冶煉行業(yè)6種爐子及所用耐火材料介紹

一、鼓風(fēng)爐

 

鼓風(fēng)爐廣泛應(yīng)用于銅、鉛、鉛鋅、銻等金屬的粗煉過程。

 

鼓風(fēng)爐由爐頂、爐身、本床（也稱咽喉口）、爐缸、風(fēng)口裝置等組成。

 

 

鼓風(fēng)爐示意圖

 

冶煉爐料（精礦、燒結(jié)礦等）、焦炭、熔劑、反料等固體物料，從爐頂加入，爐身下部側(cè)面風(fēng)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(yīng)，完成冶煉過程，液態(tài)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(tài)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(cè)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(zhì)為鎂鋁磚。

 

反射爐示意圖

 

 

 

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

 

a、燒結(jié)過程中硫燃燒很不充分，返回料比率高；

 

b、鼓風(fēng)爐爐料中鉛（銅）含量低；

 

c、大量煙氣污染環(huán)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(yīng)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(shù)核心是采用了浸沒式頂吹燃燒噴槍，在多年小規(guī)模試驗研究基礎(chǔ)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(nèi)，噴槍頭部浸沒在熔池的熔渣層內(nèi)，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(tài)層中形成強烈攪動狀態(tài)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(yīng)，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(nèi)發(fā)生強烈攪拌，因而也決定了其工作環(huán)境比傳統(tǒng)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(xué)侵蝕、滲透；

 

c、熱應(yīng)力破壞。

 

因此，艾薩爐鉛（銅）冶煉耐火材料爐襯須具有以下優(yōu)良使用性能，才能實現(xiàn)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(chǎn)品中低熔物很少，能有效抵御環(huán)境與爐襯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而變質(zhì)損毀并提高抗?jié)B透性；

 

c、具有良好的熱震穩(wěn)定性能，受熱應(yīng)力（溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)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(zhuǎn)爐，由于爐體傾斜而且旋轉(zhuǎn),增加了液態(tài)金屬和液態(tài)渣的接觸，提高了反應(yīng)效率。由于爐體旋轉(zhuǎn),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(nèi)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(nèi)膛形狀及尺寸，對于卡爾多爐冶煉過程化學(xué)反應(yīng)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(zhì)，并確定嚴格的砌筑方法。

 

 

卡爾多爐示意圖

 

設(shè)計內(nèi)襯本應(yīng)根據(jù)各部位的工作環(huán)境及主要侵蝕作用選用不同厚度、不同材質(zhì)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(xiàn)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(zhì)的設(shè)計，并減少磚型。若需方另有要求，可按需方要求設(shè)計。

 

五、氧氣底吹爐

 

1、QLS法

 

QLS法在同一反應(yīng)器內(nèi)完成氧化和還原反應(yīng)，其反應(yīng)過程實際上分為兩步。內(nèi)襯的設(shè)計配置是否合理直接關(guān)系到爐子的壽命；內(nèi)襯的設(shè)計配置包括兩方面：一是確定合理的結(jié)構(gòu)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(jié)合鎂鉻磚；熔池底部選用電熔再結(jié)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(yīng)爐。熔池上部選用直接結(jié)合鎂鉻磚LZMGe－18；熔池底部選用電熔半再結(jié)合鎂鉻磚LDMGe－18?；蛉窟x用電熔半再結(jié)合鎂鉻磚LDMGe－18?？傆昧考s160噸。

 

六、揮發(fā)窯

 

揮發(fā)窯是處理浸出渣，回收Zn、Pb、In、Ge等有價金屬的回轉(zhuǎn)窯。

 

揮發(fā)窯的特點是窯的砌體在高溫下隨窯殼一起轉(zhuǎn)動，長期處于震動狀態(tài)，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(xiàn)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(yīng)帶的溫度高達1300～1500℃。

 

所以在窯中間斷反應(yīng)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(fā)窯示意圖

 

鎂鋁鉻磚的特點是：

 

一是在生產(chǎn)時加入大顆粒的預(yù)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(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，從而提高制品熱震穩(wěn)定性；

 

二是鉻礦中含有Fe2O3，F(xiàn)e2O3向MgO中擴散，增強了方鎂石和鎂鋁尖晶石的直接結(jié)合，促進顆粒與基質(zhì)之間的結(jié)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(xù)固溶體，提高了材料的致密度和耐磨性。