提高豎爐產(chǎn)能的生產(chǎn)實踐探討

鄧印華，汪 凱

（金冠銅業(yè)分公司，安徽 銅陵 244100）

豎爐為冷銅熔化設(shè)備，采用分批進料、連續(xù)熔化的生產(chǎn)方式，可大幅度提高產(chǎn)量及熱效率（可達50%～60%），用于熔化電解殘極和不合格陽極板，熔化后的銅液經(jīng)出銅口及溜槽流進保溫爐。金冠銅業(yè)分公司豎爐的設(shè)計生產(chǎn)能力為40 t/h，但由于受非連續(xù)進料作業(yè)方式等因素影響，目前熔銅速率為12 t/h左右。在生產(chǎn)初期，豎爐存在檢修周期長、爐期短、產(chǎn)量低等諸多問題，為了使豎爐產(chǎn)能最大化，在生產(chǎn)能力受限的情況下，如何提高豎爐的有效爐期壽命就成了亟待解決的問題。

1 豎爐近年來運行基本情況及存在問題

豎爐于2012 年12 月份投入生產(chǎn)使用,生產(chǎn)初期頻繁出現(xiàn)卡料、燒嘴堵塞、爐內(nèi)掉磚、燒嘴磚燒蝕等問題，爐期壽命僅有1 個月，作業(yè)率低下，產(chǎn)能受到限制。后來，對豎爐進行了一系列的操作優(yōu)化和改進，豎爐爐期壽命提高至2 個月左右，但上述問題未得到根本解決，爐期壽命仍存在較大提升空間。為了進一步提升豎爐產(chǎn)能，創(chuàng)造更多經(jīng)濟效益，金冠銅業(yè)分公司雙閃精煉車間從2017 年開始開展專題攻關(guān)。

2 生產(chǎn)改造實踐

2.1 爐體掉磚問題

豎爐爐型結(jié)構(gòu)為下部收縮的圓柱形，本體分上部筒體和下部筒體，通過法蘭連接在一起，為了防止冷料撞擊爐子，在上部筒體的上端設(shè)置了一圈高度為1.5 m 的防撞銅塊[1]。

豎爐分別于2015 年12 月20 日和2020 年3 月22 日出現(xiàn)兩次較大規(guī)模的掉磚現(xiàn)象，其中第二次掉磚現(xiàn)象發(fā)生正值豎爐整體翻新爐期尾期，掉磚數(shù)量較多，對豎爐的正常生產(chǎn)造成巨大影響。通過對爐底掉磚進行測量，并根據(jù)豎爐砌筑圖紙和現(xiàn)場照片判斷，發(fā)現(xiàn)脫落的磚正是位于豎爐進料口區(qū)域防撞銅塊下方的爐體磚，即L27 碳化硅磚，具體位置為豎爐加料小車正對面。

針對第二次豎爐掉磚問題，經(jīng)過現(xiàn)場停爐檢查，發(fā)現(xiàn)正對加料口的4 塊防撞銅塊的緊固螺栓出現(xiàn)不同程度的松動，部分防撞銅塊位置偏移下沉。根據(jù)現(xiàn)場情況以及調(diào)查分析，判斷此次豎爐掉磚原因為豎爐進料口防撞銅塊松動，使得防撞銅塊下沉，對其下方的爐體進行擠壓，導致了爐體磚移形錯位。又因錯位位置正好為豎爐加料時殘極沖擊點，造成此處爐體磚被撞擊頻繁，導致該處爐體磚松動脫落，從而致使周圍爐體磚也發(fā)生了松動移位，且使豎爐爐底頻繁出現(xiàn)掉磚、斷磚現(xiàn)象。

為了徹底解決爐體進料口區(qū)域掉磚問題，通過與國內(nèi)其他具備豎爐工藝的冶煉廠及爐體砌筑施工單位進行交流，最后決定在現(xiàn)有進料口防撞銅塊以下增設(shè)一圈防撞鋼構(gòu)，以保護磚襯，由現(xiàn)有爐口冷卻風機出口引出一條支路，對防撞鋼構(gòu)進行冷卻，經(jīng)過現(xiàn)場實踐發(fā)現(xiàn)該方法能夠滿足冷卻需求。2020 年6月份，利用豎爐冷修機會實施改進后，未再出現(xiàn)掉磚現(xiàn)象。

2.2 燒嘴堵塞

豎爐投產(chǎn)初期空燃比波動較大，卡料現(xiàn)象較嚴重，經(jīng)常出現(xiàn)爐內(nèi)熔體淤積而導致燒嘴堵塞，降低燒嘴壽命，同時影響豎爐作業(yè)率。

針對以上問題，一方面不斷通過試驗優(yōu)化燒嘴空燃比，將A 排和B 排燒嘴的空燃比由最初的10.0分別降低至9.0 和7.8 左右，其中靠近出銅口的A1和A7 燒嘴空燃比為9.2，其余A 排燒嘴空燃比為9.0，并根據(jù)燃燒前火焰狀況調(diào)節(jié)空燃比，從而調(diào)整火焰長度與周邊燒嘴燃燒量，消除熔體淤積。另一方面積極與燒嘴廠家交流合作，推進燒嘴國產(chǎn)化改造，對燒嘴結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，減少燒嘴面板冒火現(xiàn)象，提高燒嘴使用壽命和效率。此外，對燒嘴位置與角度等也進行了調(diào)整，加大燒嘴傾斜角度，同時將A 排和B 排水套面板角度分別調(diào)整為11°和9°，降低燒嘴堵塞風險，消除燒嘴前部易淤積現(xiàn)象；調(diào)整爐口處燒嘴夾角，消除爐口處的燃燒盲區(qū)，提高爐底溫度的均勻性，減少爐口燒氧清理頻次，保證熔體流動通道的暢通。將豎爐爐底砌筑角度由6.43°調(diào)整為10°，避免爐底淤積[2]。

經(jīng)過上述調(diào)整，燒嘴堵塞現(xiàn)象明顯減少，爐底淤積燒氧情況也得到明顯改善。

2.3 燒嘴磚燒蝕

燒嘴磚的壽命是豎爐壽命的關(guān)鍵，初始設(shè)計的燒嘴磚采用碳化硅材質(zhì)，優(yōu)點是抗急冷、急熱性好，但抗氧化性差。豎爐工作層選用碳化硅磚，由于碳化硅磚擁有優(yōu)異的耐酸性或堿性熔渣、抗金屬熔液侵蝕的能力，在高溫下具有強度大、熱膨脹系數(shù)小、抗熱沖擊性強等優(yōu)點，且其安全使用溫度可高達1 600 ℃[3]，但在生產(chǎn)過程中，燒氧清理等操作對碳化硅磚的燒蝕嚴重，燒嘴磚壽命低，影響爐體壽命。針對這一情況，按不同區(qū)域的要求對耐火磚材質(zhì)進行相應(yīng)改進。將非燃燒區(qū)工作磚改為氮結(jié)合碳化硅磚；對燒嘴磚中鋁鉻磚、鎂鉻磚及鉻剛玉進行對比，發(fā)現(xiàn)在使用過程中，鋁鉻磚效果最好，壽命最優(yōu)，目前繼續(xù)采用鋁鉻磚。

2.4 連續(xù)進料問題

目前金冠豎爐的進料方式為非連續(xù)性進料作業(yè)方式：豎爐處理冷料熔化的銅水經(jīng)由豎爐溜槽通過保溫爐爐體西側(cè)正上方的進料口進入保溫爐內(nèi)保溫，但每次當保溫爐澆鑄時搖爐角度會發(fā)生變化，此時進料口不在正上方位置，因此豎爐必須停爐等待，等到保溫爐澆鑄結(jié)束后，豎爐具備開爐條件才可再行開爐，如此周期反復生產(chǎn)。

近年來，通過與國內(nèi)部分冶煉企業(yè)進行對標交流，發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)豎爐工藝大多采取連續(xù)作業(yè)方式，這樣不僅能大大增加豎爐產(chǎn)能，同時也能降低豎爐能耗和生產(chǎn)成本。結(jié)合金冠豎爐現(xiàn)狀，豎爐能力提升潛力較大。通過對比分析和實際勘測，對豎爐保溫爐的優(yōu)化改造提出三個方案，具體如表1 所示。

表1 豎爐保溫爐優(yōu)化改造三種方案對比

根據(jù)目前陽極爐生產(chǎn)時序，豎爐連續(xù)作業(yè)的化銅速率按15 t/h 算，為確保陽極爐和豎爐時序能有效銜接，則保溫爐有效裝入量不應(yīng)低于144 t，目前保溫爐通過頂部進料的裝入量為180 t，如果采取端墻中心進料方式，屆時保溫爐有效裝入量很可能不能滿足要求，只能采取端墻弧度進料的方式，即采取方案二的內(nèi)容，在滿足裝入量要求的前提下實現(xiàn)豎爐連續(xù)進料。

2.5 其他問題

豎爐處理的電解殘極使用鋼帶打捆包裝，入爐后會成為熔體雜質(zhì)，影響銅水流動性，同時其會堆積在保溫爐內(nèi)，難以消除，為此將打捆材料改進為塑鋼帶，此材料無污染、成本低。

車間從2018 年開始引進豎爐燒嘴天然氣紅外磁化節(jié)能裝置，通過超強遠紅外加能活化技術(shù)和稀土催化技術(shù)，對燃料分子進行強力震蕩并催化，促進天然氣活化。通過合理調(diào)整燃燒比，有效改善燒嘴燃燒狀況，提高燃料熱值，使燃燒更加充分，并且大幅度減少廢氣中有害物質(zhì)和二氧化碳排放，既提高了豎爐燒嘴燃燒效率，又降低了豎爐整體能耗和環(huán)保風險。

3 實踐效果

通過近幾年的實踐改造，豎爐產(chǎn)能得到大幅提升，有效爐期也大大延長，其中爐期壽命達到3 個月以上，豎爐平均生產(chǎn)作業(yè)率提高到75%以上，豎爐天然氣單耗下降22.16%，月均產(chǎn)能達到6 500 t 以上。現(xiàn)在豎爐已成為金冠銅業(yè)分公司41 萬t 陰極銅產(chǎn)能的重要組成部分，加大了公司的冷銅處理能力，提升了盈利空間。而后期對現(xiàn)有豎爐經(jīng)連續(xù)進料作業(yè)方式優(yōu)化改進后，將進一步提升豎爐產(chǎn)能和爐期壽命，降低能耗，增加企業(yè)效益。