提高竖炉使用寿命的生产实践

2022-04-13薛超立张树鹏

铜业工程 2022年1期

薛超立，张树鹏

（阳谷祥光铜业有限公司，山东聊城 252000）

1 引言

竖炉工艺用于熔化电解残极、不合格阳极板。竖炉设备的特点是烧嘴设置在竖炉底部的周围，物料在底部熔化后料柱不断下降，同时高温的烟气在上升过程中对料柱持续进行预热，从而降低能耗，节约成本。阳谷祥光铜业的竖炉［1］主要用于熔化电解残极、不合格阳极板，熔化的铜液杂质含量少，不需要氧化还原作业，主要用于浇铸阳极板及圆盘浇铸使用的铜模［2］，但是因长时间上料冲击，炉体耐火砖极易脱落，造成竖炉被迫停产检修。

2 竖炉的基本构造及原砌筑方式

竖炉炉型为立式圆筒形，高度达37m，主要有竖炉本体、上料装置、水冷烟道等组成，如图1所示。祥光铜业的竖炉正常生产期间在炉体下部设有2排烧嘴，采用顶部上料的方式。熔化的铜液经溜槽进入保温炉，熔化的物料杂质低。铜液进入保温炉后无需进行氧化还原作业，待保温炉内储存铜液达到一定量后，通过浇铸溜槽至圆盘浇铸机［3］浇铸成合格的阳极板或铜模。竖炉本体是竖炉最主要的部分，分为上筒体及下筒体。为增加加料期间的抗冲击性，上筒体上部设置1圈1.5m的防撞铜块；下筒体由耐火材料砌筑而成，由外向内依次为钢壳、耐火纤维板、尖晶石耐火料、粘土砖、碳化硅砖，如图2所示。正常生产期间由于频繁的上料冲击及烧嘴区域的铜液冲刷，顶部耐火砖、烧嘴区域耐火砖及炉底耐火砖极易出现损耗脱落。一旦出现工作层耐火砖脱落极易出现炉体坍塌，造成停炉事故。

图1 竖炉结构示意图

图2 竖炉砌筑图

3 砌筑方式及炉顶改造

通过对竖炉耐火砖损耗区域梳理发现，炉顶区域耐火砖极易出现断裂损耗，炉体中部易出现脱落，烧嘴及炉底区域易出现脱落。结合现场作业及炉内检查发现，炉顶区域耐火砖的损耗，主要由于防撞铜块防护范围小，员工在作业期间不能准确控制料位在炉顶1.5m范围之内，料位低于防撞铜块后，残极或废阳极板直接冲击顶部耐火砖，频繁的冲击造成顶部耐火砖断裂损耗，甚至出现脱落。炉体脱落的耐火砖随炉料落到底部，造成竖炉出铜口堵塞，底部铜液无法流出，熔化铜液液位升高，倒灌下排烧嘴，造成竖炉停炉，严重影响了残极处理计划。

对影响竖炉使用寿命的因素进行分析，经过不断实践、总结，对砌筑方式和炉顶结构进行改造，包括增加1.5m防撞铜块、筒体耐火砖砌筑方式修改、耐火砖改型［4］、增加防撞铜块及冷却风管等，为后期竖炉处理废铜模、溜槽铜等大块物料打下良好的基础。

（1）炉体砌筑方式的修改。原炉体及烧嘴区域采用2层宽度为114mm的耐火砖进行砌筑，内部采用耐火料填充，如图2所示，整体砌筑高度在10.97m，竖炉运行期间炉体强度差，频繁出现炉体砖脱落，竖炉被迫停炉检修。改造后，每间隔15层通体砖采用2层长度为450mm的大砖进行固定，增强整个筒体的稳定性，如图3所示。对烧嘴区域耐火砖进行改造，砌筑过程中采用硫酸灰，如图4所示，含水分较少，搅拌后会膨胀发酵，砖缝之间会挤出气泡，内部能填充均匀，高温加热耐火砖粘接更加牢固，增强了烧嘴区域稳定性及抗冲击能力，延长了废阳极板、废铜模等大块物料入炉后炉体使用寿命。

图3 改造后竖炉砌筑图

图4 竖炉烧嘴区域耐火砖改造，采用硫酸灰砌筑

（2）防撞铜块的修改。竖炉炉体原设计在顶部加料口有1层防撞铜块，如图5所示，主要用于上料期间防止物料撞击炉体。由于防撞铜块防护范围小，员工在作业期间不能将料位准确控制在炉顶1.5m范围之内，料位低于防撞铜块后，残极或废阳极板入炉期间冲击点位于铜块与炉顶砖连接位置，冲击力造成炉顶砖松动、脱落，严重时出现筒体砖脱落，造成竖炉停产。改造后在原铜块底部增加1层自主设计、自主浇铸的铜块，如图6、图7所示，从而延长铜块的防护深度，保护炉顶耐火砖；同时增加1圈冷却风管，如图8所示，对铜块及固定螺栓进行降温，减少高温烟气对铜块及固定螺栓的影响。

图5 原设计防撞铜块

图6 自主设计、浇铸防撞铜块

图7 增加一层防撞铜块

图8 增加环形冷却风

4 竖炉改造后的生产实践及效果

通过对竖炉炉体砌筑方式改造、耐火砖改型、防撞铜块及冷却风的增加，做到了对炉顶防撞铜块、耐火材料的零损伤，大大增强了炉体稳定性，延长了炉体使用寿命，全年竖炉挖补检修次数由5次降低至目前的3次，竖炉每次检修后的作业时间由原来的70d延长到120d以上，每次检修后的物料处理量由原来的15000t提高到了24000t，见表1所示，有效地提高了竖炉作业率和产能。同时竖炉改造实施后，竖炉-保温炉具备了对废铜模、溜槽铜等大块物料的处理能力［5］，经过工艺人员的不断实践、总结，解决了高能耗的固定式阳极炉［6］停炉期间废铜模、溜槽铜等大块物料的资金占压问题，同时降低了大块物料的处理费用。