侧吹还原炉喷枪耐火砖侵蚀分析与对策

2018-03-16张云良

中国有色冶金 2018年1期

关键词：耐火砖熔渣喷枪

张云良

(云南驰宏锌锗股份有限公司会泽冶炼分公司铅厂, 云南曲靖 655011)

云南驰宏锌锗股份有限公司会泽冶炼分公司铅厂粗铅系统采用富氧顶吹熔炼—液态铅渣侧吹还原炼铅工艺。其中侧吹还原炉为矩形结构，两侧分别安装8支喷枪，炉外部为钢炉壳，并衬装水套，内部用镁铬质耐火砖砌筑，其中喷枪砖与炉底、炉墙砖砌筑形成一个整体。

喷枪砖的使用寿命与侧吹还原炉的整体炉龄密切相关，国内其它侧吹还原炉整体炉龄在12个月左右，而喷枪砖寿命仅有3～6个月，延长喷枪砖寿命对于提高全流程的效率具有重要意义。

1 氧气侧吹还原工艺原理

艾萨炉产出的液态富铅渣直接经热渣口进入还原炉，还原炉两侧有煤气喷嘴、工业氧喷枪为炉内提供热源；块煤和碎焦作为还原剂,石灰石、铁焙砂作为熔剂经配料由冷料口加入，原料经还原熔炼产出粗铅、还原渣，还原渣经电热前床至烟化炉回收有价金属，烟气经余热锅炉回收余热、布袋收尘、尾气脱硫处理后达标排放。炉内的主要反应有：

CH4+1.5O2=CO+2H2O

(1)

CH4+2O2=CO2+2H2O

(2)

C+O2=CO2

(3)

2C+O2=2CO

(4)

CO2+C=2CO

(5)

2CO+O2=2CO2

(6)

PbO+C=Pb+CO

(7)

PbO+CO=Pb+CO2

(8)

PbO·SiO2+CO= Pb+CO2+SiO2

(9)

2 侧吹炉耐火材料及特性要求

侧吹还原炉呈矩形，主要包含炉基、炉壳、炉底、炉身、炉顶，其中炉身有喷枪区、熔池区，外部由水套、钢壳组成，内部砌筑耐火材料。由于耐火材料直接与高温熔渣、铅液及燃烧火焰接触，耐火材料的使用寿命直接影响着还原炉的寿命。

侧吹还原炉内的耐火材料为镁铬砖，镁铬砖是以氧化镁(MgO)和三氧化二铬 (Cr2O3)为主要成分、方镁石和尖晶石为主要矿物组分的耐火材料制品，其耐火度高，高温强度大，抗碱性渣侵蚀性强，热稳定性优良，对酸性渣也有一定的适应性。

常用耐火材料的理化指标有：

(1)耐火度：在足够高的温度下不软化、不熔融的性能，表征指标为耐火度。

(2)荷重软化温度：在高温下能够承受大荷载及其他热机械应力，且不丧失结构强度、不发生变形坍塌的性能，表征指标为荷重软化温度。

(3)高温体积稳定性：在使用过程中，不产生过大的体积膨胀或收缩，以免影响高温设备的结构稳定性或严密性，表征指标为重烧线变化。

(4)热震稳定性：抵抗温度急剧变化而不发生开裂、剥落的能力，表征指标为热膨胀系数和抗热震性指标。

(5)抗渣性：使用过程中抵抗各种侵蚀性物质的化学作用而不被蚀损的能力。

(6)耐磨性：抵抗高速流动的火焰、含固体颗粒的烟气、液态金属和熔渣、固体物料等物质的直接冲刷或磨蚀的能力。

侧吹还原炉耐火材料镁铬砖的理化指标为荷重软化开始温度≥1 700 ℃，热震稳定性1 100 ℃,水冷≥7次，体积密度3.44 g/cm3。

3 侧吹炉喷枪砖侵蚀分析

侧吹还原炉喷枪砖是还原炉炉体耐火材料的重要部分，喷枪砖烧损、侵蚀速度过快不仅影响还原炉喷枪使用寿命，还会造成喷枪砖上部区域耐火砖掉落、垮塌等问题，影响还原炉炉龄。

3.1 高温熔渣和铅液侵蚀

侧吹炉高温熔渣冲刷侵蚀部分是由于高温熔体流动造成的，主要表现在侧吹炉进料、排放过程1 150 ℃左右的高温熔渣流动对喷枪区流动侵蚀、冲刷；另一个原因是炉内强烈搅拌作用，熔炼过程中熔渣在喷枪作用下产生强烈的搅拌，高温炉渣具有强烈的侵蚀和浸透能力，当炉渣、铅液渗入耐火材料，造成各部分砖之间膨胀系数不同引起剥落。

3.2 耐火砖中矿物与熔渣反应

侧吹炉喷枪区镁铬砖的主要成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、Cr2O3等，还原炉熔炼过程中产生的渣主要含CaO、SiO2、Fe2O3等， CaO、SiO2会侵蚀镁铬砖工作面，并且沿气孔渗透到镁铬砖内部，与方镁石反应生成低熔物。

3.3 高温烧损侵蚀

侧吹炉喷枪区域处于熔渣高温区和流动冲刷区，当侧吹炉进液态铅渣时，炉渣的比重约5.0，液态渣含铅约40%～55%，该渣具有较好的流动性和冲刷能力，此时处于还原初期，炉内温度较低，约950～1 050 ℃。随着还原剂的加入，侧吹炉内还原炉气氛增强，炉内温度逐步升高，反应区温度可高达到1 150～1 250 ℃，当达到还原终点放渣时，炉内最高温度在1 250 ℃以上，放渣后温度逐步降低。冶炼周期性温度变化对喷枪砖的侵蚀影响较大。

由于还原炉作业制度为周期性操作，生产过程中温度发生变化时会引起耐火砖产生裂纹，严重时会引发耐火砖表面剥落，并加剧熔渣的渗透和侵蚀，影响冶金炉炉龄。