集排铅式烟化炉的实践应用

薛艺伟，李 辉，宗成勇

（山东恒邦冶炼股份有限公司，山东 烟台 264000）

“底吹熔炼-熔融还原-富氧挥发连续炼铅新技术”中经过还原炉沉铅后产生的还原炉渣排至烟化炉进行还原提锌，还原炉渣含铅指标一般控制在1.5%～3%，还原炉渣铅被还原成液态铅，除部分铅蒸汽随着烟气进入除尘系统外，部分被还原的铅沉降在炉底，随着冶炼生产的持续进行，炉底铅液逐渐富集到一定程度且无法排铅时，出现炉底漏渣漏铅及水套漏水等问题，影响烟化炉炉寿，不仅制约生产，还存在严重的安全问题。铅是典型的重金属，关于烟化炉排铅的研究与报道较少。基于对烟化炉排铅重要性的认识，并借鉴对高炉炉底排铅的工程实践，对烟化炉排铅进行了研究设计并进行实践运用。

1 铅在炉底的行为和危害

在烟化炉还原吹炼过程中，部分铅被还原出来后因其密度大、流动性好，逐渐沉降到炉底。由于液态铅的渗透力极强，具有“无孔不入、有缝就钻”的特性。在烟化炉炉底受多种压力的作用，底部的铅液沿着砖本身的气孔和砖体缝隙向下渗透，一直到327.5℃处等温线的砖层才暂时凝固下来。随着吹炼的侵蚀，炉底上部的砖层变薄，炉底温度升高，原凝固点的等温线也会逐渐向下移位，等温线以上凝固的铅又会重新熔化继续向下渗透。当铅液遇到因砖缝泥浆不饱满或松散而形成的“真空”时，铅液便会自动进行填补。铅液的不可压缩性，将在炉底形成一股巨大的膨胀压力，随着铅的不断产生富集，其破坏作用严重，轻则造成砖间缝隙增大，重则会发生炉底浮砖事故，导致砌砖发生变形、扭曲甚至断层、裂纹。

2 炉底集排铅的基本原理

在烟化炉炉底增设集排铅设施是解决上述问题的有效措施。由于铅的密度、熔点、粘度、流动性及渗透力与熔渣明显不同，加之炉底砖层温度场和砖体的特点，为铅、渣在炉底上部的分离造成了特定的条件，因此铅液能通过的渠道，炉渣就无法通过，炉渣已占用的渠道和位置，铅液也能将其挤开。铅液在炉底砖层中畅通无阻，而炉渣却无法流下来。炉底积铅有了“出路”，不会在炉底积累，产生膨胀而破坏炉衬。同时，试验表明：当砖层的缝隙细密且泥浆充实饱满时，铅液不通过砖缝而是通过砖体本身气孔、细微缝隙或溶洞之间渗透，在炉底温度场较低的情况下，铅液都难以从砖缝中渗透，炉渣就更难以从砖缝中通过，也就不存在炉渣外流的问题了[1]。

炉底排铅是一个铅的沉降、渗透、聚集、排放的过程，炉内铅液沉降到炉底表面，然后通过砖缝及气孔的渗透而积聚于集铅槽，然后从排铅口排放。

3 炉底集排铅的设计

集排铅结构的设计，一要不影响炉底结构形式和炉底整体性，二要有利于排铅操作和顺利排铅。

（1）结构形式。根据铅烟化炉的冶炼特性以及冶炼过程中铅与炉渣对炉底的侵蚀形式，结合冷却设施与铅液流动的特点，参照高炉排铅的经验设计出单出口“丰”字型的集排铅槽，有利于炉底绝大多数铅能够进入集排铅槽富集排出，铅槽的规格为50mm×75mm，排铅口为中心内径50mm的穿孔镁铬耐火砖[2]。

（2）位置高度。位置偏低，在生产前期长期处于低温，无法及时排铅，不能充分发挥其应有作用，位置偏高，在炉底砖被部分侵蚀后容易产生漏渣事故。集排铅槽处的温度是一个重要的参数，如果温度过低，则铅液无法到达集排铅槽，温度过高，虽有利于排铅，但会导致排铅次数频繁，随着炉龄的增长，铅液还会向排铅槽下继续渗透且无法排出。实践证明，集排铅槽内温度在450-550℃范围为宜，经验算该温度区域在炉底上层表面的下方300mm左右处，故当炉底共砌4层砖时，上层为高300mm铝铬砖，下面三层均为高75mm铝铬砖，集排铅槽布置在上数第二层。

（3）材质。集排铅槽的材料选用性能稳定的铝铬砖，具有耐高温、耐压强度高等特点，对于延长集排铅槽及炉底寿命大有裨益，能有效防止铅液继续向下渗透。

4 烟化炉炉底集排铅的生产实践及意义

（1）炉底及集排铅槽的砌筑实践。砌筑炉底底部第一层横向平砌，每隔4块砖夹2mm纸板一块，砌筑底部第二层横向竖砌，砖体压住下部砖与砖的缝隙，每隔4块砖夹2mm纸板一块，砌筑底部第三层横向平砌，砖体压住下部砖与砖的缝隙，每隔4块砖夹2mm纸板一块，同时这一层不全砌满，按照图1进行砌筑，其中“丰”字形区域该层不砌砖，形成集铅槽，集铅槽尾端使用一中心圆孔砖通往炉外用于排铅。最上面竖向砌筑最后一层砖，全部砌满，每隔4块砖夹2mm纸板一块，缝隙处用铝铬泥浆填实。

生产时，还原炉渣中被还原出的铅液沉降在炉底砖上，逐渐渗透至第二层的集铅槽中，通过集铅槽收集铅液再通过排铅口定期向炉外排铅。排铅时间一般放铅频次在20-30天左右，具体时间主要看还原渣与氧化锌烟灰的含铅品质，若含铅品质很低，可以适当延长放铅间隔时间。

（2）烟化炉炉底集排铅的意义。①提高金属回收率，增加经济效益。通过新增炉底集排铅系统后，烟化炉每年排铅约40吨，铅回收率较之前提高0.04%。②采用集排铅结构的烟化炉，渗入炉底砖衬中的积铅有了外排的通道，不会在炉底砖中长期积累，从而消除了铅对炉底砖的破坏作用，有利于保护炉底，延长烟化炉炉寿。

图1 带集排铅炉底的烟化炉方案图

5 结语

烟化炉采用集排铅结构后，显著减少铅液对下部耐火砖及炉体水套的进一步侵蚀，延长炉寿，提高开车率，同时通过集铅槽将还原炉渣中的部分铅以粗铅形式进一步回收，得到较好的经济效益，回收率进一步提高。