云铜艾萨炉阻溅板的使用实践

云铜艾萨炉阻溅板的使用实践 ? 12?中固有色冶4l--口艾萨熔炼实践量堡 云铜艾萨炉阻溅板的使用实践 陈忠良 (云南铜业股份有限公司,云南昆明650102) 【摘要】叙述了云铜艾萨炉阻溅板使用过程中出现的问及改进实践,详细 了阻溅板冷却水泄漏 的原因. 【关键词】艾萨炉;阻溅板;冷却水 【中图分类号】TF811,031.1【文献标识码】B【文章编号】1672—6103(2005)05 —0012—04 1艾萨炉阻溅板的基本概况 1.1艾萨炉阻溅板的作用 艾萨炉阻溅板是艾萨技术的核心部件,其主要 作用是阻挡炉子喷溅物飞溅到炉子上部形成堆积 或进入烟道,余热锅炉系统.艾萨炉阻溅板有着非 常重要的作用,美国塞普路斯一迈阿密道奇冶炼厂 的艾萨炉在没有阻溅板时.炉子上部变径段和余热 锅炉烟道人口炉渣堆积严重. 由于在炉内所处的特殊环境.且受材质,加工 精度及砌炉安装等因素的影响.阻溅板也是艾萨炉 易损的部件.澳大利亚芒特一艾萨冶炼厂目前使用 的阻溅板为3根水道设置.其第七个炉期采用的是 2根通水另外1根通空气.该炉期进行到48个月的 时候阻溅板严重腐蚀漏水被迫停产.美国塞普路 斯一迈阿密道奇冶炼厂也同样出现过因阻溅板损坏 而导致提前停产的情况. 云铜艾萨炉第一炉期的阻溅板是由澳大利亚 XSTRTA(前身为MIM)工艺技术公司根据云铜的实 际情况的,其在国内加工完成.云铜艾萨炉阻 溅板在防止余热锅炉通道结渣方面发挥了重要作 用. 1.2云铜艾萨炉阻溅板的概况 云铜艾萨炉第一炉期阻溅板的设计尺寸为: 3279mm(内)/4099mm(外)×l125mmx200mm,重 约6584kg.安装于炉子简体与锥体交接处,镶嵌于 [作者简介]陈忠良(1973一),男,辽宁人,云南工业大学机械制造与 工艺专业工学学士,机械工程师.现任熔炼分厂首席工程师兼分厂技 术室主任. 耐火砖(DB505工作砖第67层与68层)间,由工作 砖承担其主要重量.阻溅板所用的热轧,I'2铜坯由 洛阳铜加工厂提供.金川有色公司机械厂进行加 工.阻溅板的安装,装配图见图1,图2. 昌 , 隔热板=罱 , 一 I l 垫堡卜一 In 0 ,一I—— I I 图1阻溅板安装图 图2阻溅板水套装配图 云铜艾萨炉第一炉期使用的铜水套阻溅板共 有6个冷却水回路,分上下两排,钻44mmx3279 2005年10月第5期云铜艾萨炉阻溅板的使用实践——陈忠良?13? 图3阻溅板水套水道布置图 mm的孑L.两排孑L中心距100mm,组间水平距180 mm.孑L壁距水套面28mm,采用从两边钻孑L,中间 对接的加工方法.由于铜坯尺寸较大及深孑L加工难 度较高,因此阻溅板在国内的加工周期大约为5-6 个月.阻溅板水套水道布置图见图3. 2阻溅板存在的问题及处理 2.1存在的问题 从2002年5月9日艾萨炉点火升温起,公司就 对阻溅板及其周围法兰盘问的距离进行间断监测. 自开炉以来.阻溅板相对法兰盘位置缓慢下降,而 且一直持续到同年6月底. 2002年6月5日.阻溅板外侧有轻微渗漏,检 查后发现不是管接头渗漏.而是沿阻溅板下表面从 里向外的泄露.由于阻溅板内高外低,中间高两侧 低.水沿阻溅板下表面向外滴.大量水从靠两侧边 沿的地方滴下.阻溅板下与炉砖结合处有3,4个点 有蒸汽喷出.同时发现.未被炉壳遮掩的阻溅板下 的工作砖已经被水浸泡. 经过多次不同手段检查后.初步断定阻溅板的 冷却水道有可能出现断裂.并且冷却水已经泄漏至 艾萨炉炉内.由于阻溅板处于炉内,无法准确判断6 条冷却水道中是那几条出现断裂,出于对艾萨炉安 全的考虑,决定同时切断6条水道的供水. 2.2处理方案 由于阻溅板安装于炉子简体与锥体交接处,镶 嵌于第67层与68层耐火砖间.对耐火砖而言起着 "承上启下"的作用.一旦阻溅板被熔损,位于阻溅 板上部的耐火砖将失去支撑而垮塌.于是决定用动 力分厂提供的8kg压缩风替代冷却水对阻溅板进行 冷却. 由于压缩空气的冷却强度远远小于冷却水,仅 用压缩空气实施冷却很难避免阻溅板被熔损.因此 在阻溅板发生漏水后对艾萨炉的工艺控制条件进 行了调整.将艾萨炉炉渣的硅铁比由开炉初期的 0.88改为0.84(2002年6月平均硅铁比).使阻溅板 表面逐步进行挂渣保护. 虽然以后的生产中为配合贫化电炉的渣型控 制,艾萨炉渣型由控制硅铁比低于0.88改为0.9,但 根据生产情况适时对富氧浓度和操作温度及阻溅 板冷却介质流量进行调整,使阻溅板表面形成的结 渣得到有效控制.均匀,规则的结渣对阻溅板起到 了有效的保护作用. 截止2004年9月15日艾萨炉停炉.用压缩空 气冷却的阻溅板安全运行了27个月. 3阻溅板冷却水泄露的原因及改进 由于处于炉内并镶嵌于第67层与68层耐火 砖间.无法看到阻溅板的漏水部位,再加上开炉初 期对艾萨炉及阻溅板的运行情况不完全了解,因此 在阻溅板发生漏水后无法对冷却水泄露的原因进 行准确分析.2004年9月15日,云铜艾萨炉在经过 了28个月的连续生产后,开始了第一次停产大修, 这为详细分析阻溅板损坏的原因提供了有利条件. 3.1阻溅板的损坏情况 图4为阻溅板损坏情况,图5为水道损坏情况. 图4阻溅板损坏情况 图5水道损坏情况 (1)阻溅板有3个水道有明显的损坏,并且这 3个水道均处于阻溅板的迎火面.其中A项水道已 经被完全熔损; (2)在阻溅板迎火面中部靠水道出水端区域 有两条横向裂纹.裂纹长度分别为725mm和400 mm.裂纹深度分别为30mm和50mm,两条裂纹均 没有横向贯穿整个阻溅板: ? 14?中固有色冶金口艾萨熔炼实践与探讨 (3)整个阻溅板迎火面分布有大量,深度3,5 mm不等的热裂纹,而且热裂纹大部分集中在靠出 水口一侧: (4)整个阻溅板没有明显的大弯曲变形. 3.2原因分析 200mm厚的阻溅板采用两排6个水道布置,过 多的冷却水道在一定程度上降低了阻溅板自身的 机械强度,减弱了其抗变型能力.从阻溅板的损坏 状况看,由于没有横向贯穿性深度裂纹存在,也没 有明显的大弯曲变形.并且扎制铜材本身具备较好 的塑性,由此断定阻溅板并没有受到耐火砖的膨胀 挤压而产生机械断裂. 由于阻溅板水道较长(最长的3279mm),使冷 却水道的钻孑L加工难度较高,原设计中水道直线度 偏差保持在3mm以内的技术要求在钻孔过程中很 难得到保证.加工误差的存在会使冷却水道壁过 薄,水道间串通或水道与热电偶孑L间串通.一个点 漏,多个水道有问题的可能性都会存在.但从阻溅 板损坏水道的形状上看.水道与水道之间并没有相 互窜通的迹象,各水道的独立性均保持完好.因此 可以排除阻溅板制造过程中加工偏差引起的冷却 水泄露. 从阻溅板热裂纹分布情况和热裂纹对水道的 破坏程度上看.艾萨炉升温过程中,升温热电偶出 现故障,炉内温度大大超过原设定的升温值.阻溅 板受到的热冲击超过了设计时热平衡计算所允许 的范围,使阻溅板产生热应力集中.进而使表面产 生热裂纹,导致漏水. 3.3改进后的使用情况 针对第一炉期阻溅板存在的问题.云铜于2003 年4月提出对第二炉期的阻溅板进行改造的设想. 在与澳大利亚XSTRTA公司技术人员多次交流及 公司内部研讨后.2004年完成了对阻溅板系统的改 造设计.新的设计中将阻溅板的水道由6组改为3 组,同时将阻溅板所用的热轧T2铜坯的加工率由 26%提高到37%,使铜坯的晶粒更加细化,从而提高 阻溅板的导热性能. 云铜艾萨炉第二炉期于2005年2月25日 14:00点火.3月2日升温工作顺利完成.3月2日 进行试投料生产,标志着艾萨炉第二炉期的生产正 式开始.在生产的初期.艾萨炉入炉料量按照低料 量摸索调整,随后根据设备及生产状况逐步增加负 荷,最终按照120,130t/h组织生产. 虽然对阻溅板进行了针对性改造,但是2005 年4月4日阻溅板在投入运行39d后还是出现了 漏水. 观察发现,此次漏水的位置与第一炉期阻溅板 漏水位置十分接近,并且漏水时阻溅板表面无任何 结渣. 阻溅板炉内情况见图6,阻溅板漏水情况见图7. 图6阻溅板炉内情况 图7阻溅板漏水情况 4结语 从目前的情况看.阻溅板在艾萨炉熔炼中的重 要作用不容置疑,阻溅板在何种冷却条件下才能满 足要求,已经成为目前急需解决的一个现实问题. 通过分析云铜艾萨炉第一,二炉期阻溅板出现 的情况.对阻溅板有以下几点认识: (1)热应力的变化是造成阻溅板使用过程中 损坏的主要原因: (2)对阻溅板进行冷却是防止其生产期间被 熔损的有效手段,但冷却强度的提高并不能完全消 除热应力的影响: (3)艾萨炉开炉初期是阻溅板损坏的高发时 期,开炉初期炉内温度的变化对阻溅板的安全使用 有较大影响.因此在开炉升温阶段将一层30mm厚 的隔热板用胶粘贴在阻溅板表面.可以避免升温期 间阻溅板受加热烧嘴火焰的热冲击. (4)在投料后,应及时对阻溅板表面进行挂渣 2005年10月第5期云铜艾萨炉阻溅板的使用实践——陈忠良?15? 处理.从云铜艾萨炉第一炉期阻溅板的维护情况 看.对其表面进行有效挂渣是使阻溅板避免热冲击 和降低本体温度,防止高温熔损最直接,最有效,最 可靠的方法,也阻溅板长期安全运行所必须的. (5)艾萨炉工艺的控制直接关系着阻溅板能 否长期安全使用.工艺控制过程中如果冰铜品位低 于50%.则炉内较低品位的冰铜对炉衬和阻溅板上 的结渣造成强烈洗刷,使阻溅板失去结渣的保护. ApplicationofsplashshieldinIsafurnace CHENZhong-liang Abstract:ThispaperdescribestheproblemsofthesplashshieldduringitsapplicationintheIsa furnaceinYunnan CopperCo.,Ltd.anditsmodification,andanalysesindetailsthecausesaboutcoolingwaterle akageofthesplash shield. Keywords:Isafurnace;splashshield;coolingwater (上接第3页) 2.3Atlas风机故障 Atlas风机是从德国ATLASCOPCO公司引进 的成套产品,风量40000m3/h,压力为150kPa,主要 向艾萨喷枪和保温烧嘴提供工艺用风.由于风机采 用恒压控制.排气温度高,为了满足艾萨工艺的要 求.风量还随着艾萨炉料量,燃煤量和燃油量的波 动而波动,致使风机的出口导叶动作频繁.最终导 致出口导叶传动机构定位销断裂的事故多次发生. 面对这个长期困扰艾萨炉生产的问题.通过采 用修改控制逻辑,降低风机运行压力等项改造措 施.基本使问题得到了解决. 2.4熔池冻结 熔池冻结是由于温度突然大幅下降,熔池内物 质的形态由液态逐渐变为固态,使整个熔炼反应停 止.熔池冻结对艾萨生产的影响较大,特别是如果在 高熔池面的情况下发生熔池冻结,将给处理工作带 来巨大的困难.同时还会严重损害耐火砖的寿命.造 成熔池冻结的主要原因是(1)喷枪严重烧损或在 熔池中定位不准确而未及时采取措施,导致操作温 度急剧下降,而操作人员没有及时停止生产,进行 加热操作,最终使熔池冻结.(2)停产保温时间过 长.熔池慢慢出现冻结.(3)锅炉炉顶和烟道出现大 面积掉渣,导致熔池冻结.由于熔池内全部是高熔点 的物质.给整个熔池的恢复工作带来很大的困难. 2.5烟气处理系统中出现单质硫 由于艾萨炉在生产过程中使用煤作为主要燃 料.用于燃烧挥发性气体的二次燃烧空气是通过保 温烧嘴,渣箱口以及炉子自然漏风补入的,如果控 制不当.将会导致烟气处理系统有单质硫析出,严 重影响烟气处理系统的正常工作.在艾萨炉生产过 程中也出现过这样的问题,主要是由于煤加入量大, 补入的二次燃烧空气量不足,精矿制粒的效果差,被 烟气带走量大等因素引起的,此外,由于没有残氧和 CO气体的在线分析仪等监测手段,给二次燃烧空气 补入量的控制带来较大困难. 3结语 经过艾萨炉一个炉期的生产实践表明: (1)云铜艾萨熔炼技术的引进是非常成功的, 尽管在开炉初期遇到了一些问题,但通过不断的摸 索和改造,都一一得到解决.使艾萨炉各项经济技 术指标很快达到或超过设计水平:?艾萨炉平均 小时料量达到100t以上;?艾萨炉作业率达到 92%以上;?喷枪使用寿命稳定控制在8—10d. (2)不足之处:阻溅板的设计和使用,冶金控 制数学模型,工厂信息系统建设等方面,还需要去 开发和完善. OnthefirstcampaignofIsafurnaceinYunnanCopper,Co.,Ltd. YANGWei Abstract:Thepaperdescribestheoperation,refractorymaterialcondition,problemsintheoperationandimprov— ementmeasurestakeninthefirstcampaignofIsafurnaceinYunnanCopperCo.,Ltd. Keywords:Isafurnace;coppersmelting;refractorymaterial