轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼

轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼磚耐火磚選擇

銅冶煉轉(zhuǎn)爐風(fēng)口區(qū)，正常的工作溫度比較高，在1200度以上，但停風(fēng)特別是加冷料和出料時(shí)爐膛內(nèi)溫度會(huì)有較大幅度降低，短時(shí)間內(nèi)降到400—700 度，劇烈的溫度變化對(duì)耐火材料產(chǎn)生熱震作用，并且由于熱震的作用，致使磚體內(nèi)部原有微小裂紋生長(zhǎng)、新的裂紋產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致耐火材料磚體內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度降低，特別在高溫熔體侵蝕、沖刷作用下，磚體表層脫落、崩裂加劇，加速其損毀。

為了研究不同耐火材料在受到單純熱震作用時(shí)其性能之間的差異，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了常規(guī)的急冷熱震實(shí)驗(yàn)和緩冷熱震實(shí)驗(yàn)。即將耐火材料于 1400℃下保溫，之后從馬弗爐中取出在常溫空氣氣氛中急冷，之后再將其置于馬弗爐中加熱、保溫、取出空冷，上述過程重復(fù)數(shù)次后，對(duì)耐火材料樣品進(jìn)行壓力- 位移的測(cè)試，觀測(cè)其耐壓強(qiáng)度的變化，此過程中耐火材料所承受的溫度變化較劇烈，為急冷熱震實(shí)驗(yàn)。

將耐火材料的隨爐緩冷熱震實(shí)驗(yàn)則將耐火材料在 1400℃下保溫后，關(guān)閉加熱電源，使其隨爐緩冷，之后再重新升溫至 1400℃、保溫、冷卻，重復(fù)上述過程數(shù)次，最后對(duì)耐火材料試樣進(jìn)行壓力- 位移的測(cè)試，為緩冷熱震實(shí)驗(yàn)，來對(duì)比考察不同耐火材料的單純抗熱震性能差異。通過熱震實(shí)驗(yàn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，鎂鉻磚耐火磚更加適合用于轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼磚。

轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼先后次序?qū)?qiáng)度影響

由于在轉(zhuǎn)爐風(fēng)口區(qū)，耐火材料不僅受溫度的變化影響，也受到熔體特別是渣的侵蝕作用。為了研究不同耐火磚在銅轉(zhuǎn)爐工況下的熱應(yīng)力產(chǎn)生損耗情況，根據(jù)熱震實(shí)驗(yàn)篩選出4種抗熱震性能較好的鎂鉻磚耐火磚，進(jìn)一步進(jìn)行先經(jīng)歷熱震后經(jīng)歷靜態(tài)侵蝕和先經(jīng)歷靜態(tài)侵蝕后經(jīng)歷熱震研究。從耐火材料經(jīng)歷熱震和侵蝕兩種因素交互作用后的耐壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)及顯微鏡照片對(duì)比分析，侵蝕和熱震的先后順序不同，基本不影響對(duì)材料性能的定性判斷。

轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼對(duì)不同初始強(qiáng)度的影響

初始耐壓強(qiáng)度高的耐火材料，損失率較高，造成鉻含量高的鎂鉻磚經(jīng)歷熱震和侵蝕兩種因素交互作用后的耐壓強(qiáng)度與初始耐壓強(qiáng)度低的耐火材料相當(dāng)，這與預(yù)測(cè)有較大差距；分析認(rèn)為，耐火材料受到熱震作用產(chǎn)生的熱應(yīng)力超過材料的極限抗張強(qiáng)度時(shí)，材料就會(huì)被破壞，從而產(chǎn)生新的裂紋。材料中的微裂紋破裂時(shí)存在明顯的動(dòng)力擴(kuò)展，而氣孔特別是材料內(nèi)部原有的封閉氣孔可以阻礙裂紋的擴(kuò)展。若材料的氣孔率高，則成核裂紋密度增大而裂紋平均尺寸變小，有利于提高材料的抗熱震性。但孔隙率較高，在靜態(tài)侵蝕實(shí)驗(yàn)中，熔體通過表面形成的熱震裂紋能夠更深入的滲透至磚體內(nèi)部，從而在常壓條件下測(cè)試耐壓強(qiáng)度時(shí)，該部分填入磚體內(nèi)部孔隙的冷凝熔體起到了類似粘結(jié)劑的作用，提高其耐壓強(qiáng)度，顯示為壓力耐壓強(qiáng)度損失率較小。但在實(shí)際生產(chǎn)中氣孔率高，一方面渣及冰銅、粗銅熔體的滲透變的嚴(yán)重，熔體的侵蝕加劇，另一方面，氣孔率高造成材料的強(qiáng)度下降，受到渣蝕后更易加劇綜合使用性能下降，實(shí)際使用中，期孔率低，初始耐壓強(qiáng)度大的耐火磚使用壽命明顯強(qiáng)于初始耐壓強(qiáng)度低的耐火磚，因此，選擇耐火磚氣孔率和耐壓強(qiáng)度等參數(shù)時(shí)，需要綜合評(píng)估 。

轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼磚由外力造成的損耗對(duì)風(fēng)眼壽命有較大影響，個(gè)別情況，由于對(duì)局部風(fēng)眼磚損耗過大，會(huì)造成突發(fā)性漏銅等事故發(fā)生，應(yīng)引起足夠重視，分析造成損耗的主要來源包括捅風(fēng)眼釬子擊打的機(jī)械損傷、熔體激烈攪動(dòng)造成的沖刷外力損耗，另外，由于實(shí)際生產(chǎn)過程中加入固體物料對(duì)風(fēng)眼的撞擊損壞也不可忽視，特別是大塊物料加入，對(duì)爐內(nèi)耐火磚損害極大，包括日本東予等多家冶煉廠已停止向轉(zhuǎn)爐加入大塊冷銅物料，取得了風(fēng)口磚壽命超過300 爐的好成績(jī)。減小外力沖擊，提高風(fēng)口磚壽命的另外一個(gè)途徑是優(yōu)化爐體設(shè)計(jì)。

全球近80% 以上的礦產(chǎn)粗銅都是通過轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)的，轉(zhuǎn)爐正在向著大型化、智能化、高強(qiáng)度、低污染方向快速發(fā)展。吹煉過程中，轉(zhuǎn)爐爐磚整體壽命超過1000 爐次，但風(fēng)眼磚爐磚壽命普遍較低，國內(nèi)平均水平在200 爐次左右，提高轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼區(qū)域耐火材料使用壽命是延長(zhǎng)整個(gè)爐壽命的關(guān)鍵，也成為提高生產(chǎn)效率和提升經(jīng)濟(jì)效益的價(jià)值的關(guān)鍵。主要通過對(duì)轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼磚消耗的原因進(jìn)行了深入研究，尋找提高轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼磚壽命的途徑。

轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼磚襯消耗主要來自三種因素的影響，即熱應(yīng)力、化學(xué)侵蝕和外力損耗 。

轉(zhuǎn)爐中主要的介質(zhì)包括轉(zhuǎn)爐渣、冰銅和粗銅，采用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡 / 能譜儀（SEM/EDS）兩種類型的儀器進(jìn)行使用后的轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼磚進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，冰銅和粗銅未與風(fēng)眼磚發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，僅僅是滲透到風(fēng)眼磚之中，沒有發(fā)生化學(xué)侵蝕。

風(fēng)眼磚的化學(xué)溶蝕主要是轉(zhuǎn)爐渣造成，轉(zhuǎn)爐渣中的硅酸鹽渣和磚體中方鎂石發(fā)生反應(yīng)、溶蝕，造成磚中基質(zhì)減少，雖然磚體尖晶石耐溶蝕性能較好，但磚體中方鎂石溶蝕后，大顆粒尖晶石被孤立、脫落，使得耐火材料表面減薄，進(jìn)而露出新的反應(yīng)或溶蝕表面，從而引起耐火材料均勻的厚度減薄。

進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)爐渣的滲透較弱，硅酸鹽主要出現(xiàn)在距離風(fēng)眼磚熱工作面較近的 2~4cm 處，而冰銅的滲透甚為強(qiáng)烈，其滲透深度甚至超過10cm，在工作面和內(nèi)部磚體之間均有宏觀裂紋的出現(xiàn)。

（1）銅冶煉爐用鎂鉻質(zhì)耐火磚的損毀由以下一些單個(gè)過程來描述，熔體的化學(xué)溶蝕、熔池交替運(yùn)動(dòng)引起的磨損和熱應(yīng)力引起的掉片和剝落?；瘜W(xué)溶蝕特別是硅酸鹽渣的溶蝕使得耐火材料表面均勻減薄，進(jìn)而露出新的反應(yīng)或溶蝕表面。銅锍及粗銅的滲透深度較深，但未與耐火材料發(fā)生明顯化學(xué)反應(yīng)，但可能會(huì)在滲入部位產(chǎn)生應(yīng)力敏感區(qū)。而熱震所引起的應(yīng)力的存在會(huì)使得溶蝕、滲透進(jìn)一步加劇，最終在溫度、機(jī)械力引起的應(yīng)力和滲透的共同作用下引起剝片或剝落形式的耐火材料損毀。

（2）高含鉻、高耐壓強(qiáng)度耐火磚經(jīng)歷熱震和侵蝕兩種因素交互作用后的耐壓強(qiáng)度損失率較高，因此在耐火材料選擇上應(yīng)當(dāng)綜合考慮耐火材料的結(jié)構(gòu)致密性和抗熱震性，以及性價(jià)比，不用過于追求高強(qiáng)度、高致密性，對(duì)于轉(zhuǎn)爐風(fēng)口磚，

含鉻在22% 左右較為理想。

（3）通過調(diào)整熔劑改變?cè)某煞?，減少與耐火磚中方鎂石發(fā)生反應(yīng)、溶蝕是減少轉(zhuǎn)爐操作中化學(xué)侵蝕的有效途徑。

（4）溫度變化產(chǎn)生的熱震作用，是磚體內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，外表層產(chǎn)生脫落、崩裂，加速其損耗的主要原因，應(yīng)當(dāng)通過均衡生產(chǎn)等方式減少溫度劇烈波動(dòng)；同時(shí)，大批量冷料的加，不僅會(huì)因?yàn)橥獠繖C(jī)械沖擊損壞耐火磚，而且也會(huì)引起溫度的劇烈變化，減少耐火磚壽命，建議減小加入物料的塊度和瞬時(shí)加入量，國內(nèi)外多家轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)企業(yè)通過少加，甚至不加大塊冷銅，在提高轉(zhuǎn)爐風(fēng)口磚壽命方面取得明顯成效，值得借鑒 。

捅風(fēng)眼機(jī)在是一項(xiàng)較為成熟的機(jī)械設(shè)備，在國內(nèi)很多單位已經(jīng)使用。在設(shè)計(jì)上不會(huì)存在很大的缺陷，因此，將著重在安裝精度和部分零件上進(jìn)行分析和改造。

捅風(fēng)眼機(jī)確定轉(zhuǎn)爐的吹煉角度

轉(zhuǎn)爐供風(fēng)系統(tǒng)一般由鼓風(fēng)機(jī)、主風(fēng)管、快速閘門、活動(dòng)接頭、三角風(fēng)箱、U型風(fēng)管、支風(fēng)管和彈子室等部分組成。在實(shí)際操作中，經(jīng)過多次的測(cè)量和試驗(yàn)，確定了轉(zhuǎn)爐最佳吹煉角度為水平夾角8°。而現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械捅風(fēng)眼機(jī)的設(shè)計(jì)角度是水平夾角4°30'。這樣轉(zhuǎn)爐的吹煉角度與捅風(fēng)眼機(jī)的工作角度不在一個(gè)軸線上，導(dǎo)致捅風(fēng)眼機(jī)無法正常使用，這就是技術(shù)改造的關(guān)鍵點(diǎn)。

捅風(fēng)眼機(jī)捅風(fēng)眼機(jī)故障分析

在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，為保證吹煉作業(yè)正常所需的風(fēng)量，前提條件是要保證送風(fēng)面積，風(fēng)眼要有足夠的供風(fēng)量，捅風(fēng)眼機(jī)的作用就是要用鋼釬將粘結(jié)在風(fēng)眼附近的粘結(jié)物清理掉。

⑴ 如果鋼釬與直風(fēng)管之間存在夾角，很難保證鋼釬順暢通過彈子室，在直風(fēng)管中平行進(jìn)出。鋼釬勢(shì)必會(huì)對(duì)彈子室有一種垂直或水平方向的作用力。由于這種作用力經(jīng)常性的存在，彈子室與風(fēng)眼座之間螺絲松動(dòng)等故障；

⑵ 在捅風(fēng)眼的過程中，沒有對(duì)準(zhǔn)風(fēng)眼而捅出鋼釬的現(xiàn)象存在，因?yàn)闊醾鬟f，鋼釬在工作過程中本身帶有較高的溫度，剛性減弱，在捅到彈子室壓蓋或其它部位，容易使鋼釬彎曲或折斷；

⑶ 鋼釬對(duì)準(zhǔn)了風(fēng)眼，但是在和彈子室接觸的過程中，由于接觸不良導(dǎo)致鋼釬滑出。

以上3 種原因均能引起捅風(fēng)眼機(jī)不能正常工作 。

經(jīng)過4 年的實(shí)際應(yīng)用，捅風(fēng)眼機(jī)正常工作，減少爐后工8 人，僅此一項(xiàng)每年就可以節(jié)約人工工資24萬元。3 臺(tái)閑置設(shè)備共計(jì)16.5 萬元。穩(wěn)定了轉(zhuǎn)爐吹煉工藝，每班可多投冷料3 t，提高了水淬高冰鎳的產(chǎn)量。基本結(jié)束了人工通風(fēng)眼作業(yè)，極大的降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，沒有發(fā)生燙傷事故，恢復(fù)了捅風(fēng)眼機(jī)的功能，提高了生產(chǎn)效率 。2100433B

機(jī)械捅風(fēng)眼機(jī)在國內(nèi)采用轉(zhuǎn)爐吹煉工藝的大部分冶煉廠均已成功使用，實(shí)現(xiàn)了降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短吹煉時(shí)間、提高產(chǎn)品合格率的目的，保證連續(xù)高效地向轉(zhuǎn)爐供風(fēng)。

眾鑫冶煉廠自2007 年5 月投產(chǎn)以來，機(jī)械式捅風(fēng)眼機(jī)就無法正常使用，需要人工操作，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大，燙傷事故頻發(fā)，為了防止?fàn)C傷事故的發(fā)生，員工要穿戴十分笨重的勞動(dòng)防護(hù)用品，夏季高溫天氣常有人中暑。

為了解決上述問題，需要對(duì)機(jī)械捅風(fēng)眼機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造 。