提升卡尔多炉炉龄指标的生产实践

李庆枞，张伟杰

(江西铜业集团公司贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424)

1 引言

贵冶卡尔多炉由瑞典奥托昆普公司引进，南昌有色金属设计院辅助设计完成。卡尔多炉技术运用了富氧顶吹的冶炼技术，冶炼过程是炉体在四台旋转电机驱动下，可绕炉体沿中心轴360°旋转，在不断地旋转中完成熔炼和吹炼过程，具有良好的传热和传质条件，其操作位置与水平面成28°。在倾转电机驱动又可以绕炉体水平轴使整个炉体进行0～270°倾转，可完成向炉内加料、倒渣、倒铜作业[1]。

表1 卡尔多炉设计参数

贵冶卡尔多炉通过油枪采用柴油加纯氧燃烧方式给炉内含铜物料提供热量进行熔化冶炼造渣，再通过吹炼枪使用富氧吹炼除杂，产出含铜为98.50%以上的粗铜[2]，产生的高温工艺烟气通过密闭式的水冷烟道、喷雾塔、空气冷却器、工艺布袋收尘进行处理，杂铜中所有含电缆塑料、电路板等有机物燃烧产生有害物能充分捕集。另外卡尔多炉加料、放铜、放渣等操作产生的烟气通过完全密闭的环集烟罩内进入环集烟罩布袋收尘，完全满足环保生产的需求。

2 卡尔多炉炉炉龄指标制定

在创建标杆工厂，建设一流铜冶炼工厂的大环境下，作为冶炼杂铜的卡尔多炉各项经济技术指标必须达到世界一流，把卡尔多炉炉龄作为创标杆指标，目标为380炉次/周期。而制定这个目标对我们来说是巨大压力，面对标杆指标的压力，我们没有退缩，把压力变为动力，发动员工、集思广益，细致分析影响卡尔多炉炉龄的原因。

3 影响卡尔多炉炉龄指标的原因分析

卡尔多炉炉龄指标的长短，主要是卡尔多炉耐火砖的损耗，卡尔多炉耐火砖最容易被冲刷、腐蚀，腐蚀区域为渣线区，即锥部与筒体连接处，底部耗损值较小。从四年多生产实践中可知，导致耐火砖损耗的原因很多，其中主要为三种。

(1)高温侵蚀。

卡尔多炉熔炼造渣需加SiO2作为熔剂，加Fe作为还原剂[3]，还原物料中铜的氧化物。由于纯氧烧嘴燃烧会在渣线区域产生高温区，耐火材料在高温作用下，发生严重侵蚀。

2.1.2 文献报告 文献学习是科学研究的基础，通过查阅文献可以快速掌握专业知识，了解相关学科发展动态，从而有助于科研选题。由于专业不同，每位学生的研究内容也各有侧重，因而学生的文献学习具有各自特点，在一起交流有扩大知识面、互相启发、开阔研究思路的作用。如中医专业学生进行关于《四圣心源》医书中主张“中气之治”学术思想的探讨；中药专业学生进行鹿茸商品规格的分子鉴定技术、气相色谱—质谱联用技术等专题讨论。

(2)局部物理机械磨损。

卡尔多炉处理的是冷态固体物料，有小铜锭、块状反射炉渣等，炉体在28度角旋转过程中，块状物料与炉内耐火砖产生摩擦加剧耐火砖消耗。

(3)炉内温度聚变。

卡尔多炉作业模式周期性，导致炉内温度急冷急热，温度变化大，易产生热应力，耐火砖易产生崩裂。

4 提高卡尔多炉炉龄指标的方案和主要措施

针对影响卡尔多炉炉龄指标三大因素逐条提出改进方案，通过不断摸索实践，管理创新，采取相应改进措施，具体实施对策如下。

(1)严格控制反射炉渣(倾动炉渣)尺寸，(破碎前尺寸900mm×500mm)。反射炉渣大块见图1。

图1 破碎前的反射炉渣照片

卡尔多炉每天处理大量反射炉渣，如大块未破碎反射炉渣加入到卡尔多炉内，既耗油又对炉内耐火砖产生很大磨损。因此，每日安排用炉口清理机进行破碎(破碎后尺寸小于100mm×100mm)，保证入炉反射炉渣尺寸达到设计要求(200mm×200mm)，满足生产条件。

(2)改变原来的卡尔多炉砌筑结构，增强国产耐火砖抗冲刷性能，并增长渣线高温区工作层耐火砖长度。

根据炉内耐火砖在不同区域消耗程度，改变原卡尔多炉的砌筑结构，采用辽宁营口青花专门设计电熔再结合镁砖[4]，增加耐火砖硬度，加大提高冲刷性能，在渣线高温区耐火砖即上筒体第30～40层工作层由400mm增至450mm，从使用完成情况看，筒体与锥帽连接部分比以前使用寿命增长。卡尔多炉耐火砖砌筑结构示意图见图2。

图2 卡尔多炉耐火砖砌筑结构示意图

(3)根据卡尔多炉作业实际，及时调整油枪行走位移及油枪燃烧时柴油与纯氧比值。

根据炉内加料批次及炉内加入物料的多少，调整油枪位移，加料软化期油枪位移80% ～65%，熔炼造渣期油枪位移70% ～65%，尽最大可能的提升燃油热效率，减少耐火材料的受热辐射时间。科学合理调整油枪燃烧时柴油与纯氧之间比，加料软化期氧油比2.3∶1.0，熔炼造渣期氧油比2.1∶1.0，既要考虑柴油充分燃烧，又要考虑纯氧在高温条件下对耐火砖氧化浸蚀消耗，根据不同作业时段修正氧油比作了相应调整，延长耐火砖使用寿命。

(4)科学合理调整油枪烧嘴，并对油枪烧嘴进行国产化改进使火焰燃烧更合理。

科学合理调整油枪烧嘴外套与烧嘴油孔之间间隙由2mm增加到5mm，根据生产实情，将油枪烧嘴进行国产化改进，使高压油枪喷射雾状柴油与纯氧燃烧形成火焰方向更合理，减少高温火焰直接对耐火砖浸蚀，又充分使热量将物料完全熔化。

(5)严格控制出渣温度，调整造渣作业，由一次造渣作业调整为二次造渣二次放渣作业。

卡尔多炉入炉原料成份复杂，含有铅、锌、镍、锡、铝、钢等金属成分，特别是反射炉渣处理量由原来每炉处理8t提高到每炉处理25t，给工艺造渣带来较大困难。如一次性烧油放渣，炉膛温度特别是渣线区域温度过高，加快了耐火砖消耗，安全生产难以保证。为此我们进行二次放渣，第一次放渣温度不需控制过高，能放出部分即可，再根据炉内物料熔化状况，再次烧油，二次倒渣。防止生产中超高温作业，加快耐火砖消耗。

(6)严格控制熔炼造渣期熔剂Fe、SiO2、CaO的配比量[5]。

精确分析各入炉物料的成分，计算熔剂的配比量，保证渣含量FeO 35～40%、SiO 218～20%、CaO 3～5%。使渣系趋于合理、平衡，减少对铬镁为主的碱性耐火材料化学侵蚀。

(7)坚持检测炉壳温度，跟踪分析炉砖消耗状况，并增加炉壳强制冷却。炉体外壳温度趋势见图3。

图3 卡尔多炉体外壳测温趋势图

坚持每炉出渣、出铜后对炉壳测温，并形成趋势曲线，分析炉砖消耗进度，指导修正工艺控制。增加杂用风冷却管对耐火砖易消耗处炉壳强制冷却降温。

(8)通过开展班组间劳动竞赛，进一步降低油单耗，优化指标。

开展劳动竞赛，激发全员的创造性，改良操作方法 (根据不同作业时段修正氧油比、根据作业时段修正炉内压等)，优化各项经济指标，将柴油单耗进一步降低，降低耐火材料的受热辐射强度，从而延长炉龄。

(9)加强对筑炉时监督，确保筑炉质量。

向筑炉提出详细的修炉要求，监督修炉的过程，认真进行验收工作，对发现的问题要求及时进行整改。新砌耐火砖见图4。

图4 卡尔多炉新砌耐火砖照片

(10)根据不同作业周期，合理调整炉体旋转速度。

根据卡尔多炉冶炼原理，工艺操作分为加料软化期、熔炼期、吹炼期。因不同作业周期炉内物料熔化程度不同，为减少对耐火砖冲刷，炉体旋转速度要求不同，加料软化期低速0.5～2rpm、熔炼期中速2～4rpm、吹炼期高速3～5.5rpm。

(11)对新砌炉砖进行“挂渣”作业。

新砌炉砖升温达到1100℃时，往炉内加入12t含铜为3%的小块转炉渣，进行熔化生成磁性Fe3O4后，对新砌耐火砖进行覆盖保护[6]。

5 实施效果

通过一年管理创新攻关，生产实践，在全工段员工共同努力下，精细操作，精细管理，卡尔多炉炉龄取得了大幅度的提高。攻关前后炉龄对比见表2。

表2 卡尔多炉历年的作业情况表

攻关前后平均作业炉龄、作业天数、更换耐火砖吨数见图5。

图5 卡尔多炉历年炉龄图

从图不难看出2013年卡尔多炉作业2个炉期，平均每炉期达到了414炉次，比2012年374炉次多40炉，比厂部标杆考核值380炉次高出了34炉，平均每炉期作业125天，比2012年110天增加15天，特别是2014年第18炉期创造历史最好成绩446炉次。

卡尔多炉耐火砖更换次数由2010年的9次/年压缩至6次/年，可直接节省耐火砖158t，且改用国产化耐火砖，仅耐火砖一项节约生产成本近117万元，节约检修费用(9－6)×20万元=60万元。检修次数由9次降为6次，按每次检修5天计算，卡尔多炉可多生产15天，多产粗铜3000t，多处理反射炉渣1200t，多回收反射炉渣含铜420t。

6 结论

贵冶卡尔多炉经过四年多的自主创新与摸索，卡尔多炉炉龄指标屡创新高，提高卡尔多炉每炉期作业天数，提高作业率，从而减少卡尔多炉每年修炉次数，降低耐火砖使用量，降低生产成本。使我们不仅在产量上，而且在质量、技术上也达到世界的前列。通过一系列措施，贵冶卡尔多炉炉龄得到了有效提高，目前贵冶卡尔多炉无论在环保指标，

还是冶炼成本较其它杂铜冶炼技术都有明显的优势，也填补了国内低品位杂铜冶炼技术的一大空白。

[1]易瑞强.降低卡尔多炉还原生铁用量[J].铜业工程，2013(5):29－31.

[2]周瑞生.贵溪冶炼厂卡尔多炉杂铜冶炼的生产实践[J].有色金属，2011(2):46－48.

[3]宋希文、安胜利.耐火材料概论[M].北京化学工业出版社，2009(2):07－11.

[4]王海荣.竖炉还原卡尔多炉熔炼渣的实验研究[J].中国有色冶金，2012(4):63－66.

[5]彭容秋.铜冶金[M].中南大学出版社，2004(12):15－19.

[6]颜志刚.江铜贵冶回转式精炼炉技术进步[J].铜业工程，2012(6):41－43.