透气砖技术及其在倾动式精炼炉上的应用:透气砖

　　摘要:介绍了透气砖技术,阐述了倾动炉使用透气砖的难点及解决方法,对比分析了使用透气砖所获得的工艺技术指标,总结了世界范围内首次在倾动炉上大规模使用透气砖对本行业所带来的深远影响。
　　关键词:倾动炉 透气砖
　　金川集团公司为了发展循环经济、进一步拓展原料市场,决定采用倾动式精炼炉（以下简称倾动炉）处理废杂铜。倾动炉是上世纪60年代由瑞士麦尔兹公司开发的．它综合了固定式反射炉和回转式精炼炉的优点,具有能耗低、自动化程度高、安全可靠等特点,是处理废杂铜的理想炉型,迄今国内外已有l0余家工厂采用该炉型进行废杂铜的精炼。为了进一步提高效率、降低能耗,金川公司结合自身的经验,希望在倾动炉上能使用透气砖。
　　1、透气砖技术
　　1.1 透气砖技术简介
　　透气砖是一种特殊的耐火材料,气体可以通过透气砖进入炉内,而炉内液体则不会漏出。使用时将透气砖砌筑在炉底,通过透气砖向炉内通入气体,达到搅动炉内熔体、优化传热与传质的目的。透气砖按气体通道的形式可分为三种:狭缝型、直通型和弥散性。狭缝型透气砖在制造过程中将镶嵌材料与耐火材料整体成型,经高温烧成,镶嵌材料受热熔化、挥发而形成狭缝,狭缝宽度一般为0.18mm,气体可以通过狭缝进入炉内,狭缝型透气砖的特点是制造工艺简单、价格低,其缺点是对于渗透性强的熔体来说,使用过程中易堵塞;直通型透气砖是将数量不等的钢管埋入砖中而制成,孔径一般为0.6～1.0mm,其特点是透气效果好、搅动强度大,缺点是后期易堵;弥散性透气砖是在制造过程中在砖内形成数量众多的贯通型微小气孔,其特点是气孔率高、气体分布和流动合理,其缺点是制造工艺复杂,价格昂贵。
　　透气砖技术在钢铁行业及铝工业中已经得到成功的应用,有色冶金中自金川公司2003年首次在回转阳极炉上使用透气砖后,目前国内已经有多家铜厂在回转阳极炉上使用了透气砖技术。透气砖系统包括控制柜、气体输送管道及透气砖本体三部分。控制柜由仪表控制系统和各种阀门组成,是专门用于控制透气砖系统运行的装置,透气砖的各种操作均通过控制站进行。气体进入控制站后,经过控制系统的设置和调节,由输送管道及透气砖本体进入炉内。为了避免因停气造成透气砖堵塞,一般采用双路供气,通常情况下,主气源为氮气,备用气源为压缩空气。
　　1.2 透气砖技术的优点
　　(1)提高效率,缩短单炉作业时间。由于气体搅动引起炉渣和金属熔体相对运动加快,炉渣和金属熔体之间层表面积增加,减小了边界层,提高了扩散反应速度,同时,由于采用氮气,使得炉内SO2、H2O、CO2分压降低,加速了系统达到平衡的时间,缩短了作业周期。一般情况下,使用透气砖后,作业周期缩短20～30%。(2)降低燃料消耗。由于气体的搅动,既优化了热量的传递,又使整个过程中炉内熔体的温度趋于一致,降低炉渣过热度。使用透气砖后燃料单耗下降30%左右。(3)减少炉结。在气体的连续搅动下,炉内熔体温度和成分均匀,不易形成死区,从而消除了炉内粘结。(4)提高产品质量。在气体搅动的作用下,增强过程的除杂效果,有效地提高了炉内温度和成分的均匀性,降低杂质元素的含量。(5)优化现场操作。在气体的搅动作用下,炉内浮渣从炉子两端向炉口处漂移,有利于炉渣的排出。
　　2、透气砖应用于倾动炉的难点
　　虽然透气砖在回转式精炼炉上已有广泛的应用,并且取得了良好的效果,但在倾动炉上应用较少,国内倾动炉没有使用透气砖,在国外也只有少量谨慎的应用,主要安装在炉子两个端墙附近,以防止炉子粘结。透气砖未能在倾动炉大规模应用的主要原因是:(1)透气砖的寿命。回转阳极炉的检修周期为一年左右,检修时可以对透气砖进行检查更换,而倾动炉只有到大修时才有可能对透气砖进行更换,要求透气砖的寿命要与炉底的寿命一致或超过炉底寿命,达到3～5年,这样才不会因为透气砖的寿命低于炉底寿命而被迫进行大修。(2)安全性。倾动炉的转动范围为-29°～+12°,而透气砖全部安装于炉底,一旦发生渗漏,无法将渗漏点转出熔体,导致大量铜漏出,造成严重事故。
　　3、倾动炉使用透气砖的必要性
　　由于金川公司是国内最早在阳极炉使用透气砖的单位,有许多成功应用的经验,对使用透气砖的优点有明确的认识。因此,计划在倾动炉上大规模使用透气砖,主要是基于以下几方面的考虑:(1)倾动炉原料主要以冷铜为主,加料时间及熔化速度决定了生产作业周期,要保证熔化速度,必须保证炉内有良好的传热、传质过程,透气砖的使用可以强化熔体的搅拌,优化炉内的传热和传质,实现高效熔化。(2)对于以冷铜为主要原料的倾动炉来说,燃料单耗将成为系统运行的重要指标,甚至会影响项目的正常运行,而透气砖系统可以大幅度降低炉子的燃料单耗。(3)由于倾动炉采用倒渣的出渣方式,炉内熔渣需汇集至渣口,因此,在设置透气砖的时候需考虑调节不同透气砖的流量,将熔渣向出渣口驱赶,便于倒渣。
　　4、透气砖技术在倾动炉上的应用
　　4.1 倾动炉透气砖系统的改进与优化
　　鉴于在倾动炉上使用透气砖对降低重油消耗、提高产品质量等方面具有突出的效果,因此在每台倾动炉上使用了10块透气砖,并对透气砖系统进行了特殊的设计,以解决存在的问题:(1)增加了透气砖的冷却系统。与原来的透气砖相比,倾动炉用透气砖专门增加了空气冷却系统,冷却空气通过冷却管道进入透气砖内,对砖体进行冷却后由透气砖尾部排出炉外;(2)设计了透气砖测温系统,可以连续监控透气砖砖体的腐蚀情况;(3)采用了“单个透气砖管道直出直进,在炉壳外部与供气总管碰头,顺炉底走到端部”的整体管路布局,既有利于布管和维护,又便于防止渗漏。通过对透气砖系统的特殊设计,加强了透气砖的冷却,使透气砖砖体始终处于被冷却状态,一方面避免了渗铜泄漏的问题,另一方面也可降低透气砖的高温损耗,提高透气砖的使用寿命。测温系统的使用,提高了透气砖使用的安全性。
　　4.2 倾动炉透气砖的布置
　　每台倾动炉配置了10块透气砖,分布原则是既保证炉内熔体的充分搅动,又要保证在出渣时熔渣向渣口汇聚,具体见图1。