闪速炉的结构以及耐火材料选择、砌筑、砌筑要点、注意事项
发布日期： 2020-07-28 10:42:40 阅读量（566） 作者：反应塔是闪速炉的主要组成部分，其结构设计与砌筑质量的优劣，对闪速炉的运行效率至关重要。本文对闪速炉反应塔的主要结构、水套布置以及耐火材料砌筑等方面进行了研究，有利于闪速炉在今后的生产过程中长周期稳定运行。
1、反应塔的结构
闪速炉的物理及化学反应过程主要在反应塔中进行，由塔顶、塔身和框架组成。精矿喷嘴布置在塔顶中心位置，并支承在塔上部钢架梁上。塔顶由375mm厚的镁铬砖砌成，为吊挂平顶形式。塔身为圆筒状，外壳由30~50mm厚的钢板焊接而成。为了监测反应塔衬砖的损坏情况，在反应塔壁第一层至第七层每层设有4个热电偶测温点，共计28个，热电偶头部贴在镁铬砖外表面。
⑴反应塔塔身的组成。
塔身由耐火材料、铜水套、钢壳、钢板法兰组成。钢壳分上部筒体和中部筒体。上部筒体由于是塔支架的着力点，并且承受的力量较大，因此壳体厚度较厚，中部筒体由许多小段筒体组成，各部分通过螺栓连接，把重量传递给塔支架，整个塔身可以自由向下膨胀。原来反应塔设计塔身布置的水套间距较大，层数较小，并且在耐火砖与壳体之间设置冷却铜管，由于炉内烟气中含有SO2，烟气通过砖缝接触冷却铜管易产生低温腐蚀，造成侧壁铜管漏水。随着生产规模的不断扩大，反应塔容积热负荷也不断地增加，为了提高耐火砖的使用寿命，本次反应塔水平水套设计层数为16层，由于反应塔下部冲刷较上部严重，因此下部水平水套的间距比上部水平水套的要小，见图1。
图1反应塔塔身局部图
反应塔连接部是反应塔体与沉淀池顶连接的部分，本次设计采用锯齿形水套，该水套结构更加合理，同时有三个优点:一是有效保护了耐火材料;二是增加高度，方便水管的连接;三是水管同轴，此结构使得直接进入最高热负荷区的冷却水流速大，热量散失快，并且在热负荷区域无堵头，能进一步防止漏水。
⑵反应塔框架的选择。
反应塔框架是承担反应塔全重的受力构件，框架由钢板焊成的Ⅰ形断面的梁柱构成。反应塔为吊挂结构，通过8点吊挂，由板式吊件、钢销将全部反应塔筒体、耐火材料衬砖、冷却铜水套、设备运行后产生的粘结物和精矿喷嘴等部件的载荷吊挂，并将所有载荷传送到反应塔框架上，吊件、法兰及螺栓均为重要受力构件;框架由4根立柱支撑，立柱底部用插入螺栓连接方式与基础底座相连接。闪速炉反应塔结构见图2。
图2闪速炉反应塔结构图
2、反应塔水套分布情况
闪速炉采用富氧熔炼，反应塔的热强度在1294MJ/m3·h左右，烟气温度在1300~1400℃，由于闪速炉工况较为苛刻，反应塔是铜精矿反应的主要区域，反应塔整体结构中经常受高热流的冲击，炉衬须同时承受强烈的高温气流冲刷、炉料的磨损及炉渣的侵蚀。强化冶炼时炉料结构的变化及操作的不稳定等引起反复热冲击、挤压、磨损、化学侵蚀。这一系列状况都会加速耐材的侵蚀和冷却设备的损坏，严重时导致闪速炉停炉检修，直接降低了闪速炉的产量和寿命。通用的解决方法是对这些部位设置冷却装置，加强对它们的保护，以此来维持炉体长期稳定连续作业，最佳的方式是在耐火材料与闪速炉壳体间埋设冷却水水套。
⑴冷却方式。
铜冶炼技术提升改造工程闪速炉反应塔采用埋管式铜冷却水套，它可以缓解耐火材料的高热流冲击。它不仅本身能够抵抗高温、机械化冲刷以及化学腐蚀，更为重要的是，由于它的冷却作用保护了覆盖在其周身的耐火材料，延长使用寿命，从而确保生产高效连续进行。
埋管式铜冷却水套采用的是整根铜管或者合金管弯制成型作为冷却水通道，预埋管直接穿出冷却水套相接于炉壳外冷却水循环系统的水管，不需要堵头更不用焊接，不会存在漏水这一重大隐患，安全可靠。预埋的水管采用圆弧弯制，预埋管内壁光滑，冷却水的运行阻力小、散热强度大是埋管式铜冷却水套最大的特点。
⑵铜水套要求。
埋管式铜冷却水套铸件要求含铜量大于99.7%;铜管采用T2中等硬度管，Cu+Ag≥99.9%。水套的非加工面应打磨清洁平整，曲面应连续光滑。水套上下两面、内端面1~3mm气孔不大于3个，铜管与浇铸铜结合紧密度在97%以上，对水套进行过水量试验、过球试验、水压试验、气密性试验、r射线检验等性能检测，严格把控水套的质量，保障反应塔的稳定运行。
铜冶炼技术提升改造工程反应塔水套共有四种，分别为:点检孔水套、水平水套1、水平水套2、锯齿形水套。
铜冶炼技术提升改造工程闪速炉反应塔水套整体图见图3。
图3闪速炉反应塔水套整体图
铜冶炼技术提升改造工程反应塔水套分布情况如下:①反应塔与沉淀池连接部是锯齿形水套一层，共42块;②锯齿形水套上部是一层水平水套1，共42块;③反应塔上部是15层水平水套2，每层20块，共300块;④炉顶有2个点检孔水套。
水套详图见图4。
图4闪速炉反应塔水套局部图
3、反应塔耐火材料的砌筑
根据闪速炉的特性，铜精矿的化学反应主要在反应塔中进行。最高温度可以达1300~1400℃，快速反应的高温炉料在几秒钟内快速到达沉淀池，部分熔体沿着反应塔内壁流下，这些混合物料和高温气流直接冲刷炉壁。这种冲刷和物料的侵蚀直接影响到耐火砖的使用寿命。由于反应塔体吊装在沉淀池上部，耐火砖砌筑在两水平水套之间，更换极不方便，所以反应塔的砌筑至关重要，砌筑时由下向上逐层进行。
铜冶炼技术提升项目闪速炉反应塔选择耐火材料见表1。
4、反应塔的砌筑要点
反应塔下部与沉淀池连接的部位为三角区，是闪速炉气流冲刷和温度较高的部位，在反应塔最底端安装锯齿形的水套，锯齿形水套面朝炉内，用镁铬砖成环形砌筑在锯齿形水套的齿缝里。在锯齿形的水套最底端事先支好模板，用浇注料保护水套下端，不定型捣打料捣打在砖与砖之间的水套前面的缝隙中，镁铬砖砌筑时要紧靠水套。详见图5。
图5钢模示意图
表1闪速炉反应塔选择耐火材料表
锯齿形水套上面有16圈水平水套，用以冷却反应塔内衬。下方8层水平水套之间砌筑两层镁铬砖(砖型为ZIJ-FRS2)，上方8层水平水套之间砌筑三层镁铬砖(顶层砖型为ZIJ-FRS1，下面两层砖型为ZIJ-FRS2)。锯齿形水套内部砌筑10层镁铬砖(砖型为ZIJ-FRST1/2/3/4/5)。为保证砖与砖之间更密实，要在现场加工一至两块砖，同时耐火砖必须与壳体贴实，在最上层砖与反应塔顶之间，用PYROFI-BER1430来填充剩余的缝隙。反应塔塔体砌筑见图6。
图6反应塔塔体砌筑示意图
反应塔顶设计成平顶，由吊挂砖组成，这些吊挂砖吊挂在框架钢结构的格栅上，采用锁型吊挂砖，砖长为375mm。除了顶部中心用于安装中央喷嘴外，顶部其他区域均采用悬挂砖的方式砌筑，沿反应塔顶的周围安装13mm厚的硅酸铝纤维板作为保温材料，吊挂砖和纤维板之间的缝隙用PERCHROMITFB捣打填充。反应塔顶倒挂砖砌筑见图7。
5、反应塔砌筑注意事项
⑴连接部及塔壁耐火砖与圆弧要一致，为了使放射缝与半径吻合，现场可加工1~2块砖调整。灰缝<1.5mm、错牙<3mm。
图7反应塔顶倒挂砖砌筑示意图
⑵锯齿水套和塔壁等处的浇注料，严格按要求拌制，施工时压实抹平。
⑶塔壁法兰如有变形可加工砖调整，加工面要求平整、三角缝<2mm。
⑷连接部耐火砖紧贴铜冷却水套，要有良好的接触。
⑸反应塔筒体16层环形水套砌筑耐火材料时膨胀缝预留为1/2/2，锯齿形水套砌筑耐火材料时膨胀缝预留为1/1/2，砌筑时要注意耐火泥浆不能用在膨胀缝里。
⑹使用火泥时需要注意:在砖与砖之间、砖与钢板之间以及砖与水套之间不可以留有未覆盖到的地方，以确保水套始终保持有最好的热传导性能。
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