渣貧化電爐

渣貧化電爐可為圓形、長方形或橢圓型。圓形電爐電力集中、電極對熔體攪動好、爐體熱膨脹均勻、但從進渣到出渣行程短、爐渣在爐內停留時間短、棄渣含銅偏高。長方形或橢圓型電爐爐渣在爐內行程相對較長，爐渣停留時間長、渣銅分離更為完全、棄渣含銅一般較低，但需妥善解決爐子的熱膨脹不均的問題。

基本介紹

• 中文名：渣貧化電爐
• 外文名：Slag granulating furnace
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 作用：渣銅分離
• 缺點：熱膨脹不均

簡介

沈冶改造採用世界先進的諾蘭達爐熔煉銅精礦，生產高品位冰銅。諾蘭達爐渣含銅高(5%)，需要對爐渣進行處理，回收渣中有價金屬，提高銅的回收率。根據沈冶實際情況，工藝選定了貧化電爐處理熔煉渣。

爐型確定

渣貧化電爐可為圓形、長方形或橢圓型。圓形電爐電力集中、電極對熔體攪動好、爐體熱膨脹均勻、但從進渣到出渣行程短、爐渣在爐內停留時間短、棄渣含銅偏高。長方形或橢圓型電爐爐渣在爐內行程相對較長，爐渣停留時間長、渣銅分離更為完全、棄渣含銅一般較低，但需妥善解決爐子的熱膨脹不均的問題。根據國外的生產實踐，國內長方形貧化電爐生產經驗及長方形電爐的特點，考慮現場配置的需要，確定沈冶渣貧化電爐為橢圓型。

主要參數選擇

(1)主要電氣參數計算

貧化電爐電氣參數包括爐用變壓器額定功率、二次側電壓、二次側最大電流等。由於貧化電爐渣型不同於礦熱電爐，根據實踐經驗，其工作電壓不能像礦熱電爐那么高。為使貧化電爐對物料和操作有波動時具有適應性，爐用變壓器二次側電壓取為80-200V，其中二次側額定功率最低電壓取120V。

(2)按爐底負荷強度驗定爐床尺寸

爐底負荷強度是貧化電爐的一個重要參數，正確選擇這個參數關係貧化電爐的安全正常生產和技術經濟合理性。這個參數選取值偏高，就是說爐底面積小了，爐牆與電極距離偏小，流動著的高溫爐渣對爐牆侵蝕、沖刷嚴重，爐襯壽命短，容易引起跑銅跑渣事故，影響爐子正常生產，同時爐子小了，爐子處理能力也上不去。反之，如果選取值偏低，爐底面積太大，電極與爐牆距離偏大，爐牆區域的熔煉溫度可能達不到，造成還原劑與爐渣作用不完全，有價金屬沒有進人冰銅層而隨著爐渣放出流失，同時，爐子太大，也增加了設備的投資和運行費用。國內外一些廠家經過生產實踐，逐漸掌握了不同熔煉渣貧化電爐爐底負荷強度的最佳值。

金川在生產中發現轉爐渣貧化電爐爐底負荷強度太高，對原有的三台貧化電爐先後進行了技術改造，擴大了爐膛面積，改造效果非常明顯:改造前貧化電爐平均每半年檢修一次，改造後平均每年檢修一次，爐體使用壽命延長，同時增大了處理能力，渣含有價金屬降低，提高了金屬回收率，也降低了電單耗，滿足了與主體設備生產連續配套。

貧化電爐爐體主要結構設計

該貧化電爐爐體外形長16.7m，寬9.7m，高6.0m。主要結構特點如下:

採用鋼性骨架

此爐熔煉溫度高達1300-1350℃，爐體自重1000t，爐內熔體近900t。在這樣的條件下，為了保證爐體的穩定性和整體性，爐子鋼骨架必須具有足夠的強度和剛度。貧化電爐鋼骨架有彈性骨架和鋼性骨架兩種形式。彈性骨架是採用拉桿、彈簧拉緊側立柱以夾緊爐體，可以通過調節彈簧來適應爐子的熱脹冷縮變化，這種結構普遍套用在大型長方形電爐上。鋼性骨架就是底梁、側立柱、爐頂橫樑用螺栓連成一體或焊死在一起的鋼骨架，熱膨脹靠磚體中預留的膨脹縫和磚體四周的耐火纖維和填料來吸收。這種結構簡單可靠，電熱前床和貴溪貧化電爐都屬這種形式。根據沈冶貧化電爐為橢圓型的特點，採用了鋼性骨架形式。爐殼採用30mm厚鋼板卷製成兩個半圓，分別與直段爐殼焊接，爐殼外表焊有加固圈樑和立筋。用螺栓連線底梁、側立柱、爐頂橫樑而成的骨架緊夾著爐體，以滿足貧化電爐在生產中保持良好整體性，延長爐子的使用壽命。

爐頂結構設計

該爐爐頂特點是跨度大(6.6m)，是國內電爐中跨度最大的，孔洞多，長期經受爐內高溫熔體的熱輻射和高溫煙氣沖刷，爐內不形成料坡，爐頂工作條件比礦熱電爐差。為了滿足日益嚴格的環保要求，需改善爐頂操作環境，消除煙氣低空污染，還要求爐頂有很好的密封性。為設計滿足這些特點的爐頂，對爐頂的幾種結構形式進行了比較。爐頂可能的結構形式有:砌磚;澆注料爐頂H型水冷鋼樑，梁之間澆注耐火澆注料爐頂。因孔洞多、跨度大，又為橢圓型，砌磚形式一個是結構複雜，兩個半圓部分不好處理，另一個是如果砌磚不吊掛不安全，如果採用磚吊掛，極易因為爐頂溫度波動使磚縫增大而漏風。近年來，不定形耐火材料發展迅猛，在工業上套用日益增多，國內外許多廠家對爐頂採用過多種耐熱混凝土進行改造，積累了很多實踐經驗。發現優質高鋁澆注料用低水泥作結合劑在貧化電爐爐頂上套用效果非常好，不僅結構簡單，施工方便快捷，密封性好，而且使用壽命可達3年以上。有些廠家採用H型水冷鋼樑，梁之間澆注耐火澆注料，使用效果更佳。H型梁通水不僅冷卻梁之間的澆注料，降低澆注料溫度，延長澆注料使用壽命，H型梁和樑上設定的錨固結構還承受了澆注料的全部重量。所以選用H型水冷鋼樑，梁之間澆注耐火澆注料爐頂形式。針對某些爐子，在烘爐生產過程中，因為H型梁承受全部澆注料重量，梁下部溫度較高而發生的H型梁中部下撓達50mm，水溢出使耐火磚牆受潮的問題，對這種結構進行了以下完善改進:一是將爐頂澆注料重量通過錨固磚吊掛裝置全部吊掛在爐頂橫樑和橫樑之間的小樑上，使H型鋼樑不承受澆注料重量;二是對H型鋼樑進行了預彎曲，即將H型梁的側部鋼板下部做成圓弧狀，矢高30mm，這樣當H型鋼樑受熱時，不會因為膨脹而下撓。

這種爐頂的另一個特點是H型鋼樑用螺栓與同側立柱的橫樑連線，H型梁自重由這些橫樑承擔。這樣整個爐頂全部重量都由爐子的鋼性骨架承擔，而不壓在爐牆上，為檢修爐牆提供了方便。貧化電爐用電為三相交流電，為了隔磁，電極周圍的6根“H"型水冷梁側板採用不鏽鋼板，電極周圍的6根爐頂橫樑都在中心處斷開，用不鏽鋼板搭接。

爐襯設計

根據爐襯不同部位耐火材料工作條件不一樣的特點，在易損部位採用高檔直接結合鎂鉻磚，在其它部位採用鎂磚和粘土磚砌築，以保證爐子使用壽命前提下，減少基建投資。爐襯包括爐底和爐牆。

(1)爐底結構設計

貧化電爐爐內裝有高溫熔渣近900 t,從渣中分離出來的冰銅直接接觸爐底。爐底結構如果處理不好，極易發生從爐底漏銅事故。根據金川、磐石電爐生產經驗，結合閃速爐沉澱池底結構，設計沈冶渣貧化電爐爐底為平砌9層粘土磚後立砌兩層反拱鎂磚結構，鎂磚反拱用鎂砂搗打料找弧，爐底厚度1500 mm。由於粘土磚是濕砌的，砌完後，必須將粘土磚烘乾，再進行搗打料施工和砌築鎂磚反拱，以防止在開爐升溫過程，濕砌的粘土磚砌體中的水份蒸發上升至鎂磚反拱，使鎂磚受潮發生水解而粉化。鎂磚反拱與側牆、端牆聯結部位，採用耐火磚錯台的方式加厚了爐牆，消除了通縫，以避免在生產過程中產生裂縫而漏爐。

(2)爐牆結構設計

爐牆磚體是電爐的易損部位，為使爐牆內表面形成均勻掛渣保護，延長爐牆使用壽命，一方面選用優質磚，另一方面在此部位設計了不同形狀的鑄造銅水套對磚體進行強制冷卻。銅水套布置9層，為每隔一塊磚厚布置一層，磚與銅水套接合面採用濕砌，以防滲漏。共使用鑄造銅水套245塊，重63 t。鑄造銅水套與軋制銅板鑽孔水套相比，製造簡單、價格便宜，但導熱係數稍低。通過改進襯磚方式，鑄造銅水套可以強制冷卻爐牆，使爐牆內表面掛渣均勻。這方面已有實踐經驗:過去設計電爐爐牆，通過設計銅水套裡面襯磚30mm，爐子生產半年後發現裡面 230mm襯磚被侵蝕2/3，餘下部分靠掛渣維持生產，後來把銅水套裡面襯磚改成115 mm，由於熱阻減少到原來的1/2，鑄造銅水套對襯磚冷卻加強，爐牆內表面掛渣保護很好，爐子壽命大大提高。這次爐牆設計利用造銅水套，採用後一種方式襯磚，既節省投資又可收到好的效果。爐牆上的各放出口也採用水冷技術。根據各放出口頻繁放銅或放渣的工作條件，設計每個放出口由三或四塊軋制銅板鑽孔水套組成，其中一塊嵌於爐內，強化冷卻放出口周圍的磚體。這种放出口結構簡單，便於操作，易於更換石墨襯套。銅水套冷卻水使用0.25-0.35 MPa壓力軟化水，爐體耗水量350 t/h。在耐火材料選用上，渣線以下爐牆內層採用耐侵蝕、導熱性好的高檔直接結合鎂鉻磚，渣線以上爐牆內層用鎂磚砌築，爐牆外層因為不接觸熔渣和煙氣工作溫度較低而選用耐火粘土磚砌築。爐牆最外層留有53mm厚填料層吸收砌體的熱膨脹。因為爐子為橢圓型，又採用了銅水套冷卻，參照閃速爐經驗，設計爐牆厚度為630 mm，比國內大小相近的貧化電爐和礦熱電爐爐牆薄100-200 mm，節省了材料，降低了投資。