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　　銅自熱熔煉爐的概況

　　金川公司銅自熱熔煉爐是用來處理含鎳銅精礦的。含鎳銅精礦是高鎳锍經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始，經過多個發展階段而演變為現行工藝。20世紀90年代初，金川公司采用了從俄羅斯引進的俄羅斯鎳設計院和北鎳公司聯合開發的原本處理鎳礦的氧氣頂吹自熱爐技術與設備經自己改裝、研制為處理銅精礦的新技術，建立了我國的新工藝，該工藝于1994年試產成功。

 

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　　氧氣頂吹自熱熔煉

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　　自熱爐生產的工藝特性與技術性能

　　氧氣頂吹自熱爐屬于熔池熔煉的冶煉設備，氧槍為非浸沒式氧槍，由爐頂集煙罩上的氧槍口伸入爐膛，將高壓工業氧氣吹入溶渣層內，使熔體攪動、翻騰。重油經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，爐料進入翻騰的熔池后很快熔化并進行各種物理化學變化。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，經凈化后即送往硫酸廠制酸。

　　自熱爐熔煉技術與其他相關技術相比具有以下點：

　　(1)熔煉過程中物理化學反應速度快，爐床生產能力高，產量大。

　　(2)利用工業氧氣吹煉，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，且保護了生態環境。

　　(4)爐子體積小，結構簡單，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)操作簡單、靈活，可連續作業，且能有效地控制產品質量。

　　因此，自熱爐熔煉是一種、節能、可連續作業、投資少、煙氣可以回收制酸避免環境污染的冶金工藝，是當前世界上處理含鎳銅精礦的一項的技術。

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　　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。自熱爐爐體結構如圖1所示。

　　圖1 自熱爐爐體結構

　　1—爐頂;2—爐體;3—放渣口;4—爐基;5—工字鋼;6—放空號;

　　7—冷卻水套;8—砌磚體;9—放銅口;10—加料口;11—氧槍口;

　　A 爐基和爐底

　　爐基是整個爐子的基礎，由鋼筋混凝土澆灌而成。自熱爐正常作業時爐底溫度在250℃以上，需要有良好的通風冷卻，所以爐基上設有通風道，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，三個放出口作用不同。放銅口距爐底650mm，用于正常生產時放銅;放渣口距爐底1250mm，正常生產時排渣;距爐底0mm的事故放空口，用于發生事故或需要檢修時，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機構組成。為了保證生產的順利進行，氧槍機架上安裝有兩只氧槍，一只使用，一只備用。為了延長氧槍的使用壽命，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，它實質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。

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　　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題俄羅斯并沒有解決，一切需從頭開始J.為此，在總結已有鎂鉻耐火材料及鎂鋁耐火材料應用經驗的基礎上，提出三個研究方案：硅酸鹽結合鎂鉻磚、直接結合鎂鉻磚和質鎂鉻磚。

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　　硅酸鹽結合鎂鉻磚

　　硅酸鹽結合鎂鉻磚的理化性能見表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個月以內，效果甚不理想。這表明此方案不可取。

　　表1 硅酸鹽結合鎂鉻磚的理化性能

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　　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個月左右，但仍遠未達到生產要求。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。

　　表2 直接結合鎂鉻磚的理化性能

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　　質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進行試驗，試驗過程和效果具體情況如下。

　　A材料的選取

　　以我們之前發過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。抗锍滲透性強，耐渣、锍、氣沖刷性能好，以及高溫強度大等。

　　根據以上原則選取質鎂絡磚為爐體材料，鎂鋁尖晶石磚為爐頂材料，材料的理化性能列于表3。

　　表3 質鎂鉻磚的理化性能

　　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，在采用質鎂鉻磚的同時對砌筑結構進行了調整。

　　原設計爐頂鎂鉻磚為平砌拉柱法，砌筑簡圖如圖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。

　　圖2 鎂鉻磚平砌法簡圖

　　1，3—預反應鎂鉻磚;2—鎂粉填料;4一直接結合鎂鉻磚

　　為此，將原設計的平砌拉柱法改進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，創立了一種獨具特色的垂直爐壁拱形砌筑結構，其結構如圖3所示。

　　圖3 垂直爐壁拱形砌法

　　1，2—直接結合鎂鉻磚;3，4—鎂鉻質三角磚;5，6—預反應鎂鉻磚

　　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，各次的爐壽命及檢修狀況見表4。爐頂用方鎂石結合鎂鋁尖晶石磚，爐體仍用鎂鉻磚。

　　表4 爐壽命及檢修狀況

　　次：使用磚型為：460mm×150mm×85/65mm;460mm×150mm×85/50mm;異型磚;300mm×150mm×75/65mm。使用4個月后因年度檢修而提前中修。此次測得幾個關鍵點的殘磚狀況如下：

　　(1)加料管、氧槍管之間及周邊區域殘磚長約在250~280rmn，仍為爐頂薄弱的區域;

　　(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以內;

　　(4)爐頂內襯結有50mm左右的渣殼，這是以前從未發現的良好現象。

　　第二次：使用的磚型與次相同。使用6個月后因工廠為了確保下半年生產強行停爐檢修。對爐身、爐頂的燒蝕情況不明。

　　第三次：使用磚型與次相同。使用9個月后停爐檢修。停爐后，對殘磚進行了檢查和分析，得知：

　　(1)觀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境，具有更異的表現：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;高溫性能越，能形成覆蓋整個拱頂內表面的渣殼，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低的難題。

　　(3)從殘磚斷面分析可見，爐頂部易損部位在9個月的生產過程中，蝕損尺寸為290mm，殘余長度為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，考慮1996年2月中修后曾因原料短缺而停爐保溫半個月的不利影響，可以預測，該爐的實際使用壽命可達到16個月以上。

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　　結論

　　通過多次生產試驗證明，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以來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月提高到目前的16個月以上，并且，爐頂、爐身部位的檢修不同步的難題也隨之得以解決，改變了該爐需一年檢修5~6次的狀況，為生產創造了有利的時間條件。