有色金属顶吹熔炼系统关键部件及故障分析

顶吹熔炼系统是一种在全世界比较先进的有色冶金系统，在熔炼金属铜、锡、铅、镍出渣、处理熔渣等领域得到了大量运用和发展。本文对顶吹熔炼系统关键部件及故障进行分析，其目的是通过预测其剩余寿命，可以降低成本其故障发生的概率，减少系统停机而给企业带来的损失，降低维修人员的工作量，提高整个系统的质量。 

1、顶吹熔炼系统关键部件 

(1)喷枪系统 

在整套系统中，最为关键的部分是喷枪。 在奥斯迈特系统中， 喷枪的主体结构由四根同心管相套而成，管体用 304L 或 316L 不锈钢材料制成。 最内侧的管道内储存燃料， 向外一层是运输氧气， 再向外一层用以运输助燃空气，最外侧管道不插入熔体内，用来输送冷却空气。这些冷却空气能够使烟气中的二氧化硫和它可燃成分充分燃烧， 并且对内侧管道起到保护。 与此相比， 艾萨系统中的喷枪却有所不同。在艾萨系统里，只存在三层套筒，同时在管和管内部存在可变螺距的双螺旋叶片，可以保证在喷枪内部空气环路中存在涡流。形成涡流对安全生产意义重大，不仅可以使喷枪外壁形成稳定固态凝渣层，对喷枪形成保护，还能使顶吹熔炼系统中的喷枪安全稳定地工作。 

(2)炉衬 

构成炉衬的材料为耐火材料，墙下部的材料是铜水套和砌砖。整个系统运行时，就是在这个 450mm 厚的砖层上对铜水套进行砌筑。水冷铜套具有良好的冷却效果，在该系统运行后期，由于有如此厚度的砖层，所以炉衬材料及其稳定，不容易被腐蚀，很好地延长了它的使用期限。通常情况下，炉衬的使用期限是三到四个月的时间，在这期间如果发生故障，一般是由于炉衬的热稳定性不足，或是炉衬材料发生化学反应被腐蚀，或是炉体材料变质层发生崩裂和剥落，亦或是普通的机械蚀损等等。 

(3)烟道 

在该系统中，从炉最高点开始，烟道的总体长度是 15.24m，偏角 70°。这种倾斜向上的结构可以使烟气温度足够降低，从而避免大量烟尘粒粘附于尚有余温的炉体内壁上。除此之外，烟道内还设置了单独特殊的冷却装置，内置冷却水源。这个冷却装置也可为尚有余热的锅炉降温。通过这一装置，能够使烟道的温度降低，也就很大程度上避免了在烟道内形成结瘤。要想消灭结瘤，还有一种手段便是在烟道和锅炉内壁安装振打系统。通过周期性的振打清除结瘤，最大限度地降低发生烟道结瘤故障的频率，延长烟道的使用寿命。 

(4)其他部件 

除上述主要组成部分之外，该系统内还包括排放溶体的放出口、连接放出口的溜槽、 堰体与安全口装置等。溶体放出口的断面设计为矩形，使用材料是与炉墙相同的耐火材料。由于这种材料经常与高温的熔体接触，所以容易损耗。放出口周围的铜溜槽下部，最好不要做成平面，而是曲面，这样一来，就可以减轻熔体掉落形成的冲击。 

2、顶吹熔炼系统关键部件故障分析 

本节将对容易出现故障的部位进行故障现象的梳理，并分析出现此类故障的原因。

 喷枪的主要故障包括：喷枪尖端毁坏、喷枪尖端管壁穿孔、旋流器损坏等几方面。炉衬一般会由于炉体温度异常和熔渣的影响而发生炉体材料腐蚀、变质层崩裂及剥落、机械性蚀损等问题。而烟道最常见的问题就是烟气凝结。这些分析结果为下面研究系统可靠性提供了有力的支撑。 

在整个系统中， 喷枪是最为关键的一环，它起到了为整个炉子吹入空气、氧气和反应物料等的作用。 作为艾萨冶炼工艺设备的关键，顶吹熔炼系统中喷枪的使用寿命很大程度上决定了整个系统的工作效率。