集排鉛式煙化爐的實(shí)踐應(yīng)用

薛藝偉，李 輝，宗成勇

（山東恒邦冶煉股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

“底吹熔煉-熔融還原-富氧揮發(fā)連續(xù)煉鉛新技術(shù)”中經(jīng)過還原爐沉鉛后產(chǎn)生的還原爐渣排至煙化爐進(jìn)行還原提鋅，還原爐渣含鉛指標(biāo)一般控制在1.5%～3%，還原爐渣鉛被還原成液態(tài)鉛，除部分鉛蒸汽隨著煙氣進(jìn)入除塵系統(tǒng)外，部分被還原的鉛沉降在爐底，隨著冶煉生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行，爐底鉛液逐漸富集到一定程度且無(wú)法排鉛時(shí)，出現(xiàn)爐底漏渣漏鉛及水套漏水等問題，影響煙化爐爐壽，不僅制約生產(chǎn)，還存在嚴(yán)重的安全問題。鉛是典型的重金屬，關(guān)于煙化爐排鉛的研究與報(bào)道較少。基于對(duì)煙化爐排鉛重要性的認(rèn)識(shí)，并借鑒對(duì)高爐爐底排鉛的工程實(shí)踐，對(duì)煙化爐排鉛進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)踐運(yùn)用。

1 鉛在爐底的行為和危害

在煙化爐還原吹煉過程中，部分鉛被還原出來(lái)后因其密度大、流動(dòng)性好，逐漸沉降到爐底。由于液態(tài)鉛的滲透力極強(qiáng)，具有“無(wú)孔不入、有縫就鉆”的特性。在煙化爐爐底受多種壓力的作用，底部的鉛液沿著磚本身的氣孔和磚體縫隙向下滲透，一直到327.5℃處等溫線的磚層才暫時(shí)凝固下來(lái)。隨著吹煉的侵蝕，爐底上部的磚層變薄，爐底溫度升高，原凝固點(diǎn)的等溫線也會(huì)逐漸向下移位，等溫線以上凝固的鉛又會(huì)重新熔化繼續(xù)向下滲透。當(dāng)鉛液遇到因磚縫泥漿不飽滿或松散而形成的“真空”時(shí)，鉛液便會(huì)自動(dòng)進(jìn)行填補(bǔ)。鉛液的不可壓縮性，將在爐底形成一股巨大的膨脹壓力，隨著鉛的不斷產(chǎn)生富集，其破壞作用嚴(yán)重，輕則造成磚間縫隙增大，重則會(huì)發(fā)生爐底浮磚事故，導(dǎo)致砌磚發(fā)生變形、扭曲甚至斷層、裂紋。

2 爐底集排鉛的基本原理

在煙化爐爐底增設(shè)集排鉛設(shè)施是解決上述問題的有效措施。由于鉛的密度、熔點(diǎn)、粘度、流動(dòng)性及滲透力與熔渣明顯不同，加之爐底磚層溫度場(chǎng)和磚體的特點(diǎn)，為鉛、渣在爐底上部的分離造成了特定的條件，因此鉛液能通過的渠道，爐渣就無(wú)法通過，爐渣已占用的渠道和位置，鉛液也能將其擠開。鉛液在爐底磚層中暢通無(wú)阻，而爐渣卻無(wú)法流下來(lái)。爐底積鉛有了“出路”，不會(huì)在爐底積累，產(chǎn)生膨脹而破壞爐襯。同時(shí)，試驗(yàn)表明：當(dāng)磚層的縫隙細(xì)密且泥漿充實(shí)飽滿時(shí)，鉛液不通過磚縫而是通過磚體本身氣孔、細(xì)微縫隙或溶洞之間滲透，在爐底溫度場(chǎng)較低的情況下，鉛液都難以從磚縫中滲透，爐渣就更難以從磚縫中通過，也就不存在爐渣外流的問題了[1]。

爐底排鉛是一個(gè)鉛的沉降、滲透、聚集、排放的過程，爐內(nèi)鉛液沉降到爐底表面，然后通過磚縫及氣孔的滲透而積聚于集鉛槽，然后從排鉛口排放。

3 爐底集排鉛的設(shè)計(jì)

集排鉛結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一要不影響爐底結(jié)構(gòu)形式和爐底整體性，二要有利于排鉛操作和順利排鉛。

（1）結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)鉛煙化爐的冶煉特性以及冶煉過程中鉛與爐渣對(duì)爐底的侵蝕形式，結(jié)合冷卻設(shè)施與鉛液流動(dòng)的特點(diǎn)，參照高爐排鉛的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)出單出口“豐”字型的集排鉛槽，有利于爐底絕大多數(shù)鉛能夠進(jìn)入集排鉛槽富集排出，鉛槽的規(guī)格為50mm×75mm，排鉛口為中心內(nèi)徑50mm的穿孔鎂鉻耐火磚[2]。

（2）位置高度。位置偏低，在生產(chǎn)前期長(zhǎng)期處于低溫，無(wú)法及時(shí)排鉛，不能充分發(fā)揮其應(yīng)有作用，位置偏高，在爐底磚被部分侵蝕后容易產(chǎn)生漏渣事故。集排鉛槽處的溫度是一個(gè)重要的參數(shù)，如果溫度過低，則鉛液無(wú)法到達(dá)集排鉛槽，溫度過高，雖有利于排鉛，但會(huì)導(dǎo)致排鉛次數(shù)頻繁，隨著爐齡的增長(zhǎng)，鉛液還會(huì)向排鉛槽下繼續(xù)滲透且無(wú)法排出。實(shí)踐證明，集排鉛槽內(nèi)溫度在450-550℃范圍為宜，經(jīng)驗(yàn)算該溫度區(qū)域在爐底上層表面的下方300mm左右處，故當(dāng)爐底共砌4層磚時(shí)，上層為高300mm鋁鉻磚，下面三層均為高75mm鋁鉻磚，集排鉛槽布置在上數(shù)第二層。

（3）材質(zhì)。集排鉛槽的材料選用性能穩(wěn)定的鋁鉻磚，具有耐高溫、耐壓強(qiáng)度高等特點(diǎn)，對(duì)于延長(zhǎng)集排鉛槽及爐底壽命大有裨益，能有效防止鉛液繼續(xù)向下滲透。

4 煙化爐爐底集排鉛的生產(chǎn)實(shí)踐及意義

（1）爐底及集排鉛槽的砌筑實(shí)踐。砌筑爐底底部第一層橫向平砌，每隔4塊磚夾2mm紙板一塊，砌筑底部第二層橫向豎砌，磚體壓住下部磚與磚的縫隙，每隔4塊磚夾2mm紙板一塊，砌筑底部第三層橫向平砌，磚體壓住下部磚與磚的縫隙，每隔4塊磚夾2mm紙板一塊，同時(shí)這一層不全砌滿，按照?qǐng)D1進(jìn)行砌筑，其中“豐”字形區(qū)域該層不砌磚，形成集鉛槽，集鉛槽尾端使用一中心圓孔磚通往爐外用于排鉛。最上面豎向砌筑最后一層磚，全部砌滿，每隔4塊磚夾2mm紙板一塊，縫隙處用鋁鉻泥漿填實(shí)。

生產(chǎn)時(shí)，還原爐渣中被還原出的鉛液沉降在爐底磚上，逐漸滲透至第二層的集鉛槽中，通過集鉛槽收集鉛液再通過排鉛口定期向爐外排鉛。排鉛時(shí)間一般放鉛頻次在20-30天左右，具體時(shí)間主要看還原渣與氧化鋅煙灰的含鉛品質(zhì)，若含鉛品質(zhì)很低，可以適當(dāng)延長(zhǎng)放鉛間隔時(shí)間。

（2）煙化爐爐底集排鉛的意義。①提高金屬回收率，增加經(jīng)濟(jì)效益。通過新增爐底集排鉛系統(tǒng)后，煙化爐每年排鉛約40噸，鉛回收率較之前提高0.04%。②采用集排鉛結(jié)構(gòu)的煙化爐，滲入爐底磚襯中的積鉛有了外排的通道，不會(huì)在爐底磚中長(zhǎng)期積累，從而消除了鉛對(duì)爐底磚的破壞作用，有利于保護(hù)爐底，延長(zhǎng)煙化爐爐壽。

圖1 帶集排鉛爐底的煙化爐方案圖

5 結(jié)語(yǔ)

煙化爐采用集排鉛結(jié)構(gòu)后，顯著減少鉛液對(duì)下部耐火磚及爐體水套的進(jìn)一步侵蝕，延長(zhǎng)爐壽，提高開車率，同時(shí)通過集鉛槽將還原爐渣中的部分鉛以粗鉛形式進(jìn)一步回收，得到較好的經(jīng)濟(jì)效益，回收率進(jìn)一步提高。