轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼熱應(yīng)力損耗

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爐膛內(nèi)溫度會有較大幅度降低，短時間內(nèi)降到400—700 度，劇烈的溫度變化對耐火材料產(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、新的裂紋產(chǎn)生，進而導(dǎo)致耐火材料磚體內(nèi)部結(jié)合強度降低，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其性能之間的差異，在實驗室進行了常規(guī)的急冷熱震實驗和緩冷熱震實驗。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，對耐火材料樣品進行壓力- 位移的測試，觀測其耐壓強度的變化，此過程中耐火材料所承受的溫度變化較劇烈，為急冷熱震實驗。

將耐火材料的隨爐緩冷熱震實驗則將耐火材料在 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，最后對耐火材料試樣進行壓力- 位移的測試，為緩冷熱震實驗，來對比考察不同耐火材料的單純抗熱震性能差異。通過熱震實驗，結(jié)合生產(chǎn)實踐，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)姸扔绊?/h3>

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)熱震實驗篩選出4種抗熱震性能較好的鎂鉻磚耐火磚，進一步進行先經(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度數(shù)據(jù)及顯微鏡照片對比分析，侵蝕和熱震的先后順序不同，基本不影響對材料性能的定性判斷。

轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼對不同初始強度的影響

初始耐壓強度高的耐火材料，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度與初始耐壓強度低的耐火材料相當(dāng)，這與預(yù)測有較大差距；分析認為，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度時，材料就會被破壞，從而產(chǎn)生新的裂紋。材料中的微裂紋破裂時存在明顯的動力擴展，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)侵蝕實驗中，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試耐壓強度時，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，提高其耐壓強度，顯示為壓力耐壓強度損失率較小。但在實際生產(chǎn)中氣孔率高，一方面渣及冰銅、粗銅熔體的滲透變的嚴重，熔體的侵蝕加劇，另一方面，氣孔率高造成材料的強度下降，受到渣蝕后更易加劇綜合使用性能下降，實際使用中，期孔率低，初始耐壓強度大的耐火磚使用壽命明顯強于初始耐壓強度低的耐火磚，因此，選擇耐火磚氣孔率和耐壓強度等參數(shù)時，需要綜合評估 。

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）兩種類型的儀器進行使用后的轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼磚進行顯微結(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)。

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整個爐壽命的關(guān)鍵，也成為提高生產(chǎn)效率和提升經(jīng)濟效益的價值的關(guān)鍵。主要通過對轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼磚消耗的原因進行了深入研究，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)爐風(fēng)眼磚由外力造成的損耗對風(fēng)眼壽命有較大影響，個別情況，由于對局部風(fēng)眼磚損耗過大，會造成突發(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)眼釬子擊打的機械損傷、熔體激烈攪動造成的沖刷外力損耗，另外，由于實際生產(chǎn)過程中加入固體物料對風(fēng)眼的撞擊損壞也不可忽視，特別是大塊物料加入，對爐內(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。減小外力沖擊，提高風(fēng)口磚壽命的另外一個途徑是優(yōu)化爐體設(shè)計。

（1）銅冶煉爐用鎂鉻質(zhì)耐火磚的損毀由以下一些單個過程來描述，熔體的化學(xué)溶蝕、熔池交替運動引起的磨損和熱應(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)力的存在會使得溶蝕、滲透進一步加劇，最終在溫度、機械力引起的應(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，以及性價比，不用過于追求高強度、高致密性，對于轉(zhuǎn)爐風(fēng)口磚，

含鉻在22% 左右較為理想。

（3）通過調(diào)整熔劑改變渣的成分，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；同時，大批量冷料的加，不僅會因為外部機械沖擊損壞耐火磚，而且也會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)眼機在是一項較為成熟的機械設(shè)備，在國內(nèi)很多單位已經(jīng)使用。在設(shè)計上不會存在很大的缺陷，因此，將著重在安裝精度和部分零件上進行分析和改造。

捅風(fēng)眼機確定轉(zhuǎn)爐的吹煉角度

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

捅風(fēng)眼機捅風(fēng)眼機故障分析

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)管中平行進出。鋼釬勢必會對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)眼座之間螺絲松動等故障；

⑵ 在捅風(fēng)眼的過程中，沒有對準風(fēng)眼而捅出鋼釬的現(xiàn)象存在，因為熱傳遞，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 鋼釬對準了風(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)眼機不能正常工作 。

經(jīng)過4 年的實際應(yīng)用，捅風(fēng)眼機正常工作，減少爐后工8 人，僅此一項每年就可以節(jié)約人工工資24萬元。3 臺閑置設(shè)備共計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強度，沒有發(fā)生燙傷事故，恢復(fù)了捅風(fēng)眼機的功能，提高了生產(chǎn)效率 。2100433B

機械捅風(fēng)眼機在國內(nèi)采用轉(zhuǎn)爐吹煉工藝的大部分冶煉廠均已成功使用，實現(xiàn)了降低員工勞動強度、縮短吹煉時間、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，機械式捅風(fēng)眼機就無法正常使用，需要人工操作，員工勞動強度大，燙傷事故頻發(fā)，為了防止燙傷事故的發(fā)生，員工要穿戴十分笨重的勞動防護用品，夏季高溫天氣常有人中暑。

為了解決上述問題，需要對機械捅風(fēng)眼機進行技術(shù)改造 。