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            首頁(yè) 行業(yè)資訊 如何選鎂鉻耐火材料才能提高熔煉爐爐襯壽命

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            如何選鎂鉻耐火材料才能提高熔煉爐爐襯壽命

            4月,11,2018

            金川公司銅自熱熔煉爐是用來(lái)處理含鎳銅精礦的。含鎳銅精礦是高鎳锍經(jīng)緩冷和磨浮分選后得到的銅精礦,其成分為:Ni3.5%,Cu67%~69%,Fe3%~4%,S20%~22%。這種銅精礦含鎳高、含鐵低、含硫低,不含脈石,不同于天然礦石選出的銅精礦。
            金川含鎳銅精礦的冶煉工藝,從20世紀60年代借鑒傳統的處理一般銅精礦的工藝流程開(kāi)始,經(jīng)過(guò)多個(gè)發(fā)展階段而演變?yōu)楝F行工藝。20世紀90年代初,金川公司采用了從俄羅斯引進(jìn)的俄羅斯鎳設計院和北鎳公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的原本處理鎳礦的氧氣頂吹自熱爐技術(shù)與設備經(jīng)自己改裝、研制為處理銅精礦的新技術(shù),建立了我國的新工藝,該工藝于1994年試產(chǎn)成功。
            2氧氣頂吹自熱熔煉
            1自熱爐生產(chǎn)的工藝特性與技術(shù)性能
            氧氣頂吹自熱爐屬于熔池熔煉的高效冶煉設備,氧槍為非浸沒(méi)式氧槍?zhuān)蔂t頂集煙罩上的氧槍口伸入爐膛,將高壓工業(yè)氧氣吹入溶渣層內,使熔體攪動(dòng)、翻騰。重油經(jīng)氧槍內特設的導管從槍口噴出,以補充盡應熱量的不足。爐料不斷從集煙罩上的爐料孔加入,爐料進(jìn)入翻騰的熔池后很快熔化并進(jìn)行各種物理化學(xué)變化。硫化銅因其密度較大而沉入底層,爐渣則浮于上面。
            由于鼓入爐內的是氧氣,因此煙氣二氧化硫濃度高,且連續穩定,經(jīng)凈化后即送往硫酸廠(chǎng)制酸。
            自熱爐熔煉技術(shù)與其他相關(guān)技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
            (1)熔煉過(guò)程中物理化學(xué)反應速度快,爐床生產(chǎn)能力高,產(chǎn)量大。
            (2)利用工業(yè)氧氣吹煉,煙氣量小,煙氣帶走的熱量少,爐子熱損失小,由于實(shí)現自燃(補充部分重油),充分利用放熱反應的熱量,熱利用率高,節約大量能源。
            (3)煙氣中二氧化硫濃度高且連續穩定,有利于制酸。提高了資源綜合利用水平,且保護了生態(tài)環(huán)境。
            (4)爐子體積小,結構簡(jiǎn)單,工程投資小。
            (5)對物料要求不嚴鉻,可以處理不同粒度和含一定水分的物料。
            (6)操作簡(jiǎn)單、靈活,可連續作業(yè),且能有效地控制產(chǎn)品質(zhì)量。
            因此,自熱爐熔煉是一種高效、節能、可連續作業(yè)、投資少、煙氣可以回收制酸避免環(huán)境污染的冶金工藝,是當前世界上處理含鎳銅精礦的一項先進(jìn)的技術(shù)。
            2自熱爐的結構
            自熱爐是豎式圓柱形爐型,外形直徑為4m,高為7.5m,爐體由爐基、爐底、爐墻、爐頂、放出口組成。主要附屬設備有氧氣槍、煙氣冷卻器等。
            A 爐基和爐底
            爐基是整個(gè)爐子的基礎,由鋼筋混凝土澆灌而成。自熱爐正常作業(yè)時(shí)爐底溫度在250℃以上,需要有良好的通風(fēng)冷卻,所以爐基上設有通風(fēng)道,全部外包耐火磚,其上方架設有工字鋼梁,鋼梁上鋪設有厚度為40mm的鋼板,厚鋼板上再鋪設小型工字鋼和鋼板。在鋼板上砌筑爐底,爐底由鎂鉻磚砌成,總厚度為1200mm。
            B 爐墻
            爐墻外殼用20mm鋼板圍成,爐墻外層砌黏土磚,內層砌鉻鎂磚。爐墻與外殼之間充填10mm的石棉板和厚約50mm的鎂砂。為了延長(cháng)爐襯的使用壽命,在反應高溫區爐墻內設置有水冷銅水套。
            C 爐頂
            爐頂呈斜錐形,鋼質(zhì)外殼內用鉻鎂磚砌筑,并附設有氧槍口、加料口,煙氣從爐頂排煙口引出,直接與煙氣汽化冷卻器的進(jìn)口連接。
            D 放出口
            自熱爐設有放銅口、放渣口、事故放空口,三個(gè)放出口作用不同。放銅口距爐底650mm,用于正常生產(chǎn)時(shí)放銅;放渣口距爐底1250mm,正常生產(chǎn)時(shí)排渣;距爐底0mm的事故放空口,用于發(fā)生事故或需要檢修時(shí),將爐內熔體放干凈。
            E 氧槍機
            氧槍機主要由氧槍、氧槍機架、左右行走機構和傳動(dòng)機構組成。為了保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行,氧槍機架上安裝有兩只氧槍?zhuān)恢皇褂?,一只備用。為了延長(cháng)氧槍的使用壽命,氧槍采用強制水冷卻。
            F 煙氣汽化冷卻器
            在爐頂煙氣出口直接安裝了煙氣汽化冷卻器,它實(shí)質(zhì)上是一種小型的煙道余熱利用設備。一方面以蒸汽的形式回收利用自熱爐煙氣的余熱,降低煙氣溫度,以利于電收塵的工作;另一方面煙氣冷卻器可沉降一部分煙塵并加以回收。
            3銅自熱熔煉爐用耐火材料的研究
            對于這種新型熔煉設備用的耐火材料的問(wèn)題俄羅斯并沒(méi)有解決,一切需從頭開(kāi)始J.為此,在總結已有鎂鉻耐火材料及鎂鋁耐火材料應用經(jīng)驗的基礎上,提出三個(gè)研究方案:硅酸鹽結合鎂鉻磚、直接結合鎂鉻磚和榮盛耐材鎂鉻磚。
            1硅酸鹽結合鎂鉻磚
            硅酸鹽結合鎂鉻磚的理化性能見(jiàn)表1,本試驗用于砌筑爐體和爐頂。幾次試驗結果表明,使用壽命均在4個(gè)月以?xún)?,效果甚不理想。這表明此方案不可取。
            2直接結合鎂鉻磚
            直接結合鎂鉻磚的理化性能列于表2。這是一種具有較高抗侵蝕性能和高溫強度的材料。使用后壽命有所提高,達到6個(gè)月左右,但仍遠未達到生產(chǎn)要求。原因在于:爐體部位鎂鉻磚出現銅的滲透而引起結構剝落;爐頂部位出現熱剝落和機械剝落,即機械應力的作用導致耐火材料的斷裂。
            3榮盛耐材鎂鉻磚及爐頂砌筑結構
            本項研究從材料及砌筑結構兩方面同時(shí)進(jìn)行試驗,試驗過(guò)程和效果具體情況如下。
            A材料的選取
            以我們之前發(fā)過(guò)的高性能鎂鉻耐火材料的研究結果和上述幾次試驗的爐況為依據,確定選材原則為:
            (1)爐頂材料的選擇原則。熱穩定性好,抗SO2氣氛侵蝕性能好,以及高溫強度大等。
            (2)爐體材料選擇原則??癸碀B透性強,耐渣、锍、氣沖刷性能好,以及高溫強度大等。
            根據以上原則選取榮盛耐材鎂絡(luò )磚為爐體材料,鎂鋁尖晶石磚為爐頂材料。
            B爐頂砌筑結構的調整
            為了消除由于爐頂砌筑不合理而引起的熱應力,在采用榮盛耐材鎂鉻磚的同時(shí)對砌筑結構進(jìn)行了調整。
            原設計爐頂鎂鉻磚為平砌拉柱法,砌筑簡(jiǎn)圖如圖2所示。采用該設計砌筑的爐頂在氧槍管及加料管部位掉磚嚴重,爐頂鋼殼燒穿而被迫停爐檢修,使用壽命短。
            為此,將原設計的平砌拉柱法改進(jìn)為垂直爐壁拱形砌筑法。該法以確立消除應力等諸因素為重點(diǎn),創(chuàng )立了一種獨具特色的垂直爐壁拱形砌筑結構。
            C使用效果
            使用結果表明,采用方鎂石結合鎂鋁尖晶石磚垂直爐壁拱形砌筑結構的爐頂共試驗3次。爐頂用方鎂石結合鎂鋁尖晶石磚,爐體仍用鎂鉻磚。
            榮盛耐材次:使用磚型為:460mm×150mm×85/65mm;460mm×150mm×85/50mm;異型磚;300mm×150mm×75/65mm。使用4個(gè)月后因年度檢修而提前中修。此次測得幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的殘磚狀況如下:
            (1)加料管、氧槍管之間及周邊區域殘磚長(cháng)約在250~280rmn,仍為爐頂榮盛耐材薄弱的區域;
            (2)爐頂其他部位磚的蝕損尺寸約為100~200mm;
            (3)爐頂磚的渣化層厚度在30mm以?xún)?
            (4)爐頂內襯結有50mm左右的渣殼,這是以前從未發(fā)現的良好現象。
            第二次:使用的磚型與榮盛耐材次相同。使用6個(gè)月后因工廠(chǎng)為了確保下半年生產(chǎn)強行停爐檢修。對爐身、爐頂的燒蝕情況不明。
            第三次:使用磚型與榮盛耐材次相同。使用9個(gè)月后停爐檢修。停爐后,對殘磚進(jìn)行了檢查和分析,得知:
            (1)觀(guān)察到爐頂內表面的結渣層較之前兩次更厚,達到了100mm以上,而磚的渣化層厚度仍在30mm之內。
            (2)方鎂石結合鎂鋁尖晶石磚較之反應鎂鉻磚更能適應自熱爐頂部的使用環(huán)境,具有更優(yōu)異的表現:鎂鋁磚的抗濃SO2煙氣及熔渣的沖刷和侵蝕能力強,渣化層薄;高溫性能優(yōu)越,能形成覆蓋整個(gè)拱頂內表面的渣殼,渣殼厚度可達100mm;常溫強度高,高溫結構穩定性好,荷重軟化溫度高等性能成功地解決了加料管、氧槍管周邊等易損區域壽命過(guò)低的難題。
            (3)從殘磚斷面分析可見(jiàn),爐頂部易損部位在9個(gè)月的生產(chǎn)過(guò)程中,蝕損尺寸為290mm,殘余長(cháng)度為160mm以上。按32mm/月的平均蝕損速度(290/9=32mm/月)推算,結合到爐頂襯層初期易損、中后期蝕損慢的特點(diǎn),考慮1996年2月中修后曾因原料短缺而停爐保溫半個(gè)月的不利影響,可以預測,該爐的實(shí)際使用壽命可達到16個(gè)月以上。
            4結論
            通過(guò)多次生產(chǎn)試驗證明,方鎂石結合鎂鋁尖晶石磚和垂直爐壁拱形砌筑結構的使用,已成功地解決了自熱爐投產(chǎn)以來(lái)一度存在的爐頂損壞快、爐襯壽命短的難題,使爐頂的使用壽命由起初的不足兩個(gè)月提高到目前的16個(gè)月以上,并且,爐頂、爐身部位的檢修不同步的難題也隨之得以解決,徹底改變了該爐需一年檢修5~6次的狀況,為生產(chǎn)創(chuàng )造了有利的時(shí)間條件。

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