DOC《氮气底吹透气砖在铜阳极炉上的应用》

氮气底吹透气砖在铜阳极炉上的应用 陈钢,袁海滨,吕忠华 (云南锡业股份有限公司,云南个旧 661000) 摘要:介绍了氮气底吹透气砖在铜阳极炉上的应用实践,总结了透气砖日常检查维护、更换的方法,对生产中延长透气砖使用寿命的办法及透气砖在阳极炉的安装位置做了初步探讨.

关键词:透气砖;

阳极炉;

铜;

氮气;

应用 中图分类号:TF811 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2015)02-0000-00 Application of Nitrogen Bottom-blowing Porous Brick in Copper Anode Furnace CHEN Gang, YUAN Hai-bin, LU Zhong-hua (Yunnan Tin Limited Company, Gejiu, 661000, Yunnan, China) Abstract: Application and practice of nitrogen bottom-blowing porous brick in copper anode furnace were introduced. Routine maintenance, inspection and replacement of porous brick were summarized. Methods to prolong service lifetime of porous brick and installation position of porous brick in anode furnace were discussed. Key words: porous brick;

anode furnace;

copper;

nitrogen gas;

application 氮气底吹透气砖在钢铁行业及铝工业中已得到广泛而成熟的应用,它对于搅拌熔体均匀传质传热以及防止炉内或中间包结瘤起到良好的作用[1-2].但氮气底吹透气砖在铜冶炼阳极炉中的应用在近些年才开始推广[3-4].在铜阳极炉上使用透气砖[5]实现了炉内铜液的搅动,达到了加快传热传质的目的,在熔化冷料期间促进了粗铜锭或凝结物料的融化;

在扒渣期间,通过调整流量可起到渣液往炉口方向赶出的作用;

在还原以及浇铸期间,促使铜液温度保持均匀,保证了整炉铜液的均匀还原.使用透气砖一个炉期为16 h,吨阳极铜能耗为40 kgce,而未使用透气砖一个炉期为20 h甚至更多,吨阳极铜能耗为50 kgce以上. 在炼铜行业特别是阳极炉上使用的透气砖,目前国内市场主要被奥镁公司(RHI)透气砖成套技术所垄断,其他占极少一部分市场的是德国的Maerz公司和国内自产.本文根据云锡铜业分公司透气砖在阳极炉上的使用情况,总结了透气砖供气系统日常检查维护,开、停炉操作和安装拆卸技巧等方面的经验,并对透气砖的使用维护和安装位置进行了一些探讨.

1 氮气底吹透气砖系统的组成 透气砖原始长度为380 mm,圆锥状,尾端接有氮气(或紧急气体)接口,另有嵌入式测温点.内部为密实多孔材料,氮气或紧急气体通过内部多孔孔道进入炉内.示意图如图1所示. 图1 氮气底吹透气砖结构示意图 Fig.1 Schematic diagram of nitrogen bottom-blowing porous brick 收稿日期:2014-10-22 基金项目:云南省财政厅、科技厅技术创新暨产业发展专项资金资助项目(2014XB017) 作者简介:陈钢(1975-),男,云南个旧人,工程师;

通信作者:袁海滨(1984-),男,江西吉安人,硕士,工程师. 透气砖本体由透气芯、插件、座砖组成.氮气底吹透气砖系统组成包括微机控制系统一套、透气砖气体阀站一个(包括5.0 m氮气管道硬链接与炉体链接之间的金属软管、0.5 m炉体上的氮气管道硬连接与透气砖砖芯氮气管道链接的金属软管),以及专用供氮气的制氮机一台[6].有些公司透气砖用的氮气通过公司集中用的制氮机来供气,不采用专用供气机来提供,但从安全性、可靠性来讲,可以考虑双供气系统,即专用供气和集中供气.此外,奥镁公司在透气砖系统上还配备有紧急气源,当外供氮气压力过低或没有氮气时,系统立即自动启动紧急气源,该紧急气源为压缩空气,但压缩空气仅能作为透气砖断气紧急情况下使用,不宜长时间使用,否则将缩短透气砖的正常使用寿命.

2 透气砖在铜阳极炉上的应用 2.1 透气砖的操作及控制 氮气底吹透气砖微机控制系统对每个透气砖的流量、温度和压力进行监控.透气砖氮气主管压力约0.7 MPa,分到每个透气砖上的正常压力约为0.1~0.4 MPa,正常流量范围30~200 L/min,分为投料、氧化、扒渣、还原、浇铸5个操作模式,可根据不同的模式设置不同透气砖的氮气流量锁定后点击操作模式进行操作.当透气砖的流量或压力异常时,透气砖的微机控制系统监视界面在该异常透气砖上显示红色警示.操作人员必须根据提示现场检查,排出异常后恢复到正常范围,直至系统界面显示透气砖为绿色. 实际操作中对监控报警的排除常发生以下几种情况: 1)某块透气砖氮气压力低报警,实际流量与设定流量一致,但该透气砖温度较高,需立即检查金属软管是否有漏气点、氮气控制阀站是否有漏气. 2)查找管路漏气点时,将其流量设定值提高,漏气点会比较明显,容易察觉.漏气金属软管的更换必须在铜水少时,透气砖能转到铜液上面后才能进行,否则该透气砖砖芯无氮气喷吹或喷吹氮气流量不足,将可能导致该透气砖堵死,造成严重后果. 3)透气砖流量偏低甚至完全没有流量,压力升高,该透气砖温度将升高,这说明该透气砖透气孔堵塞.产生这种情况的原因可能是阳极炉处理冷铜物料时,冷含铜物料沉于阳极炉底部,未能完全熔化而覆盖于透气砖表面上.此时,透气砖氮气喷吹控制系统将每间隔10秒钟开启一次反吹,反吹流量设置为200 L/min.要恢复被堵塞透气砖到正常流量,只能靠提高阳极炉冶炼铜水温度,将炉底结块状物料完全熔化后,才能使透气砖恢复正常工作. 此外,透气砖供气系统的日常检查维护对于延长透气砖的使用寿命极为重要.透气砖的日常检查还应密切注意透气砖紧固装置是否有松动,螺栓是否紧固到位,如果紧固夹与透气砖底座水平端面不平行,则需要立即调整紧固到位,图2所示为正常工作位置. 图2 透气砖紧固装置示意图 Fig.4 Schematic diagram of clamp device of porous brick 2.2 透气砖的操作维护 2.2.1 日常操作维护 透气砖价格昂贵,在正常使用情况下,以喷吹惰性气体氮气保护砖体并搅动铜液,使用一定时间后,其端面损耗速度一般快于同区域的炉体耐火砖,使用过程中,透气砖维护的好坏将直接影响透气砖的使用寿命.在延长使用寿命方面应注意以下几点: 1)必须保持透气砖通透,氮气压力、流量正常,避免堵塞.透气砖堵塞后由于没有气体冷却,温度升高将会使砖体损坏加快. 2)保证氮气供应可靠性,避免透气砖频繁被切换成紧急气源即压缩空气和避免长时间使用压缩空气.这一点在阳极炉氧化还原口砖使用寿命较短已表现明显.阳极炉氧化还原口在高温状态下,使用压缩空气作氧化还原风时,对氧化还原口砖的氧化损耗十分严重,一般使用周期仅3个月左右,氧化还原口砖即被吹成喇叭状.从透气砖结构来看,若长时间通入空气也必将对砖体造成损害,因此必须提高氮气供气可靠性,避免氮气压力降低或停供时压缩空气的切换次数. 3)正常操作中透气砖端面尽量保持在铜液面以下,减少透气砖与空气的接触. 4)控制适当的流量,当氮气流量控制高于150 L/min时,透气砖耐火材料本体将加速消耗,越高的氮气流量,透气砖使用寿命就越短. 实际上,透气砖氮气喷吹对铜水的搅拌、均匀传热传质过程是一个连续而漫长的过程,短时间内提高氮气流量,不会有任何显著的好处,因此,试图通过提高透气砖氮气流量来加强炉内铜水搅拌效果将适得其反.合理的透气砖氮气流量控制为:待料期80 L/min;

氧化期120~150 L/min,扒渣过程需要调节成从炉口往两侧逐渐提高氮气流量,但氮气流量最大为不超过150 L/min,炉口氮气流量30 L/min即可;

还原期80 L/min,浇铸期只需要控制在30 L/min左右即可. 2.2.2 开、停炉操作维护 阳极炉开炉时,木柴烘炉升温阶段炉膛温度低于450 ℃,不需要开启透气砖氮气喷吹,透气砖与炉体砖共同升温膨胀.在开启加热烧嘴升温至600 ℃以上后开启氮气喷吹,避免木材燃烧产生的灰分进入到透气砖空隙并在高温熔化后堵塞透气砖.此时氮气流量不需要开得太大,设置为30 L/min即可.待阳极炉升温到可以投料或接收热粗铜物料前,直接将透气砖氮气喷吹设置为微机控制界面上的待料模式即可,此时透气砖氮气流量全部为80 L/min. 阳极炉停炉时必须高度重视透气砖的维护操作,为保证透气砖在下次开炉能正常使用,需要注意以下几点:当阳极炉内铜水已接近完全浇铸位,不能再倒出时,炉内或许还残留少量铜水或渣液.此时,阳极炉不要立即转动回正常位,让炉子保持在浇铸位,透气砖全部露出于铜液或渣液面以上,保持加热烧嘴继续正常燃烧4 h,促使透气砖端面上的堵塞物脱离.之后,阳极炉可按照降温制度降温,炉子暂不能转回正常位,一般降温24 h后可以转回正常位.温度及流量控制是在阳极炉降温至600 ℃后,即可调小氮气流量为30 L/min,保持喷吹降温至450 ℃以下,透气砖氮气喷吹可关闭.在非正常停炉情况时,一定要将透气砖转出铜液或渣液面之上,否则透气砖气孔将被冷凝的铜水或渣液所堵塞,这将严重影响透气砖的正常使用. 2.3 透气砖的更换 透气砖的损耗速度通常快于炉体其它耐火材料,在透气砖使用厚度小于150 mm或嵌入式测温点温度大于1

000 ℃时必须对其进行更换.更换一般采取热换的方式,更换时间约8 h.在将炉内铜液倒空、透气砖转出铜液面后,卸除固定和抵压装置,断开气源管道及温度测量数据线后进行拆除.拆除时由于专用工具是对气体接头用力,经常造成拔断或不锈钢包壳拉蓬,难于处理,且费时费力.为此,公司自行设计了拉取透气砖的简单工具,采用两个千斤顶为拉取动力,有效提高了换砖效率. 2.4 透气砖位置设置讨论 目前,国内大多数企业为了提高阳极炉处理能力、降低吨阳极铜的冶炼成本,往往都会在铜阳极炉内投入或多或少的冷态粗铜锭、电解残极板或阳极废板等,而氮气底吹透气砖对于熔化上述粗铜类物料、防止阳极炉底部结瘤、局部区域冷态却起到关键作用.国内阳极炉容积量一般在350~600 t,阳极炉炉膛内径均在3.2 m左右,根据容积量不同,阳极炉炉体长度不一.因此透气砖在阳极炉上的安装位置及透气砖安装数量会有差异,一般透气砖安装数量在6块、8块、9块不等,图3为8块透气砖安装位置示意图. 图3 透气砖在阳极炉上的安装位置示意图 Fig.3 Schematic diagram of installation position of porous brick on anode furnace 透气砖在阳极炉上的安装位置不同,其使用寿命也不同.如图3所示,350 t/炉透气砖设置是根据炉体纵向长度,在阳极炉炉口中心正下方沿炉体纵向设置5块,在扒渣位正对炉口两侧分别设置3和7号透气砖作为倾倒出渣时赶渣用,在这一线往烧嘴方向加设了1号砖.我公司阳极炉除处理热粗铜外每炉都必须处理部分返回冷料,由于进冷料频繁,造成炉口下方的3号、7号、5号、6号透气砖温度波动较大,损耗较快,但在该区域内透气砖的设置能有效加速炉内液体传热传质,大大提高了冷料熔化速度.3号、7号的设置便于在扒渣位倾倒炉渣时提高扒渣效果.1号、2号砖设置主要是为了加强炉头区域铜液的搅拌,实践中作用不太明显,且1号、2号砖位置炉壳下方为炉体转动动力机构,包括电机及变速箱等,若1号、2号砖出现通漏跑铜,后果将不堪设想.为提高炉子操作安全性,在阳极炉大修期间,对1号、2号砖进行了封堵弃用,生产实践证明,剩下6块透气砖也能正常维持生产过程中阳极炉铜水的传热传质,对生产冶炼过程没有影响.

3 结论 氮气底吹透气砖在铜业分公司阳极炉上的应用,较好地提高了铜液加热过程中的传热传质效率,熔化冷料速度明显加快,投产后短期即实现了达产达标.在投产使用以来阳极炉从未发生局部结瘤或温度不均等现象.通过几年的生产实践,公司积累了一定的透气砖使用与维护经验,确保了透气砖的使用寿命. 参考文献 [1] 贵广臣,张晖. 透气砖精炼系统在铝保温炉中的应用[J]. 耐火材料,2004(6):442-443. [2] 周卫胜. 钢包透气砖在生产中的应用[J]. 安徽冶金科技职业学院学报,2006,16(2):13-16. [3] 陶川银,刘飞虎. 阳极炉透气砖及顶部排烟技术的应用[J]. 有色金属(冶炼部分),2009(2):50-53. [4] 黄永峰. 透气砖在铜冶炼生产中的应用与技术进步[J]. 有色冶金节能,2008(5):25-28. [5] 刘大方,张建坤,熊振昆. 阳极炉氮气底吹透气砖技术的开发与应用[J]. 中国有色冶金,2007,36(5):41-44. [6] 奥镁公司. 工艺技术与创新[C]//耐火材料研讨会,辽宁大连,2011:1-69. ................