铜合成炉沉淀池顶异常损坏原因探讨.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 2 9 铜合成炉沉淀池顶异常损坏原因探讨 张秀德，张明文 金川集团公司冶炼厂，金昌7 3 7 1 0 2 摘要探讨了金川铜合成炉沉淀池顶异常损坏现象产生的主要原因，并提出了技术改造方案，经实施后， 明显提高了该部位砖衬的使用寿命。 关键词铜合成炉；沉淀池顶；下沉 中图分类号T F 8 1 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 9 0 2 0 0 2 9 0 4 D i s c u s s i n go nO b n o r m a lD a m a g i n go ft h eS e t t l e rT o po fC o p p e r S y n t h e s i z e dF la s hS m e l t i n gF u r n a c e Z H A N GX i u d e ，Z H A N GM i n g w e n S m e l t e ro fJ i n c h u a nG r o u pI 。t d ．．J i n e h a n g7 3 7 1 0 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h er e a s o nf o ru n u s u a ld a m a g eo fs e t t l e rt o po fC o p p e rS y n t h e s i z e dF l a s hS m e l t i n gF u r n a c e C S F S F a r ep u tf o r w a r di nd e t a i l ，a n dt e c h n i c a lr e c o n s t r u c t i o ns o l u t i o ni sd i s c u s s e da n dt h er e f r a c t o r i e ss e r v i c el i f ei nt h i sa r e ai so b v i o u s l yi n c r e a s e d ． K e y w o r d s C o p p e rS y n t h e s i z e dF l a s hS m e l t i n gF u r n a c e C S F S F ；S e t t l e rT o p ；S i n k i n g 金川铜合成炉于2 0 0 5 年9 月1 2 日投料生产， 在2 0 0 5 年1 1 月时首次发现沉淀池斜顶主吊挂砖有 上部断裂现象，其后陆续有更多的砖断裂，于2 0 0 6 年4 5 月间发现斜顶中部的主吊挂砖基本全部断 裂，2 0 0 6 年9 月1 4 日点检时发现斜顶中部有大幅 度下沉的异常损坏现象，已经存在明显的炉顶塌落 事故隐患，必须尽快进行检修。 为了从根本上解决问题，对导致炉顶下沉和断 砖的原因进行了分析，并采取了有针对性的技术改 造。实施以后，取得了较好的使用效果。 1沉淀池顶的砌筑结构和异常 损坏状况 1 ．1 沉淀池炉顶的砌筑结构 沉淀池顶的砌筑结构如图1 ，标记①的环为平 顶，其余各环为拱形顶，各环分别使用四种砖型搭配 砌筑。 作者简介张秀德 1 9 7 1 一 ，男，甘肃靖远人．工程师 在顶部砖体结构设计时，为了防止拱顶异常膨 胀等造成拱顶开裂，并减少炉顶吊挂架数量过多而 导致的顶部点检困难等问题，设计了吊挂止推杆式 吊挂结构，每5 块砖用1 块主吊挂砖通过吊杆吊挂 起来，吊杆基本为刚性结构。如图2 所示。 1 ．2 沉淀池拱顶的下沉和断砖状况 1 ．2 ．1 两端水平吊挂砖的状况 在沉淀池拱顶与反应塔和上升烟道相接的两 端，分别有2 环平吊挂砖，采月j 每两块砖为一组的独 立吊挂方式，所用砖型为直形砖。 在历次的点检过程中，观察到该四环平砖表面 没有开裂损坏迹象，只是每一环中部有明显的下沉 塌腰现象，具体表现为 1 每环砖两端的吊挂钩基 本处于不受力的状态，用手可以移动或提起； 2 每 环砖中部的吊挂钩明显处于受力状态，用手难以移 动； 3 从平砖与平水套的高度关系可见，中部明显 下沉； 4 砖体没有明显损坏现象； 5 炉顶拱脚梁没 万方数据 3 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 有明显变形，拱脚弹簧的受力正常。 图1 沉淀池顶砌筑结构图 F i g ．1B r i c k l a y i n gs t r u c t u r ed e s i g nf o rs e t t l e rt o p 图2 沉淀池炉顶砌筑图片 F i g ．2 T h eo r i g i n a lb r i c k l a y i n gc o n s t r u c t i o n o fs e t t l e rt o p 1 ．2 ．2 水平段拱顶的状况 如图1 所示，沉淀池拱顶由吊挂铜水套分割为 4 段，分别为反应塔侧倾斜拱段、2 个水平拱段 2 15 2 0m m 、上升烟道侧倾斜拱段。 通过现场观察，2 个水平段拱顶的状况可以概 括如下 1 拱顶砖体基本没有损坏； 2 主吊挂砖的 吊孔处没有断裂现象； 3 环与环之间有张口现象， 间隙增大； 4 没有明显的塌腰下沉现象； 5 从 2 0 0 6 年6 月以来，环间的问隙逐渐增大。 6 炉顶 拱脚梁没有明显变形，拱脚弹簧的受力正常。 1 ．2 ．3 倾斜段拱顶的状况 发现倾斜段拱顶主吊挂砖大量断裂和下沉后， 对拱顶的变形特征进行拍照，如图3 所示。 根据现场观察和对比前后两次的图片，对沉淀 池斜顶的变化过程特点和现状可概括如下 1 对于 每一环砖而言，主吊挂砖的断裂经历了从中间向拱 脚发展的过程最先发现主吊挂砖断裂位于每环 图3 上升烟道侧沉淀池斜顶图片 F i g ．3 T h ep i c t u r eo fs i n k i n gb r i c k l a y i n g o fs e t t l e rt o p 拱的中间，5 月发生大面积断裂时断砖也居于每一 环拱的中部，而在9 月1 4 日大面积下沉时靠近拱脚 处的几环仍然没有断裂； 2 斜顶砖衬发生了严重的 下沉，形成了明显的塌腰状态； 3 斜顶低位环砖的 下沉量明显大于高位环砖，呈现一定的梯级； 4 靠 反应塔侧斜顶的状况略好于上升烟道侧； 5 上升烟 道侧斜顶总体失去上部吊挂力，只靠环砖内的小钢 棒连接作用和拱顶纵向膨胀挤压的作用保持稳定， 塌落的可能性极大； 6 炉顶拱脚梁没有明显变形， 拱脚弹簧的受力正常。 1 ．3 类似结构拱顶的使用情况简介 1 ．3 ．1 镍闪速炉沉淀池顶 镍闪速炉沉淀池顶结构与合成炉类似，区别在 于采用了每两块砖为一组的独立吊挂方式，自1 9 9 8 年检修后已经使用8 年以上，没有发现有断砖或持 续性下沉现象。 1 ．3 ．25 0m 2 反射炉爬坡旋 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 3 1 现用5 0m 2 反射炉均有类似斜顶结构，与合成 炉沉淀池顶的区别在于 1 其吊挂方式也为止推杆 式结构，但是，采用了细园钢柔性吊挂方式； 2 其各 环拱的中心角全部为6 0 。 ，不像合成炉各环的中 心角不同； 3 其跨度为48 4 0m m ，合成炉沉淀池顶 的跨度为83 1 0m m 。该炉顶的使用寿命为2 年以 上，在使用期间没有发生类似的下沉或断砖现象。 2 沉淀池顶下沉和断砖现象的原因分析 2 ．1 没有充分考虑大跨度拱顶下沉作用 根据筑炉工艺学的有关论证，在理论上能得 出拱顶在高温下会发生下沉塌腰变形，导致拱顶整 体下挠。而在实际的炉窑检查过程中，也证实了各 类炉顶普遍存在下沉变形。一般而言，这种拱的下 沉作用 一般表现为下沉量 与拱的跨度、半径正相 关，与拱的中心角负相关，也受到黏结物性质和数量 的影响。 在合成炉的反应塔顶和沉淀池平顶的点检中， 观察到平顶中间区域的吊挂钩明显处于受力状态， 而在边角区域的吊挂钩处于不受力状态。 合成炉斜顶的跨度达到83 1 0m m 。通过1 0 环 逐层将拱高由第1 环的0m m 提高到了第1 0 环的 7 0 0m m 。这种结构属于典型的大跨度、小中心角拱 结构，拱的下沉作用自然较大。合成炉斜顶和平顶 的半径、中心角等数据如表1 所示。 表1合成炉沉淀池拱顶的相关数据 T a b l e1S o m ed a t ao ft h es e t t l e rt o p 拱环序列半径／m m拱中心角／ 。 O 3 ．6 8 ．2 1 3 1 9 ．8 2 2 ．4 2 7 ．2 3 1 ．8 3 6 ．4 4 0 ．8 4 4 ．4 标砖层数楔形层数 斜顶第1 环 斜顶第2 环 斜顶第3 环 斜顶第4 环 斜顶第5 环 斜顶第6 环 斜顶第7 环 斜顶第8 环 斜顶第9 环 斜顶第1 0 环 平顶 第1 1 环 跨度83 1 0 1 2 51 6 0 5 37 0 0 3 41 0 5 2 51 7 5 1 99 4 5 1 65 5 0 1 41 7 3 1 24 2 0 1 10 7 5 1 02 6 0 2 ．2 砖衬内部小钢棒不利于拱顶砖衬受力的释放 为了加强拱顶砖的整体受力结构，所有拱顶砖 均设计为眼砖结构，通过小钢棒联结为整体。在拱 顶下沉作用发生时，由于小钢棒的连接，使局部砖体 上下窜动成为不可能，导致下沉作用力无法释放，加 剧了损坏作用。而如果是独立吊挂结构，则会发生 砖衬的局部上下窜动，有效释放下沉作用力。 2 ．3 斜顶各环受力和变形不统一导致剪切破坏 由于斜顶各环砖的半径、中心角完全不同，每一 环砖的配比和吊挂位置也不一致，将这些不同的砖 环通过一根几乎定位死的轨道钢硬性约束起来，必 然会因为各环之间的膨胀方向和膨胀量不同，导致 主吊挂砖受到剪切作用力，从而导致了主吊挂砖的 损坏。 2 ．4 集中吊挂方式导致主吊挂砖被拉断 每环拱内按照每5 块砖一个主吊挂砖的吊挂方 式进行吊挂，而主吊挂砖采用刚性固定结构，一方面 在拱顶下沉时主吊挂砖没有活动余地，另一方面，由 于承载了5 块以上砖 甚至更多 的下沉作用力，导 致主吊挂砖被拉断。在图3 中可以看出，主吊挂砖 钢棒与吊挂孔相离的状态非常明显。 2 ．5 温度波动导致砖衬的持续损坏 有资料揭示被熔渣侵蚀砖衬的热膨胀系数将增 大2 0 ％，在合成炉生产过程中，不可避免地发生了 多次温度大幅度波动的情况，这些温度波动可能会 反复导致沉淀池顶砖黏结层的断裂以及新黏结层的 形成，伴随这种变化，使拱顶的膨胀变形量一再增 大，拱顶的开裂和下沉也逐渐增大，从而导致了拱顶 下沉变形。 3改造方案及实施效果 3 ．1 吊挂结构改进 对原设计的吊挂方式进行改进 1 取消止推杆 式吊挂结构，改为每两块砖为一组的独立吊挂结构， 在砖顶设置五环拱形吊挂构件； 2 改变吊挂砖的砖 型和吊孔结构，使之与改造后的砌筑结构相适应； 3 将第1 环改为与第2 环相同的微拱形结构。 3 ．2 热态施工的作业次序设计 o u约弘躬弘盯鸺∞㈨M ⋯∞鸺卯％牾弘孙n o o m 一 塑。∞m渤|||{|；蛳Ⅲ渤m瑚 拱一 万方数据 3 2 有色金属 冶炼部分2 0 0 9 年2 期 为了最大程度地减小改造施工对炉衬的损伤， 并缩短检修时间，节省检修费用，采取在合成炉热态 保温的情况下进行改造施工，施工作业次序分为以 下分项内容 1 顶部临时作业平台和安全防护措施 设置； 2 顶部旧砖衬的拆除； 3 吊挂砖托板 兼作 隔热密封板 的支设； 4 砌筑施工； 5 吊挂架和吊 挂钩的焊接安装。 3 ．3 改造实施 按照以上的改造方案，利用铜合成炉系统的年 修机会，于2 0 0 6 年9 月对沉淀池东西侧斜顶砖衬进 行了改造更换。改造后的炉顶结构如图4 所示。 图4改造后的沉淀池顶结构 F i g ．4 T h eb r i c k l a y i n go fs e t t l e rt o p a f t e rr e c o n s t r u c t i o n 由于沉淀池平顶也不同程度地发生了主吊挂砖 断裂和拱顶整体下沉的现象，为了保证合成炉的长 周期稳定运行，在2 0 0 7 年1 2 月将沉淀池顶的中间 两跨也进行了同样的改造。 3 ．4 改造后的效果 沉淀池斜顶改造后已经使用了近2 年时间，沉 淀池平顶改造后已经使用半年多时间。对改造后斜 顶的损坏情况进行了持续的点检，到目前为止没有 发现炉顶有断砖、塌陷等异常变形或损坏迹象，炉顶 砖衬的受力结构稳定，在炉况稳定的情况下，预计寿 命为8 年以上。 参考文献 [ 1 ] 梅炽．有色冶金炉设计手册[ M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 0 0 ． [ 2 ] 日本耐火材料工业协会．筑炉工艺学[ M ] ．陈应中，刘 绳武，译，北京冶金工业出版社，1 9 8 7 ． 上接第2 8 页 厂家进行了沟通，计划在新的备件中进行改进。 4结论 总体来说，密相输送装置控制很好，运行稳定， 操作方便，平时只需要定期做少量的维护工作。金 隆公司目前正在考虑将C 烟尘气力输送也改为浓 相输送。由于A 烟尘呼吸圆顶阀的成功改造，金隆 已经将圆顶阀成功用于C D 泵的密相输送的旋转排 气阀。相信浓相输送技术会不断地得到推广。 万方数据