旋浮吹煉爐冷修及改造實踐

〔摘 要〕根據某廠懸浮吹煉爐生產運行情況，結合冷修時發現的反應塔水套、沉淀池渣線區耐火磚以及上升煙道頂部侵蝕嚴重的情況，介紹了該廠懸浮吹煉爐第一次冷修期間針對反應塔、沉淀池、上升煙道進行的結構優化措施，并提出了后續該廠懸浮吹煉爐可以進行的進一步優化措施。

〔關鍵詞〕旋浮吹煉爐；反應塔；沉淀池；上升煙道；銅水套

中圖分類號：TF811? ?? 文獻標志碼：B? 文章編號：1004-4345（2024）01-0014-0４

Cold Repair and Renovation Practice of Cyclone Converter

JIAN Zhengzhu

（China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China）

Abstract? ?According to the production and operation of the cyclone converter in a certain smelter， combined with the serious erosion of refractory bricks in the reaction shaft water cooling element， settler slag line area， and the top of the uptake shaft found during cold repair， this paper introduces the structural optimization measures for the reaction shaft， settler and uptake shaft during the first cold repair of the cyclone converter in the smelter， and puts forward further optimization measures that can be carried out in the future for the cyclone converter in the smelter.

Keywords? cyclone converter; reaction shaft; settler; uptake shaft; copper cooling element

懸浮吹煉是陽谷祥光銅業公司在引進閃速吹煉的基礎上開發出來的一種吹煉技術。閃速吹煉對物料的分散采取的是用水平方向的分布風打散垂直下落的物料，當投料量大時，容易出現反應偏析、下生料、煙塵率高、爐況波動等問題。懸浮吹煉除了具有閃速吹煉相同的反應塔上部反應機理外，還獨創了反應塔下部過氧化物料和欠氧化物料顆粒間的碰撞反應機理，采用“風內料外”的供料方式，根據自然界龍卷風旋轉時具有極強的擴散和卷吸能力的原理，使物料顆粒呈倒龍卷風的旋流狀態分布在反應塔中央，再在龍卷風旋流體中間增加中央脈動氧氣，改變物料顆粒的運動，實現物料顆粒間的脈動碰撞、傳熱傳質，使整個吹煉過程的化學反應得到充分強化。

國內某冶煉廠的旋浮吹煉爐自2018年9月點火[2]到2022年11月，已安全運行超過50個月，部分水套及耐火材料出現不同程度的損耗。為保證爐體安全，該廠決定自2022年11月26日起進行第1次冷修，針對前期生產運行過程中出現的問題進行優化改造。本文擬結合此次冷修時各部位發現的問題以及該廠采取的處理措施，對懸浮吹煉爐的進一步優化設計提出設想。

1? ?旋浮吹煉爐冷修發現的問題

1.1? 反應塔

吹煉爐運行4年多以來，反應塔總體運行情況良好，但停爐之后發現反應塔齒形水套的齒由于長期承受高溫熔體和高溫煙氣的沖刷基本已被侵蝕。最下層的水平水套也出現不同程度的侵蝕，其中侵蝕最嚴重的1塊如圖1所示。

由圖1可以看出，該水套的部分銅管已裸露在外。此前，金冠銅業吹煉爐此處的水套也出現過被侵蝕的凹槽，他們的結論是由于低溫腐蝕造成[2]。筒體中下部西南側部分水平水套有一些燒損，這是之前生產過程中冰銅噴嘴的偏析導致。塔壁耐火磚也存在不同程度的侵蝕，特別是中下部西南側的殘磚僅有80 mm。塔頂由于設計采用的是鑲磚水套全覆蓋形式，保護得比較好。

1.2? 沉淀池

此前吹煉爐運行期間，反應塔下方沉淀池溫度普遍偏高；沉淀池北側多處出現局部回水溫度高報的情況；池頂有時存在過熱情況，池底測溫點最高溫度超過670 ℃。此次冷修工作人員進入沉淀池后看到的情況如圖2所示。

由圖2所示，沉淀池拱腳磚基本沒有損壞，分析認為應該是爐底冷銅的存在使得吹煉爐長時間處于高銅面、高總液面控制，渣層未影響到拱腳磚。而渣線區耐火磚基本已被侵蝕，靠掛渣保護，這是沉淀池側墻水套回水溫度高報的原因。池頂耐火材料有局部被侵蝕，清理之后發現反拱底部冷銅厚度最薄處也有50 mm，部分區域接近250 mm，與爐底工作層成為一體，甚至有的地方有銅滲入工作層的磚縫中，這是爐底測溫點溫度高的原因。

1.3? 上升煙道

在生產過程中，上升煙道頂部，特別是平頂的溫度較高，平頂與斜頂交界處耐火磚起拱，煙氣外泄比較嚴重。停爐后煙道內部情況如圖3所示。

由圖3可以看到：1）連接部齒形水套內耐火磚基本被沖刷完，水套的齒有些已被侵蝕；2）頂部和兩側墻下部的耐火磚被侵蝕得較為厲害；3）頂部吊掛水套也有不同程度的侵蝕。

2? ?改造措施

2.1? 反應塔

根據反應塔水套侵蝕情況，按照原設計更換了燒損水套，包括反應塔連接部所有齒形水套、第一層水平水套和筒體中下部西南側的部分水套。同時，稍微調整了一些水套冷卻水的串接方式，如將最下層水平水套原來4塊1串換成2塊1串，中下部水平水套原設計3塊1串改成了2塊1串，通過增加水套的冷卻強度來增強耐火材料內側的掛渣效果，從而更好地保護水套。此外，本次冷修還更換了反應塔筒體全部耐材，為更好地監測反應塔筒體耐材溫度情況，筒體測溫點由原來的4個增加到32個。

2.2? 沉淀池

針對沉淀池溫度高的情況，更換了反應塔下部附近側墻立式水套、受損的水平水套以及所有放出口水套；在池頂加設2個燒嘴，以更好地控制沉淀池內溫度；加設5排吊掛水套，以更好地保護池頂吊掛磚，延長池頂壽命；更換了沉淀池所有耐材。冷修前后池頂結構對比如圖4所示。

2.3? 上升煙道

本次冷修，更換了上升煙道部分燒損比較嚴重或者檢查漏水的水套，包括部分連接部鋸齒形水套、水平水套、閘門孔水套、煙道頂吊掛條形水套和鑲磚水套等。由于平頂靠近斜頂區域的磚燒損比較厲害，故增加了２排吊掛平水套進行保護。優化了事故煙道口的結構，原設計事故煙道口座子是水套結構，蓋子則是由澆注料制做，很容易黏接，切換煙氣路線時不容易打開。本次冷修將座子改成外方內圓的結構，蓋子也配套設計成水套結構，解決了黏接問題，方便煙氣路線的切換操作。更換了平頂、側墻下部以及出煙口下方斜墻的耐火材料。冷修前后煙道頂部結構對比如圖5所示。

3? ?進一步優化設想

在此次冷修改造的基礎上，筆者對該項目旋浮吹煉爐的運行情況進行研究，提出進一步優化的設想建議。

3.1? 反應塔

隨著該項目投料量的不斷提高，反應塔的熱負荷也不斷提高，煙氣中熔體濃度更大，高溫煙氣對反應塔的沖刷也會更加劇烈，單靠增加水平水套的層數來保護耐火材料已無法滿足生產需求。在目前高強度的冶煉狀態下需要對反應塔內，特別是中下部的耐火材料進行全方位立體冷卻[３]。

建議下一個爐期將反應塔中下部改成2層或者3層齒形水套的結構形式，如圖6所示。這樣可有效延長整個反應塔的使用壽命[4]。

對于反應塔頂的吊掛水套，原設計考慮到吊裝安全問題，設計尺寸較小，一般是500 mm×700 mm，這導致塔頂水套的進出水管布置得密密麻麻，檢修人員進入特別不方便。建議今后設計時適當加大水套尺寸，減少水套進出水管數量，從而空出塔頂檢修通道。

3.2? 沉淀池

本次冷修更換的粗銅口水套還是按最初設計的結構。借鑒金冠的經驗，建議將粗銅口水套結構進行優化，如圖7所示。優化后，內腔尺寸由280 mm ×280 mm擴大為389 mm × 430 mm，并設置耐熱鋼板保護水套，可最大程度地防止因燒口誤操作而燒損水套，增強操作安全性。

反應塔下方的沉淀池側墻受到順著反應塔下來的熱熔體的沖刷，而原設計只在南北墻氣相區范圍內各設置了4塊鑲磚水套。實際情況顯示，此區域耐火磚長時間工作后損耗相對比厲害，所以建議后期考慮擴大鑲磚水套的保護范圍，將保護范圍延伸至整個反應塔下方區域，如圖8所示。

另外，筆者認為今后的設計還可以考慮適當加高拱腳高度。此前，祥光銅業和金冠銅業閃速吹煉爐冷修時都對沉淀池拱腳磚進行了加高處理，以增加拱腳保護爐體的范圍，提高吹煉的能力，優化控制參數，避免放銅帶渣的現象以及粗銅含硫較高的情況出現[5]。

針對反應塔下方沉淀池側墻水套回水溫度有時偏高的情況，建議今后設計此處水套時可考慮適當加大銅管直徑，增大冷卻水流量以保證冷卻效果。

3.3? 上升煙道

針對上升煙道平頂特別是斜頂和平頂交界處耐火磚起拱和煙氣泄露問題，本次冷修只增加了2排吊掛水平水套，能起到一定的改善作用，如果能把整個煙道頂部設計成反應塔頂一樣的BIC水套全覆蓋結構，應能從根本上解決這個問題。

4? ?結語

該旋浮吹煉爐2022年11月26日正式停爐開始改造施工，2023年1月12日順利投料試生產。針對之前生產過程中出現的問題以及停爐后發現的問題，設計人員逐一做了相應的處理。截至目前，該爐最大投料量達100 t/h，且已滿負荷生產1年多，爐子運行穩定。

本次冷修過程中，遇到的最大難題是拱底大塊冷銅的切割和運輸。今后冷修停爐前需要充分考慮控制冷銅的產生，或者放空后在降溫之前把池頂耐火磚打下去，以避免大塊冷銅的產生。目前，閃速吹煉爐的爐壽一般都在4～5 a，相信經過這次冷修，后續再采用本文提到的進一些優化措施，懸浮吹煉爐的壽命有望提高至6 a以上。

參考文獻

[1] 李良斌，楊堃，郎立杰，等.旋浮熔煉+旋浮吹煉工藝試生產實踐[J].有色金屬：冶煉部分，2020（2）：31-35.

[2] 臧軻軻. 金冠銅業閃速吹煉爐冷修爐體改造[J].有色金屬：冶煉部分，2018（2）：26-30.

[3] 袁精華.閃速吹煉爐爐體壽命大幅度提高的對策[J].有色設備，2023，37（3）：79-83.

[4] 袁精華. 高強度冶煉閃速爐優化設計對策[J].中國有色冶金，2021（6）：39-43.

[5] 曾慶曄，董木森，張慧強，等. 祥光銅業閃速吹煉爐爐體壽命延長的實踐[J].有色金屬：冶煉部分， 2020（2）：55-59.

收稿日期：2023-06-04

作者簡介：簡正柱（1982—），男，高級工程師，主要從事工業爐窯設計工作。