[科普中国]-渣贫化电炉

简介

沈冶改造采用世界先进的诺兰达炉熔炼铜精矿，生产高品位冰铜。诺兰达炉渣含铜高(5%)，需要对炉渣进行处理，回收渣中有价金属，提高铜的回收率。根据沈冶实际情况，工艺选定了贫化电炉处理熔炼渣1。

炉型确定渣贫化电炉可为圆形、长方形或椭圆型。圆形电炉电力集中、电极对熔体搅动好、炉体热膨胀均匀、但从进渣到出渣行程短、炉渣在炉内停留时间短、弃渣含铜偏高。长方形或椭圆型电炉炉渣在炉内行程相对较长，炉渣停留时间长、渣铜分离更为完全、弃渣含铜一般较低，但需妥善解决炉子的热膨胀不均的问题。根据国外的生产实践，国内长方形贫化电炉生产经验及长方形电炉的特点，考虑现场配置的需要，确定沈冶渣贫化电炉为椭圆型。

主要参数选择(1)主要电气参数计算

贫化电炉电气参数包括炉用变压器额定功率、二次侧电压、二次侧最大电流等。由于贫化电炉渣型不同于矿热电炉，根据实践经验，其工作电压不能像矿热电炉那么高。为使贫化电炉对物料和操作有波动时具有适应性，炉用变压器二次侧电压取为80-200V，其中二次侧额定功率最低电压取120V。

(2)按炉底负荷强度验定炉床尺寸

炉底负荷强度是贫化电炉的一个重要参数，正确选择这个参数关系贫化电炉的安全正常生产和技术经济合理性。这个参数选取值偏高，就是说炉底面积小了，炉墙与电极距离偏小，流动着的高温炉渣对炉墙侵蚀、冲刷严重，炉衬寿命短，容易引起跑铜跑渣事故，影响炉子正常生产，同时炉子小了，炉子处理能力也上不去。反之，如果选取值偏低，炉底面积太大，电极与炉墙距离偏大，炉墙区域的熔炼温度可能达不到，造成还原剂与炉渣作用不完全，有价金属没有进人冰铜层而随着炉渣放出流失，同时，炉子太大，也增加了设备的投资和运行费用。国内外一些厂家经过生产实践，逐渐掌握了不同熔炼渣贫化电炉炉底负荷强度的最佳值。

金川在生产中发现转炉渣贫化电炉炉底负荷强度太高，对原有的三台贫化电炉先后进行了技术改造，扩大了炉膛面积，改造效果非常明显:改造前贫化电炉平均每半年检修一次，改造后平均每年检修一次，炉体使用寿命延长，同时增大了处理能力，渣含有价金属降低，提高了金属回收率，也降低了电单耗，满足了与主体设备生产连续配套2。

贫化电炉炉体主要结构设计该贫化电炉炉体外形长16.7m，宽9.7m，高6.0m。主要结构特点如下:

采用钢性骨架此炉熔炼温度高达1300-1350℃，炉体自重1000t，炉内熔体近900t。在这样的条件下，为了保证炉体的稳定性和整体性，炉子钢骨架必须具有足够的强度和刚度。贫化电炉钢骨架有弹性骨架和钢性骨架两种形式。弹性骨架是采用拉杆、弹簧拉紧侧立柱以夹紧炉体，可以通过调节弹簧来适应炉子的热胀冷缩变化，这种结构普遍应用在大型长方形电炉上。钢性骨架就是底梁、侧立柱、炉顶横梁用螺栓连成一体或焊死在一起的钢骨架，热膨胀靠砖体中预留的膨胀缝和砖体四周的耐火纤维和填料来吸收。这种结构简单可靠，电热前床和贵溪贫化电炉都属这种形式。根据沈冶贫化电炉为椭圆型的特点，采用了钢性骨架形式。炉壳采用30mm厚钢板卷制成两个半圆，分别与直段炉壳焊接，炉壳外表焊有加固圈梁和立筋。用螺栓连接底梁、侧立柱、炉顶横梁而成的骨架紧夹着炉体，以满足贫化电炉在生产中保持良好整体性，延长炉子的使用寿命。

炉顶结构设计该炉炉顶特点是跨度大(6.6m)，是国内电炉中跨度最大的，孔洞多，长期经受炉内高温熔体的热辐射和高温烟气冲刷，炉内不形成料坡，炉顶工作条件比矿热电炉差。为了满足日益严格的环保要求，需改善炉顶操作环境，消除烟气低空污染，还要求炉顶有很好的密封性。为设计满足这些特点的炉顶，对炉顶的几种结构形式进行了比较。炉顶可能的结构形式有:砌砖;浇注料炉顶H型水冷钢梁，梁之间浇注耐火浇注料炉顶。因孔洞多、跨度大，又为椭圆型，砌砖形式一个是结构复杂，两个半圆部分不好处理，另一个是如果砌砖不吊挂不安全，如果采用砖吊挂，极易因为炉顶温度波动使砖缝增大而漏风。近年来，不定形耐火材料发展迅猛，在工业上应用日益增多，国内外许多厂家对炉顶采用过多种耐热混凝土进行改造，积累了很多实践经验。发现优质高铝浇注料用低水泥作结合剂在贫化电炉炉顶上应用效果非常好，不仅结构简单，施工方便快捷，密封性好，而且使用寿命可达3年以上。有些厂家采用H型水冷钢梁，梁之间浇注耐火浇注料，使用效果更佳。H型梁通水不仅冷却梁之间的浇注料，降低浇注料温度，延长浇注料使用寿命，H型梁和梁上设置的锚固结构还承受了浇注料的全部重量。所以选用H型水冷钢梁，梁之间浇注耐火浇注料炉顶形式。针对某些炉子，在烘炉生产过程中，因为H型梁承受全部浇注料重量，梁下部温度较高而发生的H型梁中部下挠达50mm，水溢出使耐火砖墙受潮的问题，对这种结构进行了以下完善改进:一是将炉顶浇注料重量通过锚固砖吊挂装置全部吊挂在炉顶横梁和横梁之间的小梁上，使H型钢梁不承受浇注料重量;二是对H型钢梁进行了预弯曲，即将H型梁的侧部钢板下部做成圆弧状，矢高30mm，这样当H型钢梁受热时，不会因为膨胀而下挠。

这种炉顶的另一个特点是H型钢梁用螺栓与同侧立柱的横梁连接，H型梁自重由这些横梁承担。这样整个炉顶全部重量都由炉子的钢性骨架承担，而不压在炉墙上，为检修炉墙提供了方便。贫化电炉用电为三相交流电，为了隔磁，电极周围的6根“H"型水冷梁侧板采用不锈钢板，电极周围的6根炉顶横梁都在中心处断开，用不锈钢板搭接。

炉衬设计根据炉衬不同部位耐火材料工作条件不一样的特点，在易损部位采用高档直接结合镁铬砖，在其它部位采用镁砖和粘土砖砌筑，以保证炉子使用寿命前提下，减少基建投资。炉衬包括炉底和炉墙。

(1)炉底结构设计

贫化电炉炉内装有高温熔渣近900 t,从渣中分离出来的冰铜直接接触炉底。炉底结构如果处理不好，极易发生从炉底漏铜事故。根据金川、磐石电炉生产经验，结合闪速炉沉淀池底结构，设计沈冶渣贫化电炉炉底为平砌9层粘土砖后立砌两层反拱镁砖结构，镁砖反拱用镁砂捣打料找弧，炉底厚度1500 mm。由于粘土砖是湿砌的，砌完后，必须将粘土砖烘干，再进行捣打料施工和砌筑镁砖反拱，以防止在开炉升温过程，湿砌的粘土砖砌体中的水份蒸发上升至镁砖反拱，使镁砖受潮发生水解而粉化。镁砖反拱与侧墙、端墙联结部位，采用耐火砖错台的方式加厚了炉墙，消除了通缝，以避免在生产过程中产生裂缝而漏炉。

(2)炉墙结构设计

炉墙砖体是电炉的易损部位，为使炉墙内表面形成均匀挂渣保护，延长炉墙使用寿命，一方面选用优质砖，另一方面在此部位设计了不同形状的铸造铜水套对砖体进行强制冷却。铜水套布置9层，为每隔一块砖厚布置一层，砖与铜水套接合面采用湿砌，以防渗漏。共使用铸造铜水套245块，重63 t。铸造铜水套与轧制铜板钻孔水套相比，制造简单、价格便宜，但导热系数稍低。通过改进衬砖方式，铸造铜水套可以强制冷却炉墙，使炉墙内表面挂渣均匀。这方面已有实践经验:过去设计电炉炉墙，通过设计铜水套里面衬砖30mm，炉子生产半年后发现里面 230mm衬砖被侵蚀2/3，余下部分靠挂渣维持生产，后来把铜水套里面衬砖改成115 mm，由于热阻减少到原来的1/2，铸造铜水套对衬砖冷却加强，炉墙内表面挂渣保护很好，炉子寿命大大提高。这次炉墙设计利用造铜水套，采用后一种方式衬砖，既节省投资又可收到好的效果。炉墙上的各放出口也采用水冷技术。根据各放出口频繁放铜或放渣的工作条件，设计每个放出口由三或四块轧制铜板钻孔水套组成，其中一块嵌于炉内，强化冷却放出口周围的砖体。这种放出口结构简单，便于操作，易于更换石墨衬套。铜水套冷却水使用0.25-0.35 MPa压力软化水，炉体耗水量350 t/h。在耐火材料选用上，渣线以下炉墙内层采用耐侵蚀、导热性好的高档直接结合镁铬砖，渣线以上炉墙内层用镁砖砌筑，炉墙外层因为不接触熔渣和烟气工作温度较低而选用耐火粘土砖砌筑。炉墙最外层留有53mm厚填料层吸收砌体的热膨胀。因为炉子为椭圆型，又采用了铜水套冷却，参照闪速炉经验，设计炉墙厚度为630 mm，比国内大小相近的贫化电炉和矿热电炉炉墙薄100-200 mm，节省了材料，降低了投资3。