铜精矿富氧底吹熔池熔炼炉炉寿控制与生产实践

夏跃彪 戚永辉 胡围柱

摘  要：对铜冶炼生产企业来说，炉寿的长短直接关系到生产成本的降低，同时更制约着系统生产组织、计划，因此有效控制提高炉寿对高效生产具有重要意义。文章分析介绍了底吹炼铜炉炉寿影响的主要原因和易门铜业生产实践控制，对铜冶炼生产炉寿控制有一定的借鉴意义。

关键词：底吹炼铜炉;炉寿;实践

中图分类号：O657.31 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）02-0090-03

Abstract： For copper smelting enterprises， the length of furnace life is not only directly related to the reduction of production cost， but also restricts the system production organization and planning， so effective control and improvement of furnace life is of great significance to efficient production. This paper analyzes and introduces the main reasons for the influence of the furnace life of the bottom-blowing copper smelting furnace and the production practice control of Yimen Copper Industry， which can be used as a reference for the furnace life control of copper smelting.

Keywords： bottom-blowing copper smelting furnace; furnace life; practice

前言

底吹炉炉子寿命是指新修砌一次炉衬投入使用到下一个检修砌筑时间周期，单位一般用月表示。炉龄的长短与生产操作温度、铜锍品位、熔渣成份及其温度、耐火材料质量、材质成份、性质、砌筑质量等密切相关。确切地说，底吹炉炉子寿命就是炉衬寿命。

1 影响炉衬寿命的主要原因

1.1 化学侵蚀

熔剂中的SiO2与耐火砖中的MgO作用生成镁橄榄石;炉渣中铁的氧化物，能使耐火砖中方镁石和铬铁矿晶粒饱合，使晶格破裂;耐火砖中的MgO在高温作用下熔解于2FeO·SiO2中。

1.2机械作用

炉气、熔体对炉衬的冲刷;冰铜渗入砌体，使炉衬气蚀、松散。在适当温度下，烟气中的SO2与碱性砖中的方镁石相互发生反应，生成含镁的硫酸盐，使砖体的组织结构发生崩溃，降低使用寿命。

1.3 热应力的作用

富氧底吹炉属于熔池强化熔炼，熔炼温度很高，生产操作控制简单灵活方便，类似于转炉，实际过程中随时可以转出应对停电以及其他设备故障等的处理，故障处理排除转入即可恢复正常生产。但其氧枪必须定时或不定时的转出进行检查更换处理，造成熔池及渣线部位炉衬炉温骤降、急冷急熱，产生很大的热应力，使炉衬破裂，产生掉砖等现象。在处理高硫矿、冰铜品位控制较低、炉温控制高的情况下尤为严重。

2 易门铜业有限公司底吹炉内衬结构

我公司在底吹炉砌体设计、砌筑时充分考虑了以上炉衬损毁机理和生产特点：

渣线以上采用（直接结合）MGe-16镁铬砖，氧枪砖及渣线以下采用（电熔再结合）镁铬砖MGe-24。

3 目前所知底吹炉炉寿情况

由于硫化铜精矿富氧底吹炉熔池熔炼是国内近年自主研发的新生工艺，工业生产实践历史不是很长，但从目前国内的几家生产来看，炉寿大多能控制在15个月以上，具体见表1。

从表1可以看出大部份厂家炉寿都能控制在15个月以上，主要是冶炼温度控制较低，但是生产中 CuO2、NiO、PbO、SnO等氧化物在熔融状态下具有较强的碱性，冰铜、砷化锑硫化物和熔渣等物质在冶炼过程中具有较大的流动性和浸透能力，另外还有酸性气体的侵蚀，炉衬易被侵蚀，特别是渣线区域的炉衬损毁最快。并且由于炉内衬体中存在着温度梯度，当熔融金属、氧化物或熔渣沿着衬体的缝隙或气孔渗透到纵深内部时，则发生三种情况：

（1）熔融金属发生氧化、还原或形成低熔点的矿物，致使衬体遭到侵蚀，或产生龟裂剥落，见图2。

（2）熔融金属、氧化物发生沉积，造成衬体膨胀而塌落;铜熔点1083℃，冶炼过程中，当铜氧化成CuO2时体积增大0.64倍，氧化成CuO时体积增大0.75倍。也就是说在铜熔炼炉衬体的断面上，由于温度的不同，浸透的铜呈现不同的形态，即体积变化也不同，致使衬体材料的组织结构产生龟裂、裂缝，甚至发生剥落，见图2。

（3）强碱性的熔融金属或熔渣，流动性很强，对衬体造成冲刷的侵蚀。在适当温度下，烟气中的SO2与碱性砖中的方镁石相互发反应，生成含镁的硫酸盐，使砖体的组织结构发生崩溃，降低使用寿命，见图3。

4 易门铜业有限公司炉寿控制的主要措施

公司针对自身工艺富氧底吹熔炼炉外分离特点，为减少生产过程中炉衬的三种损伤分别从渣型性质、熔炼温度、冰铜品位及操作控制制度上均进行严格控制。

4.1 控制熔渣铁硅比1.2～1.3

由于底吹炉用镁铬砖是碱性材料，生产中熔渣性质却存在着酸碱性可人为调整控制的不确定性，也就是说如果控制不当会造成熔炼渣成酸性，强烈腐蚀碱性的炉衬砖。因此，确保生产熔炼渣中性或碱性是降低炉衬损失的关键。而熔渣主要组成成份是铁氧化物和硅酸盐，铁的氧化物是碱性，硅的氧化物是酸性，对此，通过购买便携式荧光分析仪并投入使用，班中每两小时对熔渣及时取样分析，十五分钟出具分析结果，根据分析时时进行调整，控制熔渣铁硅比1.2～1.3，严禁低于1.1充分确保熔炼渣型在碱性，降低熔渣对炉衬的化学侵蚀损坏。

4.2 控制熔体温度在1160～1180℃

在一定温度条件下，铜的氧化物能够与耐火材料衬体中的某些氧化物发生反应而生成液相。如氧化铜与SiO2的液相点为1060℃，与MgO的液相点为1135℃，与Cr2O3的液相点则在1560℃以上。

生产过程中提高温度有利于提高熔渣和铜锍的流动性，降低粘度，但也会加剧其对炉衬的冲刷和渗透。通过采取红外线测温枪定时和不定时地进行咽喉口熔体测温跟踪，每周用一次性测温电偶对熔体进行测温一次，调校红外线测温枪的准确性，确保生产控制熔炼咽喉口熔体温度在1160～1180℃以内，防止超高温造成的损害。

4.3 控制冰銅品位

低品位的铜锍对耐火材料成份的溶解度较大、渗透力更强。通过便携式荧光分析仪的投入使用，及时对当班品位进行分析，根据分析及作出调整控制冰铜品位50～55%。

4.4 保温恒温

生产中总是存在计划性停炉系统检修和氧枪检查更换处理，造成熔池及渣线部位炉衬炉温骤降、急冷急热，产生很大的热应力，使炉衬破裂，产生吊砖等现象。对此，采取转出停吹≥4小时，用主烧嘴进行烧油保温恒温;同时当发生炉子转出停吹时间较长且炉膛温度低于950℃，复产时则必须采取油枪升温到950℃以上方进行转炉生产。

4.5 时时跟踪监控

为更好跟踪了解炉衬完好情况，及时发现异常，易门铜业有限公司采取了对炉子外壳主要各点，用精密红外线测温枪每小时进行一次温度测量，一但发现炉壳温度高于260℃以上，即为异常现象，必须及时分析原因采取应对措施处理。另外每班制作专用工具，在底吹炉转出检查更换处理氧枪时，通过氧枪孔对氧枪部位炉衬厚度进行测量，及时掌握炉衬损失的情况，准确测算炉子的寿命，科学计划组织生产。

4.6 氧枪装配及炉口铜水套漏水及时进行处理

在每次底吹炉转出清理结焦更换氧枪时，氧枪头伸出氧枪砖5-10mm。这样生成的“蘑菇头”既可以保护氧枪，又可以防止混氧空气冲刷炉衬。底吹炉炉口水套是铜压制，安装在出烟口，长期受到炉气冲刷，会变薄。另外，在清理炉口粘结时会使炉口水套损伤，从而导致炉口漏水。出现炉口铜水套漏水时需停炉进行及时处理，不能断水长期进行作业。通过其他厂家生产实践，炉口铜水套断水15天左右，铜水套烧损，炉口砖出现烧损，从而缩短了炉子寿命。

5 取得的效果

2015年2月1日大修复产生产24个月以来，监测最薄弱、最易损部位氧枪砖，最大损失只有170mm（原砖厚400mm），炉壳温度最高为245℃，按照其他厂家情况，熔池内砖余量达到150mm，炉壳温度达到280-300℃时，底吹炉还可以正常组织生产2-3月，由此，可以判断公司底吹炉炉衬还可以生产6个月以上。

见表2最大损失也只有170mm。

6 结束语

以上是我们对影响炉寿的几个主要因素的分析，影响炉寿的因素很多，炉龄的长短与生产操作温度气氛和压力、铜锍品位、熔渣成份及其温度、耐火材料质量、材质成份、性质、砌筑质量等密切相关。在一般操作条件下，与熔体熔渣接触的炉衬部位，大多采用高级碱性砖。随着科学技术的进步、新型耐火材料的研发和推广应用，对提高炉寿及提升企业经济效益仍需不断的总结和研究。

参考文献：

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