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礦冶人物:張振民——有色金屬冶煉冶金爐專家

張振民, 1938年4月出生于河南省滎陽市。 主要從事有色冶金爐研究與設計, 主持並親自參與開發設計了用於銅、鉛、鋅、鎳有色金屬冶煉的反射爐、電爐、閃速爐、吹煉爐等數十台大型冶金爐,

解決了多種冶金爐的爐壽命短等一系列技術難題, 為主設計出我國第一台用於工業生產的氧氣斜吹旋轉轉爐, 為我國有色金屬冶金爐大型化、現代化、為我國有色金屬冶煉技術的發展做出了重要貢獻。

深入現場, 親自考察, 解決熔煉反射爐壽命難題

20世紀60年代初投產的大冶冶煉廠195m2熔煉反射爐是當時我國主要的一台大型煉銅爐。 但結構上存在一些問題:爐底壽命短, 2-3年就要大修一次;爐頂壽命更短, 一般只有半年左右;爐壽短, 不僅嚴重影響產能, 而且對安全生產也是很大的威脅。

1965年決定對該反射爐進行大修, 張振民負責大修設計和施工服務, 他深入現場,

同其他技術人員一道冒著剛停爐的高溫, 對損壞的爐底進行損壞情況的測量, 取樣分析。 經過深入研究, 認為原來的石英砂燒結的酸性爐底, 不能滿足銅冶煉工藝的要求。 提出用鎂砂燒結的鹼性爐底取代原石英砂燒結爐底的方案, 吸取昆明冶煉廠小反射爐的經驗, 完成了195m2反射爐鎂鐵燒結爐底的設計並實施。 實踐證明, 鎂砂加適量鐵粉搗打經高溫燒結而形成的整體鎂鐵爐底非常成功, 完全滿足工藝要求, 成為了永久性爐底, 爐體壽命得以解決。 此技術之後推廣到了白銀、山達克(巴基斯坦)、來賓等熔煉反射爐上。 大型反射爐第二大壽命問題是爐頂壽命短, 張振民經過調查研究, 吸取煉鋼平爐吊掛爐頂的經驗, 為反射爐設計了獨特的吊掛止推式磚拱爐頂,
使爐頂壽命由半年左右提高到了一年以上。 以上兩個難題的解決後, 使熔煉反射爐成為了一個安全、長壽的冶金爐。

我國傳統火法煉銅工藝所用的臥式轉爐也有著爐壽短的缺點, 且爐口漏風嚴重, 煙氣中SO2濃度低, 影響制酸, 污染環境。 張振民考察後, 設計了新轉爐臥式轉爐(P-S轉爐)及其配套的常壓汽化密封煙罩、環保煙罩, 爐口的漏風率由原來的100~200%降到了約60%, 壽命也獲得了極大地延長。 而且這種密封煙罩技術之後又移植到了大冶引進的諾蘭達爐上, 也取得了非常滿意的效果, 其技術指標優於國外的煙罩。

不久于1968年我國自行設計的國內第一台16500kVA煉鎳礦熱電爐在金川投產建成後同樣出現了漏爐事故,

嚴重影響電爐的產能和安全, 也大大縮短了電爐壽命。

張振民深入現場調查研究, 發現漏爐的主要原因是電爐爐底磚體結構不合理, 爐底墊層只用素耐火混凝土, 且拱腳處為通縫砌築, 致使開裂嚴重, 因此提出了新的爐底結構方案。 一是將用耐火混凝土整澆的爐底墊層(底座)改為平砌粘土磚。 這就大大增加了爐底的整體性, 並提出濕砌的粘土磚須烘乾後才允許砌築其上面的鎂磚的技術要求;二是在爐牆和爐底交界處採用大磚壓砌的拱腳結構;三是將其設計壓力由原來的2.1kg/cm2提高到了4kg/cm2以上。 解決分析計算認定的磚體夾緊力偏小問題。 上述措施在金川、吉鎳等礦熱電爐上都已採用, 效果顯著,

解決了漏爐的問題。 吉鎳125000kVA煉鎳電爐第一爐期開了15年。

分析研究, 嚴謹驗證, 開發設計新型高效的礦熱電爐

16500kVA煉鎳礦熱電爐在解決了漏爐事故後, 張振明並不滿足僅僅解決電爐壽命問題。 他一鼓作氣, 根據現場考察的資料, 認真分析後從多方面下手, 來提高電路的效率。

首先, 提高渣口高度, 降低渣含鎳, 提高資源回收率。 在冶金爐渣熔煉過程中, 不同高度渣層的渣含銅和鎳不同, 放渣口應設在渣含金屬最低的高度上。 20世紀70年代, 張振民同金川的同志一道, 對金川煉鎳電爐渣層含鎳進行取樣分析, 結果表明原來的渣口高度1300mm設低了, 將其提高到了1550mm。 平均渣含鎳由原來的0.18%降到了0.16%以下, 僅此一項簡單的措施一年就可以多回收鎳50-60噸。

其次,張振民同其他同志一道,消化吸收閃速爐技術,創新設計了整體彈性骨架結構用於電爐,可保證電爐爐體夾持力均勻,保證了爐體的均勻膨脹,大大提高了爐體的穩定性和可靠性。整體彈性骨架使用效果很好,已成為ENFI大中型電爐優選的骨架結構。

最後,合理水冷技術的應用。渣貧化電爐的難題就是渣線處磚體受高溫熔渣腐蝕和沖刷,損壞快,爐體壽命只有3-6個月。張振民提出用水冷解決此問題。在5000kVA鎳渣貧化電爐上設計了砌入渣線磚體中的銅塊水套,將爐壽提高到了2年以上。上世紀70年代有色爐爐襯採用水套冷卻,在國內尚屬首次。

於上世紀80年代,隨著先進的閃速爐技術的引進張振民等又將閃速爐用的立體式冷卻爐襯技術移植到了電爐上。設計了不同形式的銅板鑽孔水套、埋銅管紫銅鑄造水套都取得了成功,並取代了進口產品。

與此同時,他開始了電極柱技術的創新並不斷完善。電極柱是電爐的重要部件,電能通過電極柱導入爐內進行熔化冶煉。在冶煉過程中電極需上下運動,調節電流大小,保持功率穩定。之前我國電爐電極柱技術很落後,電極升降採用捲揚機,電極壓放是鋼帶吊掛式,導電裝置是懸吊的裸銅線,電極柱升降壓放都是人工作業。這種電極柱功率受到限制,電極事故多,安全性差,電耗大。

幾十年來,張振民參加並組織同事一起完成幾十台電爐的設計,對電極柱結構進行了大量的研究,吸收國內外電爐的先進技術,總結生產實踐經驗,開發設計新電極柱。到目前已形成了ENFI獨特的電極柱結構,電極升降與壓放採用液壓傳動,自動或程式操作;導電裝置採用銅管固定集電環—軟銅帶—移動集電環—導電銅帶—銅瓦—電極系統。導電系統壓降損失小,功率因數高。這種電極柱結構相對簡單,維護量小,電極事故少,安全可靠,電損耗小,大大提高了電爐的操作時率和供電效率,電爐的產能提高,產品單位能耗降低。這種電極柱的先進性得到了國內外同行的認同。

近年來,張振民組織並親自參與開發設計了大直徑石墨電極不停電自動壓放裝置,提高了電爐操作時率和電爐操作的安全性。該裝置獲得了發明專利。

學術生涯上的攀登腳步,永不停息

在幾十年的工作中,曾經擔任設計、審核的主要冶金爐有195m2銅熔煉反射爐、8.6 m2煉鉛鼓風爐、大功率煉鎳礦熱電爐和渣貧化電爐、大型煉鎳(煉銅)合成式閃速爐、40m2漿式進料金精礦沸騰焙燒爐、109m2鋅精礦沸騰焙燒爐。消化引進技術,並不斷總結經驗,主持設計了φ4.8×18m諾蘭達煉銅爐、φ4.4×13m富氧頂吹煉銅爐、φ5×16.5m富氧頂吹鎳熔煉爐。近幾年來參與了氧氣底吹煉鉛、煉銅新工藝的研究,和同事一道自主開發設計了φ3.8×11.5m氧氣底吹煉鉛爐、φ4.4×16.5m氧氣底吹煉銅爐等新型冶金爐。上述冶金爐多為國內最新最大的有色冶金爐,達到了國內領先水準,並進入了世界先進行列。

這些大型、現代化爐子的建成投產大大提高了我國有色冶金爐的技術水準,在有色金屬冶煉中發揮了重要作用,收到了很好的經濟效益和社會效益。曾獲得國家優秀設計金獎一項、部級優秀設計一等獎三項、部級科技進步一等獎兩項、二等獎兩項。多項技術獲得國家專利。

其次,張振民同其他同志一道,消化吸收閃速爐技術,創新設計了整體彈性骨架結構用於電爐,可保證電爐爐體夾持力均勻,保證了爐體的均勻膨脹,大大提高了爐體的穩定性和可靠性。整體彈性骨架使用效果很好,已成為ENFI大中型電爐優選的骨架結構。

最後,合理水冷技術的應用。渣貧化電爐的難題就是渣線處磚體受高溫熔渣腐蝕和沖刷,損壞快,爐體壽命只有3-6個月。張振民提出用水冷解決此問題。在5000kVA鎳渣貧化電爐上設計了砌入渣線磚體中的銅塊水套,將爐壽提高到了2年以上。上世紀70年代有色爐爐襯採用水套冷卻,在國內尚屬首次。

於上世紀80年代,隨著先進的閃速爐技術的引進張振民等又將閃速爐用的立體式冷卻爐襯技術移植到了電爐上。設計了不同形式的銅板鑽孔水套、埋銅管紫銅鑄造水套都取得了成功,並取代了進口產品。

與此同時,他開始了電極柱技術的創新並不斷完善。電極柱是電爐的重要部件,電能通過電極柱導入爐內進行熔化冶煉。在冶煉過程中電極需上下運動,調節電流大小,保持功率穩定。之前我國電爐電極柱技術很落後,電極升降採用捲揚機,電極壓放是鋼帶吊掛式,導電裝置是懸吊的裸銅線,電極柱升降壓放都是人工作業。這種電極柱功率受到限制,電極事故多,安全性差,電耗大。

幾十年來,張振民參加並組織同事一起完成幾十台電爐的設計,對電極柱結構進行了大量的研究,吸收國內外電爐的先進技術,總結生產實踐經驗,開發設計新電極柱。到目前已形成了ENFI獨特的電極柱結構,電極升降與壓放採用液壓傳動,自動或程式操作;導電裝置採用銅管固定集電環—軟銅帶—移動集電環—導電銅帶—銅瓦—電極系統。導電系統壓降損失小,功率因數高。這種電極柱結構相對簡單,維護量小,電極事故少,安全可靠,電損耗小,大大提高了電爐的操作時率和供電效率,電爐的產能提高,產品單位能耗降低。這種電極柱的先進性得到了國內外同行的認同。

近年來,張振民組織並親自參與開發設計了大直徑石墨電極不停電自動壓放裝置,提高了電爐操作時率和電爐操作的安全性。該裝置獲得了發明專利。

學術生涯上的攀登腳步,永不停息

在幾十年的工作中,曾經擔任設計、審核的主要冶金爐有195m2銅熔煉反射爐、8.6 m2煉鉛鼓風爐、大功率煉鎳礦熱電爐和渣貧化電爐、大型煉鎳(煉銅)合成式閃速爐、40m2漿式進料金精礦沸騰焙燒爐、109m2鋅精礦沸騰焙燒爐。消化引進技術,並不斷總結經驗,主持設計了φ4.8×18m諾蘭達煉銅爐、φ4.4×13m富氧頂吹煉銅爐、φ5×16.5m富氧頂吹鎳熔煉爐。近幾年來參與了氧氣底吹煉鉛、煉銅新工藝的研究,和同事一道自主開發設計了φ3.8×11.5m氧氣底吹煉鉛爐、φ4.4×16.5m氧氣底吹煉銅爐等新型冶金爐。上述冶金爐多為國內最新最大的有色冶金爐,達到了國內領先水準,並進入了世界先進行列。

這些大型、現代化爐子的建成投產大大提高了我國有色冶金爐的技術水準,在有色金屬冶煉中發揮了重要作用,收到了很好的經濟效益和社會效益。曾獲得國家優秀設計金獎一項、部級優秀設計一等獎三項、部級科技進步一等獎兩項、二等獎兩項。多項技術獲得國家專利。

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