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国内铜闪速炉炉体冷却的发展趋向 刘八生 南昌有色冶金设计研究院，江西南昌3 3 0 0 0 2 擒要闪速炉是处理粉状硫化矿物的一种强化冶炼设备．本文结合贵凄冶炼厂和铜陵金窿 闲建炉的生产实践介绍了国内铜闪速炉炉体冷却的发展趋向。 关键词闪速炉；冷却；钢 中圉分类号T F S l l文献标识码B 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 1 0 5 0 0 l l 一0 4 闪速炉主要由金属构件及耐火材料组 成。其炉内烟气温度高达1 5 0 0 ℃。并且熔体 中的硫化物和烟气中的腐蚀性气体对炉体有 较强的侵蚀，特别是反应塔因精矿高速喷出． 冲刷更为严重。又因炉内熔体沿塔壁及沉淀 池墙壁流下对砖体产生机械磨损和硫化物侵 入耐火材料之中腐蚀砖体。因此，必须对这 些部位设置冷却装置，加强保护．维持炉子长 期稳定连续作业。 闪速炉冷却的最佳方式是水套冷却，但 当水套一旦发生漏水。渗入炉内铜锍中产生 蒸汽，将引起爆炸，造成人身事故和设备损 坏。因此，水套的设计，施工，加工制作和维 护是非常重要的。设计冷却元件时．必须考 虑如下因素 1 冷却装置的设置，应根据炉 内耐火材料受侵状况来确定； 2 根据冷却部 位的特性确定冷却装置的结构形式； 3 严格 控制冷却水出口温度，并防止管道结垢； 4 冷却元件必须可靠、稳定的运行，既要有良好 的耐腐蚀性．又要有好的热传导性和不泄漏。 1炉体冷却装置的设置 1 ．1 反应塔 反应塔内温度高达1 3 5 0 ～1 5 0 0 ℃，由于 作者简介刘八生 1 9 4 9 一 ．男，高级工程师 高温辐射、高温熔体的冲刷以及化学腐蚀等 原因，要求塔壁衬里具有良好的耐高温冲刷 和抗腐蚀性能。因此，通常选用优质耐火材 料砌筑。同时还须采用强制冷却。反应塔由 塔顶、塔体上部、塔体、沉淀池与反应塔连结 部4 部分组成。 1 ．I ．I 塔顶水冷H 型钢梁结构 贵溪冶炼厂和铜陵金隆两闪速炉塔顶。 原设计为球形拱顶，砌筑镁铬质耐火砖，厚 4 0 0 m m ，并在球形拱顶中设有3 圈网状水冷 H 型钢梁。用于冷却拱顶耐火砖和保护耐火 砖不下塌。由于闪速炉处理能力扩大，并采 用高富氧浓度强化熔炼，又因精矿喷嘴改换， 由4 个精矿喷嘴改为1 个中央扩散型精矿喷 嘴，并在精矿喷嘴周围设置3 个氧油烧嘴，与 原设计的4 个精矿喷嘴结构大不相同。因 此，塔顶由球形拱顶改为吊挂平拱顶。侧塔顶 水冷装置也做了相应的改变。贵冶将塔顶3 圈H 型水冷钢梁改为2 圈。铜陵金隆将塔顶 3 圈H 型水冷钢梁改为1 圈。因该炉直径小。 改进后不影响冷却效果、耐火砖的寿命以及 砖体安全性。 1 ．1 ．2 反应塔上部向垂直水套发展 由于企业扩产，处理量增大，操作条件改 万方数据 变，采用高富氧熔炼 含氧5 6 ％ ，又因精矿 嘴喷改为中央扩散形喷嘴，并且该部位冷却 较薄弱，且间距较大，反应塔上部塔顶拱角至 塔体第一块水平水套之间距离为1 6 8 0 t a r a ． 又因塔顶改为吊挂平拱顶，反应焦点可能上 移，使耐火砖易受高温辐射和熔融反应物的 侵蚀冲刷，在反应塔上部除采用优质耐火砖 外。必须采取强制冷却措施，延长耐火砖的使 用寿命。因此，金隆闪速炉在该部位设置了 垂直铜板铜水套，并砌筑电熔铸镁铬耐火砖。 既解决了温度上移、高温烟气对耐火砖的辐 射和s 0 2 气体对耐火砖的侵蚀．又解决了因 采用中央扩散形喷嘴矿粉高速喷出对耐火砖 的冲刷，使该部位耐火砖得到了有效的保护， 提高了该部位耐火砖的使用寿命。在该处设 置垂直铜水套，在我国首次使用。该处设置 垂直铜水套是适宜的．并且使闪速炉冷却系 统日趋完善。 1 ．1 ．3 反应塔塔体向多层水套发展 反应塔塔体是矿物化学反应主要区段， 释放出大量的热量，因处理炉料量增加和改 用富氧强化冶炼，操作条件改变。反应塔容积 热强度较大，特别是两炉改造后，反应塔容积 热强度更大。如金隆改造后由9 6 6 M J ／m 3 h 增大到1 1 8 9 M J ／m o h ，贵冶也由8 5 7 M I ／m 3 h 增大到1 2 4 5 M J ／m 3 h 。烟气温度1 4 5 0 “ 3 以上，侵蚀将更加严重，要承受如此高负荷的 苛刻条件，仅靠高档、优质的耐火材料是不能 长期稳定工作的。贵冶在塔体中，在原基础 上新增5 环铜管式铜板水套。即在原两环水 套之间再增设1 环。塔体由6 环增至1 1 环， 两环水套之间间距由7 7 5 m m 降至 3 1 7 ．5 r a m 。金隆闪速炉参照贵冶原一期设 计，就已考虑到这方面的因素，在设计时．在 贵冶原一期塔体中6 环的基础上又增加1 环 水套．共计7 环，两环水套之间间距为 7 1 5 m m 。比贵冶原一期降低了6 0 r a m 。提高 了反应塔抗冲刷能力．冷却效果明显。 1 ．1 ．4 连接部趋向倒⋯F ’形水套结构 反应塔与沉淀池连结部是结构强度最薄 弱、高温腐蚀最严重的部位。该部位有相当 一部份熔融物是沿炉壁流下，对耐火材料的 冲刷、侵蚀的程度是极其强烈的。贵冶在 1 9 9 4 年年修期间，对闪速炉进行了首次停炉 冷修，经现场考察，该部位受高温和熔融反应 物的冲刷与侵蚀，所浇铸的铬镁质不定形耐 火材料损耗殆尽。贵冶、金隆为改善该部位 的结构强度。先后将原设计采用以双排带翅 片冷却铜管做骨架浇铸铬镁质不定形耐火材 料结构，改用了倒“F ”形水套的结构。经生 产实践验证，倒⋯F ’形水套结构明显优于原 先的冷却铜管的连接部结构。 倒“F ”形水套悬挂在反应塔下部，倒“F ” 形水套之间衬以镁铬砖，底部浇铸铬镁质不 定形耐火材料。每块水套高度为1 0 3 5 m m ， 宽度 外孤长 可根据反应塔直径确定．一般 为5 0 0 ～6 0 0 m m ，厚度7 6 m m 。反应塔结构如 图1 ～2 所示。 圉1 贵冶闪速炉反应塔结构 1 一水冷H 钢粱2 一原铜管式铜板水套 3 一新增设铜管式铜板水套4 ～倒“F ．’形水套 I ．2 沉淀池向双层水套发展 闪速熔炼炉是世界上先进的高强度冶炼 设备，该区域烟气温度高达1 3 5 0 ～1 4 5 0 ℃， 局部可达1 5 0 0 ℃，尤其是沉淀池侧壁，与反 应塔一样，有相当一部分熔融物是沿炉壁流 下，对耐火砖墙壁的冲刷、侵蚀的程度是极其 强烈的，仅靠高档、优质的耐火材料是不能长 期稳定工作的。从闪速炉检修、炉体损坏状 万方数据 1 3 圉2 金隆闪速炉反应塔结构 I 一水狰H 钢粱2 一垂直水套 3 一铜管式铜板水套4 一倒“F “形水套 况看．闪速炉沉淀池强冲刷部位炉墙的冷却 不够。每年都要在年修期花费1 0 ～2 0 d 时间 对沉淀池前、后端墙和反应塔下的侧墙区域 进行热态下挖补抢修。这些区域耐火砖厚 6 6 0 m m 。在损坏严重部位．耐火砖的残存厚 度很小，甚至全部侵蚀。每年的热态修补工 作量大。要在更换砌砖区域切开钢外壳．割 掉支撑横梁，拆除水冷元件及相关接管，设置 必要的临时支护设施等。检修人员在7 0 0 ℃ 左右的高温下，拆除残存旧砖，清理结渣，再 从炉外补砌炉墙。时间紧，任务重，工作条件 恶劣。同时增加闪速炉升，降温次数，对炉子 整体耐火材料也有损伤。 实践证明，这部分区域的水冷元件设置 不合理。给闪速炉的安全、稳定生产以很大危 害．并且直接影响整个工厂的年修时间安排。 贵冶在二期改造过程中，将闪速炉反应 塔下部的沉淀池前、后及端部。增设了双层水 套。该处原设计为1 层，共1 2 块，前、后及端 部各为4 块。改造后，前、后每层设有5 块， 端部仍为4 块，上下两层共计2 8 块。金隆闪 速炉在设计时，将反应塔下部沉淀池周边设 置了两层水平铜板水套。 上述两炉设置的双层水平铜板水套。在 理论上更符合抵御熔融物冲刷机理，可以保 护墙体不被过度冲刷、毁坏。能保持必要的工 作厚度，从而大大提高炉墙砖体寿命。使工 厂从每年一度的闪速炉检验状况下解放出 来。从实测闪速炉衬砖的侵蚀情况看，闪速 炉熔融物一般呈4 5 ～5 0 。角度向下流动。对 于厚6 6 2 m m 的炉墙，在炉墙高度6 0 0 ～ 7 0 0 r a m 的地方，增设一层水平水套，这样才 能起到更有效的保护作用。炼钢闪速炉沉淀 池炉墙从顶部到渣线倾斜铜水套之间的距离 一。般约为1 4 0 0 ～1 5 5 0 m m ，在该段设置双层 水平铜板水套是适宜的。这种结构是个重要 的改进。对炉墙起到有效的保护。并且不增 加炉体热损失和能耗。 1 ．3 上升烟道向双层水套发展 闪速炉上升烟道出口处，烟气温度高达 1 3 5 0 ～1 4 0 0 ℃，烟气中的尘粒呈熔融状态。 且在上升烟道出口与废热锅炉入口处。因熔 融物的沉积和锅炉的冷却作用。导致上升烟 道出口周边产生结瘤。严重时，排烟困难。烟 气阻力大，炉内产生正压，烟气外泄，操作条 件恶化，污染环境。 为了消除结瘤，在烟道两侧墙设置燃油 喷嘴，采用从外部供热，以高温熔化的方法来 消除结瘤。然而，采用高温熔化方法，容易将 炉墙烧坏．因此，贵冶在二期改造时．将原两 侧墙的4 个重油喷嘴改为2 个并交错布置， 在重油喷嘴相对的侧墙部位增设双层水平水 套，每层2 块。这种方法获得了良好的效果。 为闪速炉的安全、稳定运行创造条件，达到了 预想的目的。 2 预埋铜管浇铸式铜板水套国 产化 预埋铜管浇铸式铜板水套全部采用浇铸 而成。因为这些水冷元件分别插砌在各部位 炉体耐火材料内。如果一旦漏水，则会引起 耐火材料粉化膨胀，导致跑铜重大事故发生， 有时若水流入炉内，则会引起爆炸事故。因 此。铜水套的安全、有效工作至关重要。 管式铜板水套有两种，预埋铜管浇铸式 下转第1 8 页 万方数据 1 8 8 吹炼炉渣中的铁有2 5 ％左右以 鹏0 4 形式存在，返回熔炼会使F e 3 0 4 在炉 内富集。给熔炼指标带来不利影响。建议今后 将吹炼炉渣进行缓冷后选矿处理。 根据侯马冶炼厂1 9 9 9 年1 0 月生产中熔 炼炉渣化验结果分析认为炉渣中F e 含量在 上接第1 3 页 与铜板钻孔式。两者相比各 有优缺点，钻孔式铜板水套是将铜锭预先锻 压为板材再用机床按水路走向进行钻孔。除 进水、出水接管孔外，其余钻孔封堵起来。这 种水套铜质密实，缺陷少，热导率高。其封头 需仔细处理．否则，封头在高温应力下存在产 生渗水、精水的可能性。由于钻孔式水套上 堵头多．有的一块水套有8 ～1 0 个多余孔眼 要封堵。而且在常温状态下检查漏水的合格 品，随着炉体的升温，在高温热伸张作用下， 又会发生漏水。预埋铜管式水套镶砌在墙体 内和炉顶耐火混凝土内。但接头在外，而且 常温检验合格后，在高温下不存在再发生渗 褥问题。 预埋铜管浇铸式水套，是将铜管预先煨 好再放入砂箱中与铜水一起浇铸成型，要求 铜管不被熔穿，并与浇铸铜紧密结合度8 0 ％ 3 5 ％- - 5 3 ％时，随着铁含量的升高，C u 含量 有升高趋势；S i 0 2 的含量在2 8 ．9 ％～3 6 ％， 随着s i q 含量的升高，C u 的含量有降低的 趋势；C a O 的含量在5 ％～1 1 ％．C a O 含量增 高，渣含铜量呈降低趋势。因此熔炼炉渣成 分应控制在F e3 6 ．5 ％，S i O ，2 7 ．6 ％～3 0 ％， C a O5 ％～1 】％。 以上。有专门的加工技术．这种水套的优点 是进水、出水管伸在炉外，在炉内没有水管接 头。可靠性大。当然。如果制造加工质量不 高，预埋铜管在浇铸铜板时被熔穿，在浇铸铜 板有裂纹的条件下，铜管式也会发生漏水事 故。有的国家采用管式铜水套也曾发生因铜 管与浇铸铜之间结合不紧密．冷却效果差而 使铜水套损坏的情况。我国经过不断的努 力，成功地试制出了该种水套，实现了国产 化。该种水套由特定的工厂生产。对加工制 造．制定了严格的加工制造标准。其质量、性 能达到世界一流水平。 预埋铜管浇铸式铜板水套。耐压强度 高、抗冲刷、抗腐蚀、传热效果好，使用寿命 长，国内几家铜厂都采用该种水套，没有一块 铜水套出现故障，能经受住实践考验，并出口 到伊朗。 t ，、0 q p Ⅵ≯、_ 、o p q 口、 p Ⅵp 、p 、 p b ≯、d - q ≯、，、_ p Ⅵp 、 p Ⅵ≯、≯ d p 、，h o p Ⅵ“、 p q p 、，h ‘p 、一口P Ⅵ，、∞q ■、_ “‘p 、妒p p 自p 、_ 、一t ≯、o p 欢迎订阅2 0 0 2 年有色金属 季刊 有色金属 季刊 2 0 0 2 年征订工作已经开始， 有色金属 季刊 自办发行，订阅者可向 编辑部索要订单，也可以直接通过邮局汇款至 有色金属 季刊 编辑部张振健或张蓓，在附 言栏内注明“订阅季刊”。 刊号I S S N1 0 0 1 ．0 2 1 1 。C N1 1 ．1 8 3 8 ／T F 。 定价每期1 0 ．0 0 元，全年4 期，共4 0 ．0 0 元。 ‘有色金属 季刊 编辑部 地址北京市西城区西直f J l - 文兴街一号 邮政编码1 0 0 0 4 4电话0 1 0 ．6 8 3 3 3 3 6 6 ．6 4 1 2 万方数据