冶煉行業6種爐子及所用耐火材料介紹

一、鼓風爐

 

鼓風爐廣泛應用于銅、鉛、鉛鋅、銻等金屬的粗煉過程。

 

鼓風爐由爐頂、爐身、本床（也稱咽喉口）、爐缸、風口裝置等組成。

 

 

鼓風爐示意圖

 

冶煉爐料（精礦、燒結礦等）、焦炭、熔劑、反料等固體物料，從爐頂加入，爐身下部側面風口裝置中鼓入的高壓空氣，在向上走的過程中，與向下的物料進行熔化、氧化、還原等反應，完成冶煉過程，液態金屬、锍、爐渣從爐子下部的咽喉口或爐缸排出，煙氣、煙塵、氣態金屬或金屬氧化物從爐頂煙氣出口排出。目前多為密閉爐頂，爐身為全水套，耐火材料只在咽喉口和爐缸使用，因其爐渣屬堿性爐渣，故咽喉口部分主要用鎂磚、鎂鉻磚、鋁鉻磚；爐缸側壁和爐底上部用鎂磚、鎂鉻磚、鋁鉻磚；爐底砌成反拱形。

 

二、反射爐

 

反射爐爐頭操作溫度一般為1400～1500℃，出爐煙氣溫度一般為1150～1200℃。爐底由下而上依次為石棉板、保溫磚層、粘土磚層、鎂鋁磚或鎂磚層。爐墻多采用鎂鋁磚或鎂磚，有些重要部位為了延長使用壽命均采用鎂鉻磚砌筑，外墻一般采用粘土磚。爐頂采用吊掛式爐頂，小型反射爐爐頂采用磚拱，拱頂材質為鎂鋁磚。

 

反射爐示意圖

 

 

 

我國煉鉛（銅）工廠大多采用傳統的燒結—鼓風爐熔煉流程，由于它存在著以下缺陷：

 

a、燒結過程中硫燃燒很不充分，返回料比率高；

 

b、鼓風爐爐料中鉛（銅）含量低；

 

c、大量煙氣污染環境。

 

因而人們一直在努力探索煉鉛新工藝，其目的不外乎兩個方面：

 

1、利用反應熱進行熔煉；

 

2、用一步法工藝代替原來的多步法。

 

國外已成功地研究出艾薩爐（奧斯麥特爐）、卡爾多爐、QSL法、基夫賽特法、悉羅法、富氧煉鉛爐等新型煉鉛爐和新工藝。

 

三、艾薩爐（奧斯麥特爐）

 

艾薩爐爐體為簡單的豎式圓筒形，其技術核心是采用了浸沒式頂吹燃燒噴槍，在多年小規模試驗研究基礎上，艾薩冶煉廠于1983年建成了一個處理量為5T/H的煉鉛艾薩爐。

 

溶池溫度1170~1200℃艾薩熔煉工藝過程：爐體為具有耐火材料襯里的垂直圓柱體噴槍從爐頂中插入爐內，噴槍頭部浸沒在熔池的熔渣層內，冶煉工藝所需的空氣或者富氧空氣通過噴槍送到渣面以下液態層中形成強烈攪動狀態的熔池，爐料從爐頂加入直接落入處于強烈攪動的熔池，快速被卷入熔體與吹入的氧反應，爐料被迅速熔化，生成爐渣和鉛（銅）。

 

 

艾薩爐示意圖

 

由于艾薩爐煉鉛（銅）工藝特點是物料混合時間很短，熔融金屬、渣、酸氣在爐子內發生強烈攪拌，因而也決定了其工作環境比傳統煉鉛（銅）法苛刻得多：

 

a、熔融鉛（銅）、熔渣以及酸氣對耐火爐襯的強烈沖刷；

 

b、銃對耐火爐襯的化學侵蝕、滲透；

 

c、熱應力破壞。

 

因此，艾薩爐鉛（銅）冶煉耐火材料爐襯須具有以下優良使用性能，才能實現爐窯長壽、、低耗等目的：

 

a、具有較高的常溫、高溫耐壓強度，較低的氣孔率以抵抗物料和熔融金屬、渣的沖刷；

 

b、用高純原料制作，產品中低熔物很少，能有效抵御環境與爐襯發生化學反應而變質損毀并提高抗滲透性；

 

c、具有良好的熱震穩定性能，受熱應力（溫度變化產生的應力破壞輕微）。

 

四、卡爾多爐

 

卡爾多爐用耐火材料損毀的主要因素及對耐火材料的要求和艾薩爐（奧斯麥特爐）相同。

 

卡爾多爐又稱氧氣斜吹轉爐，由于爐體傾斜而且旋轉,增加了液態金屬和液態渣的接觸，提高了反應效率。由于爐體旋轉,爐體受熱均勻，侵蝕均勻，有利于延長爐子壽命。

 

由于使用了氧氣,熔煉和吹煉都在同一爐內進行,故強化了熔煉過程,縮短了流程，且提高了煙氣中SO2濃度。

 

正確地選擇爐子內膛形狀及尺寸，對于卡爾多爐冶煉過程化學反應的順利進行，減少噴濺，減輕爐底侵蝕，制造及安裝方便是很重要的。

 

吹煉是在1100～1300℃左右的高溫中進行的，所以為保證一定的爐子壽命，須選擇合理的爐襯材質，并確定嚴格的砌筑方法。

 

 

卡爾多爐示意圖

 

設計內襯本應根據各部位的工作環境及主要侵蝕作用選用不同厚度、不同材質的耐火材料，以達到合理配置，降低成本；但考慮到卡爾多爐的侵蝕速度平均比較快（壽命2～3個月），并為了現場砌筑管理的標準化和便捷及國際標準化趨勢，采用同一厚度、同一材質的設計，并減少磚型。若需方另有要求，可按需方要求設計。

 

五、氧氣底吹爐

 

1、QLS法

 

QLS法在同一反應器內完成氧化和還原反應，其反應過程實際上分為兩步。內襯的設計配置是否合理直接關系到爐子的壽命；內襯的設計配置包括兩方面：一是確定合理的結構和尺寸；二是正確選擇耐火材料。QLS法在我國只有白銀有，爐襯厚度350mm，熔池上部選用電熔半再結合鎂鉻磚；熔池底部選用電熔再結合鎂鉻磚LDMGe－26。

 

 

氧氣底吹爐示意圖

 

2、氣底吹富氧煉鉛爐

 

氧氣底吹富氧煉鉛爐是一臺水平圓柱形反應爐。熔池上部選用直接結合鎂鉻磚LZMGe－18；熔池底部選用電熔半再結合鎂鉻磚LDMGe－18?；蛉窟x用電熔半再結合鎂鉻磚LDMGe－18?？傆昧考s160噸。

 

六、揮發窯

 

揮發窯是處理浸出渣，回收Zn、Pb、In、Ge等有價金屬的回轉窯。

 

揮發窯的特點是窯的砌體在高溫下隨窯殼一起轉動，長期處于震動狀態，同時還要承受爐料的磨損和撞擊作用；其耐火材料的損毀主要表現為：

 

（1）熔融爐渣、金屬的侵蝕。

 

（2）機械磨損。

 

（3）高溫作用，窯中間斷反應帶的溫度高達1300～1500℃。

 

所以在窯中間斷反應帶主要選用鋁鉻渣磚或鎂鋁鉻磚以達到延長窯襯使用壽命的目的。

 

 

揮發窯示意圖

 

鎂鋁鉻磚的特點是：

 

一是在生產時加入大顆粒的預合成尖晶石料，利用各種礦物高溫下的膨脹不一致性使其內部產生微裂紋，從而提高制品熱震穩定性；

 

二是鉻礦中含有Fe2O3，Fe2O3向MgO中擴散，增強了方鎂石和鎂鋁尖晶石的直接結合，促進顆粒與基質之間的結合，提高了材料的高溫強度；

 

三是加入鉻鐵礦，其中的Cr2O3與Al2O3、MgO形成連續固溶體，提高了材料的致密度和耐磨性。