富氧顶吹炼铅炉耐火材料及操作制度的改进实践

蒋荣生， 柴立元， 贾著红， 王庆伟

(1.中南大学，湖南 长沙 410083； 2.云南驰宏锌锗股份有限公司， 云南 曲靖 655011)

重金属

富氧顶吹炼铅炉耐火材料及操作制度的改进实践

蒋荣生1，2， 柴立元1， 贾著红2， 王庆伟1

(1.中南大学，湖南 长沙 410083； 2.云南驰宏锌锗股份有限公司， 云南 曲靖 655011)

为解决富氧顶吹炼铅炉炉龄短的难题，对富氧顶吹炼铅炉耐火材料损蚀机理、材质选择、砌筑方式等进行分析，并在生产实践中进行总结和改进，对工艺操作制度进行优化，有效地延长了富氧顶吹炼铅炉炉龄，取得了较好的经济、社会效益。

富氧顶吹；铅；熔炼；耐火材料；炉龄

0 前言

富氧顶吹炼铅是在一座立式圆筒炉中进行，喷枪浸没在熔池中，富氧空气通过喷枪进入熔体，形成剧烈的搅动，并与投入物料迅速反应。在此直接炼铅过程中，物料中各元素在熔炼过程中发生一系列物理化学变化，得到一次粗铅和富铅渣。冶炼烟气经余热锅炉降温、电收尘净化后送制酸。

由于首次引用富氧顶吹炉处理铅精矿，无现成的经验可借鉴，前期富氧顶吹炼铅炉炉龄一直较短，平均10～12个月需检修一次，每次需停炉约30 d更换炉衬耐火材料，有效生产时间大量缩短，生产能力受限，问题亟需尽快解决。

1 富氧顶吹炼铅炉结构及历次炉期

富氧顶吹炼铅炉是建立在基座上的圆筒形立式炉，炉壳外径4 m，高10.5 m，炉壳由钢板焊接成，内衬耐火砖及保温材料，炉底砌筑成反拱底，下部互成90°在不同的高度开设粗铅口和放渣口，炉子上部呈喇叭口扩大，为减少吹炼熔融渣喷溅进入余热锅炉，在上部扩大一侧增设铜水套阻溅板。炉顶盖由水平膜式管壁组成，属余热锅炉组件，在炉顶设有喷枪口、加料口、保温烧嘴口及熔池探测口，炉子的结构见图1。

1-垂直烟道； 2-阻溅板； 3-炉体； 4-喷枪； 5-保温烧嘴； 6-进料箱

炉底最初采用高铝砖和镁质捣打料砌筑，与熔体接触的是镁铬砖，炉体下段是直接结合镁铬砖，上部则是半再结合镁铬砖，与外层炉壳接触层采用保温砖堆砌。最初设计时炉内不同区域采用不同规格的镁铬砖，生产中发现炉内各区域的耐火砖损耗速度不尽相同，炉底、烟气区和阻溅板处为易蚀损区域。在实际监测、分析的基础上，根据微观组织特征把砖分成三个区域：原始区、渗透区、变质区。对已使用过的旧镁铬尖晶石做物化分析，结果见表1。

表1 旧镁铬尖晶石试验分区特征表

通过微组织分析观察，1#样和2#样工作面损蚀严重，局部基体中的氧化镁受硫损蚀形成低熔点的硫酸盐。3#样和4#样可见损蚀的电熔镁铬和渗透的金属相，渗透层缝隙中有少量铅金属。

烟气区(1#样、2#样)在变质区SiO2、CaO、ZnO含量远高于渗透区，SO3越靠近热面，含量越高。该区域炉砖蚀损和膨胀较快主要是炉内的渣相、硫和氧化锌与炉砖中的氧化镁、氧化铬发生重叠反应所致。

2 耐火材料损蚀机理分析

在富氧顶吹炼铅过程中，影响耐火材料寿命的因素主要有化学腐蚀、高熔炼强度下的搅动冲刷蚀损和热震性崩脱。

2.1 化学腐蚀

化学腐蚀主要是：由热熔体渗透引起的侵蚀，物料变化、操作不当引起的渣型失控最易形成；冶炼中SO2气体扩散引起的侵蚀；氧压变化或低氧分压引起的氧化还原作用或还原作用；还有诸如在使用铅精矿或重砌耐火材料的炉子开始加热时的水化作用。

2.2 冲刷蚀损

熔体冲刷蚀损炉衬：主要取决于鼓风气体流速，喷枪从熔池顶部喷入富氧空气，剧烈搅动熔池，对炉壁造成机械冲刷；装料或通风所引起的冲击应力；耐火材料砌筑不当引起的膨胀应力。

2.3 热震性崩脱

温度剧烈波动产生的热应力，会导致炉砖变质层严重的崩裂和脱落(见图2)；熔炼中断和开、停炉会引起的间断式热震；熔池高度和排放作业的循环周期性变化会引起热疲劳。

图2 不同镁铬砖的抗热强度

3 延长炉龄的对策和措施

3.1 炉体砌筑优化改进

(1)炉底。工作层经对比选择为三层，采用高致密性直接结合镁铬尖晶石，并相应设置拱脚支撑；改进出铅口的位置，将出铅口与炉底置于同一水平。

(2)熔池区。在不同熔池高度各留设2个渣排放口，放渣位置适当下移；对阻溅板周围两层炉砖材质作改进，将高铝砖改为直接结合镁铬砖。

(3)烟气区。炉衬统一加长25%～30%；局部易损区域工作层采用直接结合镁铬尖晶石，保温层采用半再结合镁铬砖砌筑。

(4)炉顶盖。炉顶盖受热面采用增强型钢纤维耐火浇注料填充和覆盖；对炉顶盖上的喷枪口、下料口、保温烧嘴口分别增设耐高温护套。

3.2 缓解上部炉砖膨胀

(1)炉体集中预留膨胀缝隙。炉体顶部与炉顶盖膨胀缝增加90 mm，采用新型隔热材料填塞。

(2)采用炉顶防上涨压紧工装。炉顶水套压紧工装主要由压紧板、压紧弹簧及部件组成，当炉砖上涨抬升炉顶盖时，利用弹簧的弹力压紧炉顶水套，有效减缓上部炉砖持续上涨。

3.3 优化烘炉程序

烘炉时严格遵照升温曲线进行，采用加热烧嘴、保温烧嘴和喷枪分三个阶段组织烘炉。

改进后，第一阶段将400 ℃以下的低温烘炉时间缩短到8 h，提高了加热烧嘴均衡控温的可操作性。第二阶段将升温速度适当提高，使炉砖快速越过易产生结晶水的温度范围。第三阶段将升温时间由28 h延长到30 h以上，有利于炉温分布均匀、炉砖膨胀均衡。经优化的升温曲线见图3。

图3 富氧顶吹炼铅炉升温曲线

3.4 炉体局部强化冷却

(1)阻溅板附近炉壳水冷。在阻溅板周围的区域，炉砖受到余热锅炉结渣坠落和回旋热气流的双重冲击，引起炉砖局部热负荷过高。为有效保护此区域耐火材料，在阻溅板附近炉壳处安装水冷装置。

(2)炉壳局部通风散热。炉体局部区域温度过高影响炉砖使用寿命，在炉底及炉体周围加装多台移动式轴流风机，通过对温度较高的炉体区域的炉壳进行强制通风冷却，使炉砖及时散热，消除冶炼过程中因局部高温而烧损炉砖的现象。

3.5 优化工艺操作制度

(1)严控配料和渣型。采用堆式配料与仓式配料相结合的配料方式，保证入炉混合料长期稳定。熔炼过程中通过DCS系统对铅精矿、低品位二次铅物料、烟尘和熔剂进行精细配料，适时改进配比，坚持均衡操作，保持渣型、温度的平稳。

控制熔渣含Pb 40%～50%、SiO2/Fe 0.7～0.9、CaO/SiO20.3～0.5。熔炼过程中熔池温度变化控制在80 ℃以内。

(2)操作制度改进。严格规范操作制度，严禁超料量、超煤(油)量熔炼，关键工艺控制参数的变更执行审批制。

严格执行熔体排放和保温制度，严禁排放过程中私自堵口，严禁因人为责任导致停炉，严禁停炉换枪期间未采取保温措施。

(3)坚持炉体耐火材料损耗的监控和预测。通过监测顶吹炉的炉壳温度，发现异常立即进行局部降温处理。每次停炉时必须准确探测熔池高度，测量探棒外露高度及计算出炉底工作层损耗程度，跟踪监控炉底炉砖的损蚀状况。

(4)用正压通风装置取代烧嘴二次风燃烧模式。富氧顶吹炉正常熔炼期间，保温烧嘴提供的二次燃烧风主要作用是加强烟气中CO等的燃烧，观察发现烧嘴下部的炉砖侵蚀较严重，在喷枪口和下料口使用正压通风代替烧嘴的二次燃烧风。

正压通风装置在下料口、喷枪口形成环形风罩(参见图4)，使高压风成环状锥形喷入炉内，改进后不仅解决了炉顶烟气外逸的问题，还明显减少了烧嘴口下部炉砖的损蚀。

图4 喷枪口环管示意图

4 改进效果

采取以上改进措施后，富氧顶吹炼铅炉已连续运行28个月，炉龄延长了1倍以上，达到同行业先进水平。项目的实施使粗铅产量增加，作业率、粗铅综合能耗等指标均大幅改善，具体见表2。

表2 改进前后指标对比

5 结语

(1)通过对耐火材料的性能比较、损蚀机理研究，改进砌筑方式、烘炉程序，并对工操作制度进行优化，富氧顶吹炼铅炉炉龄延长了18个月，直接节约耐火材料、筑炉等检修费用近1 000万元。

(2)炉龄的提高，有利于节能环保，降低了冶炼成本，并对以后富氧顶吹炼铅炉处理复杂、低品位铅物料创造了良好的条件。

(3)进一步延长富氧顶吹炼铅炉炉龄的其它研究方向是炉体最佳内径和高度，以及改进喷枪的结构和操作参数以获得最佳的喷吹特性。

[1]贾著红. 改进富氧顶吹炼铅冶金炉结构及耐火材料的探讨[J]. 中国有色冶金，2007,(4):42-44.

[2]张邦琪，朱祖泽. 提高云南铜业艾萨炉寿命的实践与探讨[J]. 有色金属(冶炼部分)，2005,(4):47-53.

Improvementpracticeofrefractoryandoperationsysteminoxygen-enrichmenttop-blownleadsmeltingfurnace

JIANG Rong-sheng, CHAI Li-yuan, JIA Zhu-hong, WANG Qing-wei

In order to solve the difficulties of short service life of oxygen-enrichment top-blown lead smelting furnace, the deterioration mechanism, material selection and masonry method of refractory in oxygen-enrichment top-blown lead smelting furnace were analyzed, the summary and improvement were performed combined with the practical production, the process operation system was optimized, the service life of oxygen-enrichment top-blown lead smelting furnace was effectively prolonged, and the good economic and social benefits were obtained.

oxygen-enrichment and top-blown; lead; smelting; refractory; service life of furnace

蒋荣生(1975—)，男，云南建水人，冶金高级工程师，云南驰宏锌锗股份有限公司会泽冶炼厂副经理，中南大学在读工程硕士。

TF812； TF065.1

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