金隆闪速炉本体改造.pdf

金隆闪速炉本体改造 袁精华 （南昌有色冶金设计研究院， 江西南昌“““） 摘要 根据金隆的发展要求， 并结合金隆的生产实践， 阐述了金隆闪速炉本体的改造措施。 关键词 闪速炉；反应塔；沉淀池；上升烟道；铜水套 中图分类号 4534 97 A4B3B8B CD 1C4DC8 EB9F，23945G3 1947945 “““， H7349） 23’0’ C4B8B3C4 CD 234FC45 F97 849 3 949FIJK 9CK345 BC KLFCMN4B KN94K 94K M9B3 CD 234FC45 4“567 F97 D849；9B3C4 79DB；OBBF；4K345 DF8 M3M；HCMM P9B Q9RB 作者简介袁精华 （*S’ , ） ， 男， 江西南昌人， 高级工程师 金隆铜闪速炉自 *SS 年建成投产以来， 已运行 了 年时间， 产量由最初的 *““RBT9 增加到目前的 *-“RBT9， 其间只是把反应塔拱顶改造成了吊挂平 顶， 其它部份均未改造。目前反应塔水平水套已有 几处漏水， 并已部份关停， 为了防止发生意外， 在靠 近该区域的反应塔外壳上临时焊了几个小水箱， 另 外， 反应塔连接部、 上升烟道连接部和上升烟道 U 型梁也发现有漏水的现象， 也已把漏水的铜管关停。 显然， 闪速炉要满足进一步的扩产需要是相当困难 的。因此本次改造应根据金隆 ““RBT9 远期发展目 标， 并结合金隆的生产实践进行。 *反应塔的改造 反应塔是闪速炉的最重要的部份， 精矿在此瞬 间熔化、 氧化脱硫、 造渣， 反应塔不但承受很高的热 负荷， 而且要承受高温烟气、 高温熔体的冲刷。目前 -N V ’’N 的反应塔， 如果直径不变， 那么在 ““RBT9 的 生 产 规 模 时，容 积 热 负 荷 将 高 达 “““E2T N7左右， 反应塔这么高的热负荷在世界 上也是少见的， 这对耐火砖寿命是极为不利的， 因 此， 有必要对原有的反应塔进行改造， 特别是反应塔 直径的确定和水套的合理布置。 898反应塔直径的确定 为了满足 ““RBT9 的生产规模， 对反应塔作了 - 个方案的比较， 结果见下表。 具体论述如下 方案 * 反应塔外壳不动， 即上、 中部壳体内径 仍为 - S“NN， 取消内衬捣打料、 侧壁冷却铜管和 “NN 厚的波纹板， 内衬由原来的 （S“ W -） NN 变 为 -“NN， 上部增加厚 ’NN 的型水套， 塔连接 部厚 *.NN， 且锯齿型水套外侧与中部壳体内侧对 齐， 因此上部塔内径为 - *NN， 中部为 - S“NN， 下部为 - ’NN， 共增加容积 **.X， 在 ““RBT9 的 生产能力下， 反应塔容积热负荷约 * “ E2T N7。 方案 反应塔上部外壳向外扩 ““NN， 且上部 -“NN 厚的壳体与中部 “NN 厚的壳体外侧对齐， 因此， 上部壳体内径为 -SS“NN， 中部壳体内径为 ’““NN。取消内衬捣打料、 侧壁冷却铜管和 “NN 厚的波纹板， 内衬由原来的 S“ W - NN 变为 -“NN， 上部增加厚 ’NN 的型水套， 塔连接部 厚 *.NN， 且锯齿型水套外侧与中部壳体内侧对 齐， 因此上部塔内径为 - NN， 中部为 - -“NN， -*有色金属 （冶炼部分） ““- 年 * 期 万方数据 下部为 “， 共增加容积 ’， 在 *,-. 的 生产能力下， 反应塔容积热负荷约 / 01- *2。 项目方案 方案 方案 *方案 方案 反应塔上部内径 - *3 **3 *3 *3 *3 反应塔中部内径 - 4 * /* /* 3* 反应塔下部内径 - - *“ “ 3 3 4 容积增加 - ’’*’*’*’ 主 要 措 施 耐火材料宽度 厚 波纹板 钢壳 反应塔框架立柱 及横梁 由 （4 5 3） 变为 ， 共减薄 取消 不外扩 上部外扩 ， 中部外扩 上部外扩 ， 中部外扩 上部外扩 ， 中部外扩 上部不外扩， 中部 以阶梯式向 全不动全不动全动 立柱不动、 横梁 切割 全不动 优容积加大量最少容积加大量较多容积加大量多容积加大量多容积加大量最多 缺 点 投资最小、 工期最 短 投资较少、 工期较 短 投资最大、 工期最 长 投资大、 工期长、 存在安全隐患 投资大、 工期短、 存在安全隐患 结论有利有弊可取有利有弊不可取不可取 方案 * 反应塔框架改造， 立柱、 横梁均需变动， 反应塔上部外壳向外扩 ， 且上部 厚的 壳体与中部 * 厚的壳体外侧对齐， 因此， 上部壳 体内径为 “ 4， 中部壳体内径为 “ *。取 消内衬捣打料、 侧壁冷却铜管和 厚的波纹板， 内衬由原来的 （4 5 3） 变为 ， 上部增 加厚 /“ 的型水套， 塔连接部厚 ， 且锯 齿型水套外侧与中部壳体内侧对齐， 因此上部塔内 径为 *3， 中部为 /*， 下部 3， 共 增加容积 *’， 在 *,-. 的生产能力下， 反应塔 容积热负荷约 *4 01- *2。 方案 反应塔框架立柱不动、 横梁每侧切割 ， 反应塔上部外壳向外扩 ， 且上部 厚的壳体与中部 * 厚的壳体外侧对齐， 因此， 上部壳体内径为 “ 4， 中部壳体内径为 “ *。取消内衬捣打料、 侧壁冷却铜管和 厚的波纹板， 内衬由原来的 （4 5 3） 变为 ， 上部增加厚 /“ 的型水套， 塔连接部 厚 ， 且锯齿型水套外侧与中部壳体内侧对 齐， 因此上部塔内径为 *3， 中部为 /*， 下部为 3， 共增加容积 *’， 在 *,-. 的 生产能力下， 反应塔容积热负荷约 *4 01- *2。 方案 反应塔上部外壳不动， 中部以阶梯式向 外扩 ， 且上部 厚的壳体与中部 * 厚的 壳 体 外 侧 对 齐，因 此，上 部 壳 体 内 径 为 /4， 中部壳体内径为 “ **。取消内衬捣 打料、 侧壁冷却铜管和 厚的波纹板， 内衬由原 来的 （4 5 3） 变为 ， 上部增加厚 /“ 的型水套， 塔连接部厚 ， 且锯齿型水套外 侧与 中 部 壳 体 内 侧 对 齐， 因 此 上 部 塔 内 径 为 *3， 中部为 3*， 下部为 4， 共增 加容积 *’， 在 *,-. 的生产能力下， 反应塔容 积热负荷约 *3 01- *2。 方案 与方案 可以排除。原因 方案 有以 下不利情况（） 反应塔框架横梁切割处是反应塔吊 挂机构吊具的着力点， 切割后吊具无法安装； （） 切 割反应塔框架横梁后， 增加补强钢板较难实施， 因为 反应塔框架横梁附近有反应塔吊挂机构、 大型螺栓、 螺母、 精矿喷嘴支架； （*） 反应塔加大后， 反应塔本 体重量增加约 ,， 框架横梁切割后， 受损的横梁 承受反应塔的静载荷和精矿喷嘴喷射出炉料产生的 动载荷存在安全隐患。方案 有以下不利情况（） 上部第一环水套托板加大后与吊挂螺柱相碰， 如果 该托板下移 ， 那么塔身将有 的高 度没有得到水平水套的冷却保护， 本来由于富氧浓 度的提高， 反应焦点就上移， 因此该处可能成为制约 反应塔寿命的薄弱环节之一； （） 风险较大， 由于上 部第一段成 6向外扩， 因此过渡段在冲刷磨损的 情况下很容易掉砖， 钢板得不到有效保护；这样过 渡段将存在安全隐患。 方案 虽然投资少、 工期短， 但是反应塔容积热 负荷下降不明显， 因此也应排除。 方案 * 与方案 相比有以下不利情况（） 施工 难度大， 四根立柱每根重 ’3,， 长度 ’3， 在 厂房、 平台、 周围设备、 各种管道、 都已安装好的情况 下， 如何吊装及用什么吊装， 难度较大； （） 冷修时 间长， 由于原反应塔框架需拆除， 要安装新框架， 加 上该设备大而重， 安装难度大， 必然大大延长冷修时 间。另外， 立柱基础需在立柱移开后拆掉， 再重新浇 注养护基础， 也会增加冷修时间； （*） 投资加大， 反 “有色金属 （冶炼部分） 年 期 万方数据 应塔框架需要重新设计、 制造、 安装；外壳钢板、 铜 水套托板需加大， 铜水套， 镁铬砖也要增加。 通过以上分析， 方案 为最优方案。 （“） 无安全 隐患； （） 容积热负荷下降较明显； （） 投资较少； （） 施工难度小； （） 冷修时间较短。 “反应塔水套的布置 反应塔顶 个烧嘴孔周围因温度较高， 耐火砖 更换频繁， 加上由于炉顶安装有精矿喷嘴支架及吊 砖网架， 更换耐火砖非常困难， 因此在烧嘴周围加设 水套， 以保护耐火砖。 反应塔上部的冷却铜管因漏水全部关停， 原因 可能是低温腐蚀， 因此不宜再采用这种形式， 所以改 用立式水套形式。 由于反应塔容积热负荷的大大增加， 及浓相冲 刷的增加， 所以为了保护耐火砖， 在反应塔中部设置 了 “ 层水平水套， 因下段比上段冲刷更加厉害， 所 以下段水套间距比上段短。 反应塔连接部原为冷却铜管捣打耐火材料的形 式， 目前也有多根因漏水而关掉， 其原因可能是冲刷 磨损， 因此改用内侧镶嵌耐火砖的锯齿形水套形式。 沉淀池的改造 沉淀池是铜锍与炉渣沉清分离、 烟尘沉降、 并适 应转炉生产的需要储存铜硫的部位。本次改造充分 挖掘其潜力， 使其充分满足以上使用功能。 “渣线高度的确定 一阶段 （“’*） 铜锍产量为 “ ,， 炉渣产 量为 “ “- ,， 二阶段 （’*） 铜锍产量 “ “ ,， 炉渣产量为 “ ,。如果继续维持原来的渣线高 度 .//， 炉渣停留时间在一阶段为 “01， 二阶段 为 “01， 二阶段炉渣停留时间过小， 这样闪速炉渣 含铜必然升高， 对贫化电炉贫化炉渣不利， 在同样的 情况下， 贫化电炉弃渣含铜将升高。为了消除这种 不利情况， 决定把渣口提高 “//， 使熔池深度由 .// 增加到 -//， 其中铜锍厚 //， 渣层厚 //。这样炉渣停留时间在一阶段为 01， 二阶 段为 “0-1， 炉渣停留时间能满足沉清分离要求， 不 会给贫化电炉带来额外负担。 “炉墙厚度的确定 为了使烟气中夹带的烟尘尽可能地沉降到沉淀 池， 需降低烟气的流速， 因此要尽可能地扩大沉淀池 截面积， 为了达到这个目的， 在沉淀池斜立柱不动的 情况下， 只有减薄沉淀池侧墙， 考虑到原沉淀池侧墙 厚度为 ..//， 其中砌有两种规格的耐火砖， 内侧 厚度为 //， 外侧为 “//， 从生产实践来看， 外 侧耐火砖的作用不太， 综合考虑， 沉淀池侧墙厚度可 减薄到 //， 由于沉淀池东端既是炉渣出口处， 又是烟气在此转向上升烟道的地方， 因此该侧仍应 维持原来的厚度不变。 沉淀池西端、 铜锍口侧、 锅炉侧炉墙减薄后， 一 方面可降低烟气的速度， 使一阶段烟气速度降到 .0-/2， 二阶段烟气速度降到 0/2， 有利于烟尘 的沉降；另一方面又可增加渣线面积， 使渣线面积 由原来的 “/增加到 “/， 延长炉渣在沉淀池 中的停留时间。 “沉淀池水套的布置 由于渣口提高 “//， 渣口端两块渣口倾斜水 套上移 “//， 以使排渣通畅， 而其它渣线区倾斜 水套保持不变， 这是考虑到原渣线区水套在烟气区 和熔体区高度上各为 //， 加上闪速炉溢流排 渣， 因此炉渣只是侵蚀渣线以下的耐火砖， 当放铜锍 结束时， 炉渣对耐火砖的侵蚀就会向下波动， 据此， 倾斜水套在烟气区高度为 //， 熔体区高度为 //， 较为符合生产实际。为了节约投资， 再加 上原倾斜水套到目前为止没有损坏， 所以仍旧使用 原水套。 闪速炉产量的大幅度提高， 势必造成沉淀池热 负荷增加及含烟尘的烟气对沉淀池内衬冲刷的加 剧， 如果不加强对耐火砖冷却保护， 必然会缩短炉墙 的使用寿命， 增加在热态下挖补炉墙的频率， 影响炉 子的正常生产， 从而影响到产量。因此把原来二层 水平水套扩展到二整圈， 并且考虑到反应塔下三面 沉淀池侧墙工作条件的更加恶劣， 增加了气流区倾 斜水套。 “沉淀池烧嘴的布置 烧嘴仍保留原来的 “ 个， 烧嘴高度布置位置由 于液面比原来提高了 “//， 也需提高 “//， 水 平布置位置除南面 个烧嘴由于操作不便需调整 外， 其它均不变。考虑到西气东输带来的便利， 今后 可能改用天然气作燃料， 烧嘴孔大小按天然气烧嘴 形式设计， 并保证本次扩产后重油烧嘴能正常使用。 上升烟道的改造 上升烟道是烟气排出的通道， 因此必需保证烟 气排出通畅， 烟气阻力不能太大， 否则炉内出现正 压， 烟气就会往外冒出， 不但恶化了环境， 而且高温 烟气会烧坏炉体钢结构， 影响炉子的寿命。经校核 计算， 第一阶段上升烟道入口烟气速度为 0/2， -“有色金属 （冶炼部分） 年 “ 期 万方数据 出口烟气速度为 “；第二阶段上升烟道入口 烟气速度为 “’， 出口烟气速度为 “， 二阶 段的烟气速度均在允许的范围之内， 因此， 原闪速炉 上升烟道可满足使用功能。这样上升烟道只需对原 损坏的地方或较薄弱的地方进行局部改造。 “上升烟道平顶的改造 上升烟道平顶 * 型梁由于斜顶烧嘴的使用， 高 温火焰上飘使其部份烧坏， 因此需更换， 并且为了加 强冷却， * 型梁冷却铜管由’ , 改为 , ,， 一方面可降低阻力， 另一方面可增 加水流量。另外， 加上取消作用不大的斜顶烧嘴， 平 顶 * 型梁使用寿命能得到保证。 “上升烟道侧墙水套的布置 上升烟道东侧墙烧嘴附近耐火砖从现场看来受 损较厉害。原因有二 一是该处是迎气面， 烟气冲刷 严重；二是该处布置了烧嘴， 烧嘴燃烧产生的高温 烟气被迎面的高速烟气吹回侧墙， 耐火砖承受的热 负荷较高。为了保护该处的耐火砖， 布置 层水平 水套， 上面 ’ 层， 下面 - 层。而上升烟道西侧墙从现 场看来， 情况良好， 因为该面为背气面， 所以无需布 置水平水套。 “上升烟道连接部的改造 上升烟道连接部原为带翅片的冷却铜管捣打耐 火材料的结构， 经过多年的使用， 目前也有几根铜管 因漏水后被关闭。跟反应塔连接部一样， 也改为带 锯齿型水套的结构。原打算也进口， 但考虑投资的 问题， 结合国内设计、 制造能力， 决定自己设计、 自己 制造， 以实现锯齿型铜水套的国产化。 .耐火材料的选定 耐火材料的选定原则是必须满足炉体的使用要 求， 并且需满足施工的技术要求和工程质量要求。 闪速炉的工作环境较为恶劣， 对耐火材料的要 求较高， 各部位的工作条件又各不同， 因此需针对具 体的部位选用不同种类的耐火材料， 以兼顾功能和 经济的双重标准。 “反应塔耐火材料的选定 反应塔由于产量大大提高， 所需承受的热负荷 也大大地增加， 虽然在反应塔布置了大量的水套， 对 耐火砖有冷却保护作用， 但是由于烟气含熔体浓度 比以前大大地增加， 对塔壁的冲刷将更加剧烈， 因 此， 不宜采用国产的耐火砖， 应选用荷重软化温度 高、 抗冲刷、 抗化学侵蚀性能好的进口 / 的镁铬 砖。 “沉淀池耐火材料的选定 沉淀池渣线区侧墙是最易损坏的部位之一， 该 区由于液态金属、 熔渣与耐火材料反应生成低熔物， 而这些低熔物慢慢流失造成耐火材料熔损， 因此需 选用抗化学侵蚀好的进口 / 的镁铬砖。 沉淀池烟气区侧墙相对来说， 工作环境跟反应 塔及渣线区相比， 要好一些， 无需选用进口耐火材 料， 选用国产半熔融再结合镁铬砖就可胜任， 但不宜 选用国产的直接结合镁铬， 因为该区域烟气冲刷还 是较为严重。 沉淀池铜锍区及炉底反拱接触的是铜锍， 选用 国产半熔融再结合镁铬砖就能满足使用要求。 “上升烟道耐火材料的选定 上升烟道东侧墙是迎气流面， 冲刷较严重， 应选 用国产半熔融再结合镁铬砖， 西侧墙及平顶冲刷较 轻， 选用直接结合镁铬砖就可满足使用要求。 结束语 经过本次改造后， 不但能满足 00123 的生产 要求， 而且是对原有闪速炉的进一步完善， 特别是冷 却装置的设置， 使其更加贴近实际， 对镁铬砖将实行 更有效的保护， 因此， 有理由相信， 闪速炉将达到理 想的使用寿命。 -有色金属 （冶炼部分） ’00 年 - 期 万方数据