侧吹还原炉烘炉新装置的应用

杨卫严，丁鹏，陈华勇

（1.中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038；2.安徽华铂再生资源科技有限公司，安徽界首 236500）

侧吹还原炉是近年来国内自主研发的一种新炉型。该设备由于对处理的物料有极强的适应性，且工艺过程简洁、环保效果好，迅速在国内铜精矿冶炼、高铅渣还原及铅膏蓄电池的综合回收领域得到广泛地应用[1]。

烘炉质量的好坏直接关系到侧吹还原炉投产后的能否稳定运行，关系到侧吹还原炉的使用寿命长短，影响到企业的生产效益。目前，在有色金属冶炼生产过程中，侧吹还原炉普遍采用的烘炉方法有以下3种：1）拆除侧吹还原炉炉身端墙的1～2块铜水套，利用1个大烧嘴对炉缸进行烘炉；2）拆除1次风口，并在1次风口处安装若干个小烧嘴进行烘炉；3）对于炉缸设有渣室的侧吹还原炉，在其渣室内安装1个大烧嘴进行烘炉。上述3种烘炉方法均存在一定的弊端：方法1，铜水套的拆卸比较繁琐且存在变形的可能，会对生产过程产生不利影响；方法2，由于烧嘴的火焰几乎是平着对烧，炉缸下部的耐火材料很难烘透，并且燃料利用率较低；方法3，仅适用于带有渣室的侧吹还原炉，且烘炉前期效果较差[2]。基于此，本文拟提出一种侧吹还原炉烘炉的新装置，能够有效避免上述问题的出现，实现有效烘炉，提高烘炉效率，同时减少对炉体及炉内耐火材料的损害，延长侧吹还原炉使用寿命。

1 侧吹还原炉烘炉要点

烘炉要点与侧吹还原炉本身的结构及炉体所使用的耐火材料特性密不可分。

1.1 侧吹还原炉本体结构

侧吹还原炉通常设计为一矩形立式炉型，从下至上主要由炉缸、炉身、四层水套及炉顶等组成[3]，详见图1。

图1 侧吹还原炉立面

由图1可知，炉缸为一个长方形容器，是侧吹还原炉的熔池区域，由耐火材料和钢板构成。其中，侧吹还原炉用耐火材料主要包括镁铬砖、黏土砖、镁砂填料、镁铬质浇注料、镁铬质捣打料以及硅酸铝耐火纤维板。侧吹还原炉烘炉的关键区域就是炉缸，因此如何保证对炉缸内耐火材料的有效烘烤，是烘炉能否成功的关键。侧吹还原炉的炉体是由铜水套组成，根据工艺需要设置不同层数的铜水套。炉顶采用的是钢水套内衬耐火浇筑料。为了达到更好的烘炉效果，炉顶及四层钢水套内衬的浇注料可在安装前提前浇筑，并在地面上用电阻丝预先烘好后再进行安装[3]。

1.2 耐火材料的选择

侧吹还原炉本体除了铜水套、钢水套、钢结构框架外，主要由耐火材料构成，因此耐火材料的选择尤其重要。根据侧吹还原炉处理不同的原料特性以及侧吹还原炉本身的工作原理可知，侧吹还原炉一次风口、炉缸放渣及放金属溶体的区域耐材的腐蚀及消耗比较严重。侧吹还原炉通常的工作温度在1 200～1 500℃，因此侧吹还原炉在耐火材料的选择上必须满足耐高温、热稳定性强、荷重变形温度高、耐压强度高、不参与造渣等特点。通常来说，侧吹还原炉在易腐蚀、易被冲刷的区域选择三氧化二铬含量较高的镁铬质耐火材料[4]。

另外，耐火材料的砌砖形式也会影响到耐火材料后期使用过程的稳定性。在目前的耐火材料结合形式中，电熔再结合的形式能很大程度提高耐材的使用性能，保证耐火材料的耐高温强度高、抗腐蚀性好。为解决耐火材料热膨胀问题，通常在砌筑过程中将砌体与壳体间预留一定的膨胀空间[5]。

2 烘炉新装置

针对传统烘炉装置存在的问题，拟设计了一种新型烘炉装置。新烘炉装置整体轻便，安装及拆卸耗时较短。针对侧吹还原炉的结构特点，新烘炉装置在使用过程中与侧吹还原炉炉体能快速有效地衔接，在起到烘炉作用的同时，还能在侧吹还原炉运行过程中进行有效补热。

烘炉新装置设置在侧吹还原炉一次风口处，其组件包括以下部分：1）燃烧风管，主要用于烧嘴组件的燃烧风的接入；2）天然气管，用于烧嘴组件的天然气的接入；3）喷头角度调整机构，主要是利用调整结构支点通过螺旋来实现对烧嘴根部喷头角度的调整；4）点火装置，当炉内温度没有达到着火点时，点火装置便于烧嘴点火；5）预混装置，在烧嘴根部设置1个预混装置，保证其处于稳定的低火状态；6）软连接密封件是一种由耐高温材质组成的可伸缩部件，便于烧嘴筒体与喷头之间角度的调整。烘炉新装置及其安装示意，见图2。

图2 烘炉新装置及其安装示意

3 新烘炉装置的应用

当侧吹还原炉安装完成及炉内耐火材料等砌筑完成后，需要按照耐火材料的升温曲线进行侧吹还原炉烘炉前的各项准备工作。如何能够做到烘炉装置安装时的便捷可靠，烘炉过程中的稳定有效，烘炉后拆卸时对炉体不产生负作用，是新烘炉装置在应用过程中需要特别关注的问题。

烘炉新装置设置在侧吹还原炉一次风口处，与侧吹还原炉炉壁安装在一起；烘炉时，一次风口是拆卸下来的。新装置的筒体直径大小可根据侧吹还原炉的一次风口安装孔径的大小进行调整；新装置的烧嘴筒体的长度可根据炉壁的厚度进行调整。燃烧空气通过燃烧风管进入烘炉装置的筒体，天然气通过天然气管进入烘炉装置的筒体，二者在喷头内进行混合、燃烧。烘炉时，根据侧吹还原炉炉缸内升温曲线及升温区域的要求，可通过喷头角度调整机构以调整机构支撑点为支撑进行适当调整喷头的角度。经过反复测试，通常使用的调整角度为上下各60°。通过对侧吹还原炉内燃烧火焰的控制，达到对烘炉区域进行调整的目的，满足侧吹还原炉各区域烘炉的要求。

以江西上饶某铅冶炼厂为例，该厂在2016年弃用鼓风炉处理富铅渣后，新建了1台8.4 m2的富氧侧吹还原炉用于还原富铅渣。该工艺的引进成功提升了企业竞争力，企业效益当年就得到了明显提升，能耗指标得到了较大的改善。然而，由于侧吹还原炉应用前期，在侧吹还原炉烘炉工作方面没有能采取好的烘炉方法和装置，导致烘炉过程中，炉体的拆卸工作量较大，不仅投入了较多的人力、物力，对炉体实际作业率也有负面影响。上述新烘炉装置在该企业进行试用后，成功提高了烘炉效率，在烘炉的操作和燃料的利用率上表现出明显的优势。

4 结语

目前，侧吹还原炉在国内冶金生产行业已得到了广泛推广和普及。采取正确的烘炉手段、选择得当的烘炉装置能保证侧吹还原炉安全使用、延长侧吹还原炉使用寿命、提高侧吹还原炉的作业率。本文所阐述的烘炉新装置极大地优化了侧吹炉烘炉过程，保障了烘炉效率，值得推广。