沉降电炉问题分析及改造设想

曹 斌

（凉山矿业股份有限公司昆鹏公司，四川 会理 615100）

1 沉降电炉设备概况及现状

铜冶炼工艺的核心技术从澳大利亚引进，采用艾萨炉富氧顶吹浸没熔炼熔池工艺，熔炼时需要富氧空气通过喷枪鼓入熔池，这样的工艺具有较强的适应性及高效性，但缺点就是产生的炉渣中含铜量较高，所以贫化沉降电炉工序至关重要，通过借助插入熔体中的电极产生的电阻热、电弧热，对艾萨排出的铜渣混合物进行保温、澄清、分离，以达到铜、渣分离的目的。目前，昆鹏公司沉降电炉使用10年，但现在已满目疮痍，有太多的问题都需要在电炉大修（15年）时才能彻底完成处理，为满足沉降电炉后续5年正常使用，需要对电炉的故障问题进行改造，具体故障问题及改进设想如下。

2 沉降电炉炉顶变形

处理电炉炉顶变形需要分三个步骤走：第一步每天定期测量炉顶变化，观察电炉炉顶变化；第二步加高H型梁，加大H型梁通水量，确保H型梁的循环冷却效果；如果电炉炉顶变形得不到控制，变形继续加大就需要进行第三步处理：更换电炉炉顶7#、8#H型梁下层预埋冷却水循环管道，并修复下层填充的浇注料。

2.1 沉降电炉炉顶变形现状

目前，电炉炉顶7#、8#H型梁因下层填充的浇注料掉落，导致H型梁下层预埋的循环冷却水管道裸露炉内，目前管道已损坏出现漏水，水落入电炉内遇到冰铜会发生爆炸，存在重大安全隐患。现已临时将循环冷却水管道冷却方式由水循环冷却改为了风循环冷却，风循环冷却效果较差，现需及时恢复H型梁通水冷却，以确保H型梁的循环冷却效果，降低炉顶温度，防止电炉炉顶变形恶化。

2.2 处理沉降电炉炉顶H型梁变形改进设想

将电炉炉顶1#-10#共10根H型梁进行加高,以确保H型梁的循环冷却效果，降低炉顶温度，防止电炉炉顶变形。①H型梁采用δ20mm钢板焊接两侧面板进行加高，以H型梁端头加高200mm为基础，加高后确保H型梁两侧面板顶部水平；H型梁侧面加高钢板焊接要求为：侧面内侧焊缝需满焊，要求通水实验试漏；侧面外侧焊缝按每间隔100mm焊接30mm间断焊接。②侧面加高后，在炉顶横梁及H型梁侧面对应位置焊接吊挂吊耳，采用花篮螺栓将H型梁吊挂于电炉炉顶横梁上。

2.3 更换沉降电炉炉顶H型梁底部冷却水管改进设想

更换电炉炉顶7#、8#H型梁下层预埋冷却水循环管道，并修复下层填充的浇注料，以确保H型梁的循环冷却效果，降低炉顶温度，防止电炉炉顶变形。①将H型梁上层采用12#槽钢进行焊接固定，沿H型梁长度方向选择3-4处固定H型梁两侧竖板，确保需处理H型梁切割中层筋板时不发生变形和位移，以防止炉顶整体结构受损。②将H型梁上层冷却水关闭，待梁内水汽烘干后清除梁内积渣，切割中层筋板并拆除下层循环冷却水管、浇筑料。③提前采用6mm钢板和φ16mm钢筋预制H型梁下层吊挂浇筑支撑件，并在H型梁中层筋板切割后进行安装，安装后6mm支撑板与H型梁下层内壁进行间断焊接增加强度，φ16mm吊挂杆与循环水管支撑架焊接。④浇筑支撑件安装好后，焊接H型梁下层预埋循环冷却水管支撑架；支撑架采用φ16mm钢筋制作，焊接到H型梁下层内壁竖直方向中间位置用于支撑预埋的循环冷却水管。⑤浇筑支撑件和循环水管支撑架完成后，铺设循环冷却水管，采用φ40＊6mm不锈钢管制作，应尽量减少循环冷却水管焊接接缝确保管道承压能力和强度（焊接完成后需对管道进行水压试验测漏并做好试验记录），测量好进口、出口与金属软管接头螺纹确保密封效果。⑥梁下层循环水管铺设完成后，采用钢纤维增强浇注料浇筑填充修复下层浇筑料。⑦待浇筑的钢纤维增强浇注料硬化后，采用22mm钢板焊接恢复H型梁中间筋板，满焊焊缝以确保H型梁上层循环水不渗漏。⑧修复后需对H型梁下层循环冷却水和上层循环冷却水进行通水检测，确保循环水流量、压力，循环水不泄漏。

3 电炉冻结层较高

3.1 电炉冻结层较高现状及原因分析

昆鹏公司试生产以来，由于受市场原料影响，同时生产组织一直采用间断性生产，停产保温时间长，保温过程电炉功率使用偏高，负压控制较大，大量冷空气进入炉内，形成大量磁性铁，造成电炉冻结层快速增长。电炉冻结层形成的主要原因为电炉渣中Fe3O4析出富集于炉底形成冻结层。

3.2 处理电炉冻结层高的改进设想

电炉冻结层的处理磁性铁的还原反应方程如下：3Fe3O4+FeS=10FeO+SO2，该反应在1400℃以上才能进行。3Fe3O4+FeS+5SiO2=5（2FeO·SiO2）+SO2，由 于 SiO2的存在，该反应在1100℃下就能进行造渣反应。可见SiO2是Fe3O4破坏的必要条件，往电炉内通入石英砂可达到降低电炉冻结层的目的。①处理冻结层之喷砂罐改造设想：因直接使用人工往电炉内加沙工作量较大且石英砂不能喷至冻结层，还需新增一套喷砂罐，喷砂罐气源采用0.5MPa惰性气体氮气，喷砂罐与喷砂枪采用喷砂软管连接，喷砂枪端部2m使用310s不锈钢钢管，其余3m材料采用Q235普通钢管。往喷吹罐内装入6m³石英砂及还原煤的混合物，使用DN32喷砂枪鼓入电炉冻结层处，可实现30分钟连续喷入。②处理冻结层之石英砂干燥改造设想：新购石英砂存在潮湿问题，会导致喷吹罐底部堵塞，无法满足连续往电炉内通入石英砂，可操作性较差，收集电炉高温烟气，将高温烟气与石英砂混合，再增设离心通风机、旋风除尘器、皮带运输机来实现干燥石英砂的作用，使用后的烟气再进入工艺烟气管路，实现烟气热量的二次回收。③处理冻结层之电炉炉顶增加油枪孔改造设想：目前电炉炉顶油枪孔个数较少，使用电炉喷砂枪往电炉内通入石英砂搅动范围无法覆盖整个电炉炉底冻结层，无法彻底降低电炉冻结层，需结合电炉炉顶结构、搅动范围考虑，在电炉炉顶开孔。但电炉炉顶已使用多年，顶部各位置的厚度以及内部结构不清楚，因此，施工时，操作人员切记不能直接站在炉盖上，以防钻孔过程中发生意外。

4 结语

如果电炉炉顶每班认真做好监测H型梁内的通水情况，通过调控冷却水流量，保证炉顶冷却良好，就不会出现H型梁变形问题；如果每班做好电炉冻结层的测量工作，通过调控炉内温度等措施就可以保证电炉冻结层不会升高。电炉这些问题其实都可以杜绝的，但是因无相关管理人员去管理、监督，设备管理工作应该具有先见性，通过开展设备技能培训、完善设备管理制度，才能保证设备有序正常运行。