燒穿現象。為確保生產順利和爐體安全，熔煉爐冷修重砌勢在必行。

圖1 熔煉爐水套位移情況

3 熔煉爐冷修拆除的難點

閃速熔煉爐的渣型為硅酸鹽爐渣［5］。由于硅酸鹽渣對Fe3O4的溶解度有限，因此在熔煉爐內長期存在爐底結，主要成分為Fe3O4，正常生產期間熔煉爐的爐底結長期穩定在200~300mm左右，該爐底結質地硬、熔點高，部分還滲透在爐底磚內。爐底結的存在對熔煉爐爐底磚的拆除造成難以預估的影響，拆除難度和拆除工期都難以把控。行業內熔煉爐冷修前都會進行一定時間的洗爐作業以盡可能降低熔煉爐爐底結。2019年祥光銅業冷修洗爐周期為1個月（3月1日至4月1日），表1為各階段參數的目標值。經過長達1個月的洗爐計劃的實施，對熔煉爐底的15個監測點進行爐結跟蹤，均呈明顯的下降趨勢，圖2中所示為檢尺孔、2A、2B、3#、3A、3B檢測點的爐結變化趨勢，縱坐標為爐結，單位mm，橫坐標為時間。

圖2 2019年3月熔煉爐爐結變化趨勢

表1 2019年熔煉爐冷修前洗爐階段的參數調整

4 爆破式拆爐技術方案的確定

熔煉爐本次冷修對于提高爐體壽命和今后的穩定運行有著十分重要的意義。為了確保安全和檢修質量，祥光銅業的技術人員提前1年對國內同行業進行考察交流，并專赴美國猶他州肯尼科特猶他銅業冶煉廠進行考察學習。結合湖南南嶺民爆工程有限公司在熱態作業下對閃速爐上升煙道的成功爆破的案例［6］，同時出于爐底結及無排干口的考慮，祥光銅業與湖南中人爆破工程有限公司有著長期的合作歷史，曾多次合作采用爆破技術對上升煙道粘結進行清除。通過深入的技術溝通，最終確定采用對熔煉爐進行爆破技術拆除方案，在祥光銅業冷修的歷史中首次引入了爐底爆破拆除方案。

4.1 爆破式拆爐的準備工作

熔煉爐是銅冶煉的核心設備，在其爐內對爐結實施爆破屬于特種爆破，危險系數大、技術要求高，因此必須要有科學的設計和嚴密的組織，才能保證爆破施工的安全進行。較為有利的是因爐內爐體密封性好，在爐內對爐底結實施爆破拆除時產生爆破飛濺的有害效應較小，對爐外人員損傷較小。但又因爐體處于懸空狀態，必須要嚴格控制好爆破使用的炸藥量，確保不因爆破振動過大，而對爐體產生有害影響。

自2011年熔煉爐開始引入爆破技術對上升煙道粘接進行爆破清除以來，積累了豐富的爆破清除經驗，也深知爆破孔的位置及成孔速度是決定爆破成敗及工期的關鍵，因此自確定爆破拆爐方案以后就開始積極準備。就鉆孔機的選型先后到達菏澤、淄博等地多次進行考察和試驗，最終選定了ZY-750型煤礦用全液壓鉆機。鉆機到達現場后，組織施工單位進行長達1個月的鉆孔機操作練習。在練習過程中使用鎂硌磚模擬爐內的狀況進行鉆孔試驗（如圖3），確保施工過程中人員操作熟練，保障施工進度。同時與爆破公司就爐內爆破環境及爆破量進行了多次深入交流，明確了爆破期間對于爐底鋼梁及爐體周圍施工的保護措施。

圖3 鉆孔機鉆孔試驗

本方案的鉆孔作業由專門的鉆孔小組進行，形成70~80mm左右規格的炮孔。按照炮孔標定-鉆孔-冷卻-裝藥作業-起爆網路敷設及起爆-的施工步驟進行。同時現場人員配合落實好爆破公司在爆破施工過程中的安全措施并制定《陽谷祥光銅業有限公司爐結爆破施工安全事故應急處理預案》。

4.2 爆破式拆爐技術方案的實施

4月3日熔煉爐停爐后，共耗費約5h完成爐內熔體的排放，排放結束時爐結為440mm（含原始爐結）。排放結束后熄滅爐內所有燒嘴，同時由施工單位從沉淀池南北側墻豎直水套正下方的鋼殼自西向東開孔（100mm*100mm），4h后開始鉆孔（孔徑80mm，孔深4m）。因考慮爐內溫度仍然偏高，第一個鉆孔采用壓縮空氣冷卻鉆孔。鉆孔過程中使用熱成像儀對孔內耐火磚溫度進行測量，避免出現熔體泄漏現象，約30min成孔1m左右，測量孔內耐火磚溫度約400℃，使用壓縮空氣進行適當冷卻。由于成孔速度較慢，后續采用水/氣霧鉆，并在鉆孔過程中逐步增加水量。最終約4h完成第一個爆破孔的鉆孔，孔深3750mm，后續4臺鉆孔機全面展開鉆孔作業（全水鉆）（如圖5）。

圖5 熔煉沉淀池鉆孔

鉆孔作業期間，同時開展側墻拆除作業，分別在沉淀池南墻西側SLV03/04/05/06（通道一），沉淀池東墻4#渣口嵌入水套及SUV12/13（通道二），沉淀池北墻5#燒嘴東側SBV22/23/24（通道三）。當水套拆除后，使用挖掘機配合人工對通道處耐火磚進行拆除，由于從爐體外側拆除豎直水套及水平水套較困難（水平水套長度在1.8m左右，每個通道需要拆除3層*2塊水平水套，水套中間耐火磚及爐渣清理困難），為確保施工進度在沉淀池南側中部SLV26/27/28額外增加一個通道四（此處大修期間計劃新增一個銅口）（出磚通道一、二、三、四如圖4所示）。

根據鉆孔進度，4月3日早上7:00爆破公司從沉淀池南北側墻自西向東開始試爆。根據爆破結果及成孔速度，采取集中鉆孔，間歇性爆破（規避爐體作業人員）的形式進行。4月4日完成沉淀池底的爆破后（如圖6），利用破碎機對四個通道耐火磚進行拆除，人工配合，清理出具備破碎機，裝載機進出入通道的條件。整體施工過程中，通過打渣機及挖掘機從4個通道從外向內逐步拆除（如圖7）。拆除過程中遇到較大或者較硬的大塊粘接時，再輔以人工鉆孔爆破的方式進行二次爆破。通過沉淀池的四個通道開始向爐內進行清理，同時展開上升煙道筒體磚及吊掛磚的拆除及清理工作。從熔煉爐開始鉆孔到爐內所有耐火材料、爐渣徹底清理完畢共耗時10天，為爐體砌筑爭取了更多寶貴時間。

圖6 熔煉爐爆破后爐內情況

圖7 熔煉爐爆破后清理

5 結論

祥光銅業采用的爆破式拆爐技術方案，使熔煉爐的檢修工期大大縮短，拆爐作業進展順利，熔煉爐從拆除到重新砌筑具備點火烘爐條件，僅用了35天的時間，這在國內尚屬首例。爆破式拆爐技術的成功運用不僅夯實了祥光銅業的拆爐的技術基礎，同時也為其他銅冶煉廠的拆爐技術提供良好的借鑒。