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河南宏泰窯爐耐火材料專注澆注料、耐火磚等耐火材料生產(chǎn)加工,種類齊全,價(jià)格實(shí)惠,實(shí)施工業(yè)爐維修。
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耐火磚知識(shí)與新聞

火法煉銅轉(zhuǎn)爐用鎂鉻耐火材料的結(jié)

火法煉銅生產(chǎn)過(guò)程中,從銅锍到粗銅的冶煉過(guò)程絕大部分是在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行的,目前世界各國(guó)多采用大中型臥式堿性轉(zhuǎn)爐,也稱Kerce-Smith轉(zhuǎn)爐,簡(jiǎn)稱為P-S轉(zhuǎn)爐。因具有工藝方法簡(jiǎn)單,操作容易、效率高等特點(diǎn),因而被長(zhǎng)期廣泛應(yīng)用于銅锍的吹煉過(guò)程中,目前,約有80%以上的銅锍是在這種設(shè)備中吹煉的。
本文將結(jié)合轉(zhuǎn)爐用耐火材料的熱場(chǎng)分布結(jié)果,詳細(xì)討論轉(zhuǎn)爐用鎂鉻耐火材料及其損毀機(jī)理。
P-S轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯主要為鎂鉻耐火材料,內(nèi)襯的易損部位主要是風(fēng)口及風(fēng)口區(qū)、爐口和端墻等部位。尤其是風(fēng)口及風(fēng)口區(qū),使用條件最為苛刻,也是最易損的部位。解決風(fēng)口及風(fēng)口區(qū)用耐火材料的使用壽命,既可以降低整個(gè)轉(zhuǎn)爐爐襯的蝕損,也可以大幅度地提高轉(zhuǎn)爐爐齡。
轉(zhuǎn)爐用耐火材料的消耗在重有色金屬的火法冶金中所占比例最大,所以解決轉(zhuǎn)爐用耐火材料的使用壽命不僅可以大幅度地降低消耗,還可以充分挖掘吹煉的生產(chǎn)潛力,解決好此問(wèn)題具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
1、轉(zhuǎn)爐用耐火材料的優(yōu)化配置
P-S轉(zhuǎn)爐用耐火材料在各個(gè)部位的損毀情況不一樣,風(fēng)口與風(fēng)口區(qū)不僅溫度波動(dòng)大而且頻繁,因此要求耐火材料不僅要抗熔蝕和沖刷,而且要有良好的抗熱剝落和結(jié)構(gòu)剝落等性能。
根據(jù)熔體及爐襯的溫度場(chǎng)仿真和鎂鉻耐火材料性能、損毀的研究,我們確定選材原則為:熱穩(wěn)定性好,抗SO2氣氛侵蝕性能好,抗?fàn)t渣侵蝕性好,抗锍滲透性強(qiáng)以及高溫強(qiáng)度大等。根據(jù)這一原則,風(fēng)口及風(fēng)口區(qū)爐襯材料選用電熔再結(jié)合鎂鉻耐火材料,其他部位選用直接結(jié)合鎂鉻耐火材料。
2、爐體結(jié)構(gòu)及砌筑方法優(yōu)化
為了消除由于爐襯砌筑不合理而引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和熱應(yīng)力,在采用優(yōu)質(zhì)鎂鉻耐火材料的同時(shí)對(duì)磚型和砌筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整。
1)磚型改進(jìn)
風(fēng)口區(qū)是吹煉反應(yīng)最強(qiáng)烈、熔體沖刷最嚴(yán)重的部位。加上風(fēng)口維護(hù)時(shí)捅風(fēng)眼機(jī)鋼釬的沖擊,風(fēng)口區(qū)損壞而停爐修理。風(fēng)口耐火材料的使用壽命代表著轉(zhuǎn)爐爐齡(在一個(gè)風(fēng)口耐火材料更換期內(nèi)轉(zhuǎn)爐作業(yè)的爐次)。
風(fēng)口耐火材料一般采用直接結(jié)合鎂鉻耐火材料或電熔再結(jié)合鉻鎂耐火材料,以往的磚型設(shè)計(jì)為每個(gè)風(fēng)口由兩塊風(fēng)口磚組成,磚的寬度為風(fēng)口中心距減去磚縫厚度2mm。由于大型轉(zhuǎn)爐采用多釬式捅風(fēng)眼機(jī)進(jìn)行風(fēng)口維護(hù),因此,對(duì)風(fēng)口中心距、風(fēng)口角、風(fēng)口中心線的水平度等都有嚴(yán)格的要求。一般風(fēng)口磚每隔一塊磚插入2mm厚紙板一塊,不鉆風(fēng)眼的部分每隔3塊磚插入2mm厚的紙板一塊。風(fēng)眼砌磚如圖6-94a所示。以往風(fēng)口磚的磚型設(shè)計(jì)為每個(gè)風(fēng)口由兩塊風(fēng)口磚組成。根據(jù)減小爐襯應(yīng)力集中和銅锍沿磚縫滲透的原則,設(shè)計(jì)了新型風(fēng)口耐火材料。
該磚型由于一頭大一頭小,風(fēng)口直接在磚中鉆成。因此,在砌筑時(shí)無(wú)需添加異形磚,而且風(fēng)口磚砌好后,其受力中心和轉(zhuǎn)爐的中心位于同一圓心上,從而緩解了結(jié)構(gòu)應(yīng)力。同時(shí),由于該磚是一整體,減少了銅锍等沿磚縫的滲透。
2)爐口處爐襯的改進(jìn)
轉(zhuǎn)爐爐口砌磚是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最薄弱的部位,特別在爐口與圓形筒體的交接處,形狀復(fù)雜,磚的加工量多,磚縫多而厚度難以掌握;而爐口又是加料(銅锍、石英熔劑、冷料)、倒渣、排煙的通道,工藝操作極為頻繁,吹煙時(shí)排煙溫度高達(dá)1450℃以上。溫度周期性的波動(dòng)、銅渣噴濺和煙氣的沖刷、爐口清理的機(jī)械碰撞磨損、Cu2S和S02的侵蝕等,內(nèi)襯工作條件極為惡劣,使用壽命最短。生產(chǎn)過(guò)程中往往因爐口掉磚或損壞被迫停爐修理,影響轉(zhuǎn)爐的工作效率。
爐口橫截面形狀為鼓形,上、下口是半徑為的拱形壁面,左、右拱形壁面的襯磚厚度有兩種結(jié)構(gòu)形式,a式襯磚厚度不變,均為230mm,b式襯磚厚度是變化的,對(duì)上爐口的內(nèi)口襯磚厚度為230mm,外口厚度為180mm,對(duì)下?tīng)t口的外口襯磚厚度為230mm,內(nèi)口厚度為180mm。貴溪冶煉廠銅硫吹煉轉(zhuǎn)爐爐口襯磚原為b式結(jié)構(gòu),現(xiàn)改為a式結(jié)構(gòu)(取消上爐口襯板,并取消連接部的加強(qiáng)筋板而增硇一道反拱,下?tīng)t口襯板下移50mm并加長(zhǎng)至爐殼,上下?tīng)t口襯磚厚度均改為230mm),改善了上爐口的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,提高了爐口區(qū)爐襯使用壽命。
3)端墻砌磚的改進(jìn)
轉(zhuǎn)爐端墻有兩種結(jié)構(gòu)形式:直形端墻和球形端墻。
以前,轉(zhuǎn)爐多采用直形端墻。球形端墻在砌筑時(shí)采用環(huán)形砌筑法,因而有效地減輕了應(yīng)力集中,改善了爐襯的受力狀態(tài)。
3、操作制度優(yōu)化
1)吹煉制度
轉(zhuǎn)爐的吹煉制度有三種:?jiǎn)螤t吹煉、爐交換吹煉和期交換吹煉。目前,國(guó)內(nèi)多采用單臺(tái)吹煉爐交換吹煉。
A.單爐吹煉
工廠一般只有兩臺(tái)轉(zhuǎn)爐,其中一臺(tái)操作,一臺(tái)備用。一爐吹煉作業(yè)完成后,重新加入銅锍,進(jìn)行另一爐次的吹煉作業(yè)。
B.爐交換吹煉
工廠一般有三臺(tái)轉(zhuǎn)爐時(shí),一臺(tái)備用,兩臺(tái)交替作業(yè)。在2號(hào)爐結(jié)束全爐吹煉作業(yè)之后,1號(hào)爐立即進(jìn)行另一爐次的吹煉作業(yè)。但1號(hào)爐可在2號(hào)爐結(jié)束吹煉之前預(yù)先加入銅锍,2號(hào)爐可在1號(hào)爐投人吹煉作業(yè)之后排出祖銅,從而縮短了停吹時(shí)間。
C.期交換吹煉
工廠一般有三臺(tái)轉(zhuǎn)爐時(shí),一臺(tái)備用,兩臺(tái)交替作業(yè)m在1號(hào)爐的S1期與S2期之間,穿插進(jìn)行2號(hào)爐的B2期吹煉。將排渣、放粗銅、清理風(fēng)眼等作業(yè)安排在另一臺(tái)轉(zhuǎn)爐投入送風(fēng)吹煉后進(jìn)行。僅在兩臺(tái)轉(zhuǎn)爐切換作業(yè)時(shí)短暫停吹,縮短了停吹時(shí)間。
以每爐處理145t品位為50%的銅锍為例,按三種吹煉制度進(jìn)行比較,鼓風(fēng)量為32000m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。
貴冶采用期交換吹煉,其目的在于提高轉(zhuǎn)爐車間送風(fēng)時(shí)率,改善向硫酸車間供煙氣的連續(xù)性,保證閃速熔煉爐比較均勻地排放銅锍。
2)熔體溫度
爐齡是轉(zhuǎn)爐工作好壞的一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。爐襯損毀的主要原因有三:化學(xué)侵蝕、機(jī)械損毀以及熱應(yīng)力。轉(zhuǎn)爐損毀的三個(gè)主要原因都與溫度有關(guān)。因此,在實(shí)際操作過(guò)程中,應(yīng)杜絕高溫作業(yè)。根據(jù)耐火材料的性質(zhì),一般造渣期溫度控制在(1250±10)℃,造銅期溫度控制在(1180±10)℃。影響爐溫的主要因素有:
(1)銅锍量。銅锍初始溫度與開(kāi)始吹煉的時(shí)間有直接的關(guān)系,銅锍初始溫度越高、銅锍量越大,至開(kāi)吹的時(shí)間越短,則爐溫越高;反之,則爐溫越低。
(2)熔劑加入速度。熔劑加人速度越快,會(huì)使熔體溫度局部降低,加入速度過(guò)慢,則化學(xué)反應(yīng)放出的熱量不足以使溫度迅速升高。
(3)鼓風(fēng)強(qiáng)度。鼓風(fēng)強(qiáng)度處于合理的風(fēng)料比時(shí),反應(yīng)比較強(qiáng)烈,導(dǎo)致熔體溫度顯著上升;鼓風(fēng)強(qiáng)度過(guò)小,反應(yīng)所需的氧供應(yīng)不足,熔體溫度的升高將會(huì)受到限制。
(4)冷料量。在銅锍吹煉過(guò)程屮,加人冷料是為了消耗掉反應(yīng)生成的過(guò)剩熱量,避免高溫作業(yè),以減少爐壁用耐火材料的損耗。冷料量是決定轉(zhuǎn)爐熱狀態(tài)的重要因素,冷料量過(guò)少,則爐內(nèi)溫度高,徒然加速內(nèi)襯磚的消耗;冷料量過(guò)多,則爐內(nèi)溫度過(guò)低,給吹煉過(guò)程造成困難,或者不能形成好的爐渣,或者吹煉時(shí)間異常地延長(zhǎng)。
3)操作停風(fēng)時(shí)間
操作間隙停風(fēng)時(shí)間將影響熔體溫度,停風(fēng)時(shí)間越長(zhǎng),溫度下降越大。表明了停風(fēng)時(shí)間對(duì)爐襯內(nèi)不同部位溫度時(shí)變速率的影響。停風(fēng)時(shí)間越長(zhǎng),爐襯溫度時(shí)變速率越大。
4)氧氣含量范圍
盡管富氧吹煉能使生產(chǎn)率得到提高,并可解決利用煙氣制酸問(wèn)題,但目前世界上所有銅轉(zhuǎn)爐富氧鼓風(fēng)的氧含量仍低于30%。若氧含量高于這個(gè)水平,則轉(zhuǎn)爐風(fēng)口帶的耐火材料的損壞會(huì)加大。
4、爐口尺寸優(yōu)化
爐口面積的大小對(duì)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)有著直接影響,爐口過(guò)小會(huì)使銅锍加入和爐渣、粗銅的排出速度變慢,冷料加人困難,煙氣流速過(guò)快,惡化操作條件,使?fàn)t口經(jīng)常黏結(jié)大量的熔渣,增加停風(fēng)清理次數(shù);爐口過(guò)大則削弱了筒體的強(qiáng)度和剛度,熱損失過(guò)大,特別是當(dāng)加料、排料等停風(fēng)時(shí),爐體過(guò)多的熱損失會(huì)引起爐溫大的波動(dòng),使?fàn)t襯過(guò)早損壞。為此,本部分將利用仿真技術(shù)優(yōu)化爐口尺寸范圍。
1)造渣期爐口面積大小對(duì)熔體溫度的影響
在造渣期,鼓風(fēng)強(qiáng)度相同時(shí),隨著爐口尺寸的變大,熔體的溫度降低;爐口尺寸固定時(shí),隨著鼓風(fēng)強(qiáng)度的增加,熔體的溫度逐漸升高。
造銅期與造渣期的趨勢(shì)相似,即鼓風(fēng)強(qiáng)度相同時(shí),隨著爐口尺寸的變大,熔體的溫度降低;爐口尺寸固定時(shí),隨著鼓風(fēng)強(qiáng)度的增加,熔體的溫度逐漸升高。
爐口面積的大小對(duì)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)有著直接影響,從仿真結(jié)果中可以看出:在相同的鼓風(fēng)強(qiáng)度下,熔體的溫度隨爐口面積比(爐口面積與最大爐膛面積之比)增大而明顯降低。
爐口過(guò)小會(huì)使銅锍加入和爐渣、粗銅的倒出速度變慢,冷料加入困難,使?fàn)t口經(jīng)常黏結(jié)大量的熔渣,增加停風(fēng)清理次數(shù);爐口過(guò)大則削弱了筒體的強(qiáng)度和剛度,熱損失過(guò)大,特別是當(dāng)加料、排料等停風(fēng)時(shí),爐體過(guò)多的熱損失會(huì)引起爐溫波動(dòng)大,使?fàn)t襯過(guò)早損壞。
根據(jù)熱場(chǎng)仿真計(jì)算和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn),爐口面積與熔體表面積之比在0.18~0.25之間為宜,爐口處煙氣流速約為6~8m/s。爐口面積確定后,爐口的長(zhǎng)寬比在1.15~1.35之間。
5、總結(jié)
(1)對(duì)大型銅轉(zhuǎn)爐用耐火材料的配置進(jìn)行了優(yōu)化。選用電熔再結(jié)合鎂鉻耐火材料/半再結(jié)合鎂鉻耐火材料作為風(fēng)口區(qū)用耐火材料,而在其他操作環(huán)境不太苛刻的區(qū)域選用半再結(jié)合鎂鉻耐火材料/直接結(jié)合鎂鉻耐火材料作為爐襯材料;同時(shí)對(duì)磚型、爐體結(jié)構(gòu)以及爐襯的合理砌筑進(jìn)行了優(yōu)化;此配置在貴溪冶煉廠200t轉(zhuǎn)爐上使用,效果良好,將爐襯壽命提高到250爐次以上。
(2)爐口面積對(duì)熔體溫度影響的仿真結(jié)果表明,在相同的鼓風(fēng)強(qiáng)度下,熔體穩(wěn)定溫度隨爐口面積比(爐口面積與最大爐膛面積之比)增大而明顯降低;爐口面積與熔體表面積之比在0.18~0.25之間為宜,爐口的長(zhǎng)寬比在1.15~1.35之間。
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