沸腾焙烧炉炉底损坏原因分析及提高使用周期措施的探讨

闫 超

（巴彦淖尔紫金有色金属有限公司，内蒙古 巴彦淖尔015543）

巴彦淖尔紫金有色金属有限公司于2005 年建设一座109 m2沸腾焙烧炉，日产焙砂624 t，炉体运转率90%。 2006 年5 月试生产，至今已运行14 年，每年可保证10 万t 电解锌原料供给。 二系统于2009年10 月试生产至今运行11 年，形成20 万t 电解锌生产能力。 随着运行时间的增长，炉底结构暴露问题日渐突出。

从表1 可以看出，一系统运行12 年炉底大修两次，二系统运行8 年大修一次。 炉底大修是沸腾焙烧炉检修的核心，施工难度大，施工程序复杂，每次炉底大修后都要分析炉底损坏原因， 做好相应的改进措施，对延长炉体运转周期，提高生产产量，增加公司经济效益有着举足轻重的作用。

表1 109 m2 沸腾炉炉底大修统计

1 分析探讨炉底损坏原因

炉底结构如图1 所示。

（1）从图1 看出炉底空气分布板若干片，在连接处设计膨胀缝不超过5～8 mm，空气分布板与炉壳接触处设计膨胀缝15～20 mm， 膨胀缝上活放10 mm厚100 mm 宽钢板作密封板； 空气分布板之间膨胀缝采用25 mm 宽6 mm 厚钢板作密封条， 安装时设计要求一面点焊， 如此密封结构基本起不到密封作用；在生产运行中，风箱内的风压18 kPa，风很容易从炉底混凝土裂缝处逸出。 随着炉体运转时间的递增，裂缝越来越大，裂缝宽度达到10～15 mm 不等；所以炉底花板密封结构设计存在先天不足， 下直段炉墙及炉底损坏多数是炉底漏风所致。

图1 炉底结构示意图

（2）2011 年9 月23 日～10 月1 日焙烧二系统因下直段炉墙托板密封板（见图1）局部开裂，风斗的高压风从开裂处直吹保温砖墙，将保温砖墙冲刷、腐蚀为零，18 kPa 的高压风畅通无阻的串到排料口结构处，将排料口炉体腐蚀3 个孔洞，在排料口处形成风幕，炉内焙砂排不出去只能停炉处理[1]。 所以通过生产实践解决好炉底漏风对炉体连续、 稳定的运行意义非凡。

（3）炉底空气分布板设计厚度10 mm，易变形，变形过程中就有热应力产生， 会使炉体混凝土产生裂纹、掉块。焙烧一系统炉底在2011 年5 月大修前炉底从破损处漏风达到25 处之多；局部还有孔洞，其面目全非，千疮百孔，不停炉大修生产无法正常运行。

（4）冷却盘管漏水对炉体结构的影响已做过详细的论述[2]。 冷却盘管漏水统计见表2。

（5）109 m2沸腾焙烧炉烟气温度950 ℃，其烟气成分见表3。

从表3 可以看出，炉内烟气为氧化性气氛，O2在高温下对所有耐火材料均有腐蚀作用， 如原料中含有F、Cl 两种元素在高温下对耐火材料腐蚀速度变快。 2019 年3 月焙烧一系统下直段炉墙与扩大段接触处炉墙局部腐蚀一个1 200 mm×1 000 mm×500 mm 的大洞，冒着高温5 天才抢修完。

表2 冷却盘管漏水统计 （次）

表3 109 m2 沸腾焙烧炉烟气成分

（6）炉底大修风帽间浇注料的选择对炉底使用寿命的延长至关重要，2005 年建炉时， 炉底浇注料设计采用普通低水泥浇注料捣制。 在日常生产运行中炉底温度280～400 ℃， 低水泥浇注料在此高温下无相变过程， 混凝土强度差，2011 年5 月炉底大修时由低水泥浇注料改为水玻璃浇注料捣制。 实践证明捣制水玻璃浇注料要求技术条件非常严格：

①水玻璃模数要求2.8～3.0，而公司采购的水玻璃模数3.3～3.5。

②水玻璃模数太高， 需根据现场温度不断调整氟硅酸钠的加入量。

③要求搅拌时混合料和促凝剂（氟硅酸钠）必须搅拌均匀后再加水玻璃， 否则捣固后的混凝土质量不均匀达不到预想效果。

④施工人员技术素质差，责任心不强，对混凝土的浇筑质量都有影响。

由于诸多方面的原因采用水玻璃耐热混凝土浇注炉底不可取。

2 提高炉底风帽间混凝土使用周期的措施

从图1 可以看出， 炉底第一个漏风点就是沿四周方向空气分布板与炉壳间的15～20 mm 膨胀缝。改进设计时采用10 mm 厚100 mm 宽弧形钢板沿四周方向将膨胀缝盖住（活盖），这样并不能将风挡住，我们在下直段第一层炉壁托板上加10 mm 厚150 mm 高的弧形钢板作密封板， 密封板与托板和空气分布板接触面全部满焊， 在密封板安装前将托板下的高强耐磨浇注料捣固好。

炉底第二个漏风点是每块空气分布板之间的5～8 mm 膨胀缝，如空气分布板预制水平达到设计要求， 安装后的膨胀缝均匀一致。 所以炉底钢结构制作、安装施工队伍的选择举足轻重，不可忽视。 2017年8 月焙烧二系统炉底大修钢结构施工队伍选择不好，预制的空气分布板达不到设计指标，安装后的膨胀缝最大在25 mm 左右不等，密封结构由40 mm 宽6 mm 厚钢板一面焊改为1/2 寸管满焊（见图2）。

图2 空气分布板密封结构图

钢结构安装完没做漏风检查就浇注炉底高强耐磨浇注料，开炉后有一道裂纹产生，风从裂纹处不断冲刷，裂纹逐渐增大，达6～8 mm。 2018 年停电检修时采用特殊灰浆处理此缝， 效果不理想。 2018 年8月焙烧一系统第二次大修， 吸取二系统炉底大修的不足之处选择好钢结构施工队伍， 从预制到安装都设有专人跟踪， 密封板焊完后， 反复五次检查漏风点，直到焊好为止。 炉底风帽间浇注完高强耐磨浇注料，升温投产后第一次停炉检查炉底是否有漏风处，应该是建炉以来炉底施工质量最好的一次。

2011 年5 月焙烧一系统炉底空气分布板从10 mm 厚改为20 mm 厚，用以提高炉底的结构强度，对抵抗盘管漏水造成的温度突变所产生的热应力，促使空气分布板变形的几率减少，改后效果显著。

从表2 可以看到，冷却盘管漏水每年都有，最高达5 次/a， 所以说冷却盘管漏水是炉底破损的重要原因。 对冷却盘管漏水我们想了好多措施[2]，在生产实践中逐步落实。 为了提高生产产量，防止风帽直吹盘管将冷却盘管下的风帽孔改为侧吹， 对提高焙砂产量有一定的效果，但是当冷却盘管漏水时，焙砂很容易将侧吹孔堵死，停炉时很难疏通，需在生产实践中进一步改进。 有国内同行将冷却盘管距风帽距离提高150～200 mm，用来缓解焙砂在硫化过程中对盘管的机械冲刷，可延长冷却盘管的使用寿命，我们在积极深入探讨、落实应用。

2016 年公司采购大量的本地矿，锌品位在42%左右，为了提高入炉锌精矿品位，从国内采购大量的ZnO 尘，Zn 品位在55%～60%，与本地矿混合后加到炉内。 ZnO 尘含氟4%、含氯5%～7%，F、Cl 两种元素在高温下对冷却盘管、炉底、炉墙腐蚀速度极快，这样组织生产对炉体设备使用寿命有非常大的负面影响。 后来公司购买国外矿与品位低的本地矿混合后加到炉内。 所以采购锌精矿时要注意Pb、Cu、Fe、Al2O3、SiO2含量不宜过高，这样才能延长炉底的使用寿命。

2018 年8 月焙烧一系统炉底大修，炉底风帽间的混凝土选择高强度耐磨浇注料捣制。 其主要理化指标如下：

（1）Al2O3≥75%

（2）SiO2≤21%

（3）体积密度≥2.8 g/cm3

（4）耐磨强度≥65 MPa（110 ℃×24 h）

≥95 MPa（110 ℃×3 h）

≥100 MPa（1 400 ℃×3 h）

（5）0.2 MPa 荷重软化开始温度≥1 490 ℃

（6）热振性（900 ℃水冷）：20 次

（7）最高使用温度：1 550 ℃

开炉运行一年多，炉底比较完整，炉底风帽间的混凝土采用高强耐磨浇注料捣制， 在国内同行业广泛应用，效果良好。

3 结语

以上针对109 m2沸腾焙烧炉炉底损坏实施的提高使用周期措施，自2018 年炉体大修至今已经收到了一定成效。 接下来对延长焙烧炉炉底使用寿命还要做进一步的探索和总结， 为今后的长周期平稳运行打下基础。