張旭明

（祥云飛龍再生科技有限公司，云南祥云 672100）

SKS氧氣底吹熔煉中爐結(jié)的形成機(jī)理及對策措施

張旭明

（祥云飛龍再生科技有限公司，云南祥云 672100）

SKS富氧底吹熔煉生產(chǎn)工藝過程中，爐結(jié)的形成對生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行產(chǎn)生很大的影響，文章對生產(chǎn)實踐中爐結(jié)形成的機(jī)理進(jìn)行了研究，提出了改進(jìn)工藝技術(shù)條件、改善熔渣性質(zhì)、消除爐結(jié)的處理對策。

SKS；高鉛渣；爐結(jié)

SKS氧氣底吹還原熔煉工藝，是水口山有色金屬集團(tuán)有限公司根據(jù)QSL原理［1］創(chuàng)新的鉛富氧底吹-鼓風(fēng)爐還原熔煉工藝，目前被國內(nèi)較多的鉛冶煉企業(yè)采用。SKS煉鉛法具有原料適應(yīng)性強(qiáng)、綜合回收率高等優(yōu)點(diǎn)；但是對生產(chǎn)工藝控制條件要求較高，尤其是渣型的控制、溫度的控制要求穩(wěn)定，以減少爐結(jié)的形成。解決SKS法富氧底吹熔煉過程中的爐結(jié)問題，成了有色冶煉科技工作者研究的重點(diǎn)攻關(guān)課題。

1 爐結(jié)形成的機(jī)理

1.1 主要化學(xué)反應(yīng)及工藝流程

氧氣底吹熔煉主要化學(xué)反應(yīng)如下：

氧化造渣反應(yīng)：

2PbS+3O2＝2PbO+2SO2

CaCO3＝CaO+CO2↑

2PbO+SiO2＝2PbO·SiO2

2FeS+3O2+SiO2＝2FeO·SiO2+2SO2

2ZnS+3O2＝2ZnO+2SO2

2PbS+3O2+SiO2＝2PbO·SiO2+2SO2

2Pb+O2＝2PbO

PbS+2O2＝PbSO4

n CaO+m SiO2＝n CaO·m SiO2（n＞m）

還原沉鉛反應(yīng)：

PbS+2PbO＝3Pb+SO2

PbS+PbSO4＝2Pb+2SO2

氧氣底吹熔煉工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 SKS氧氣底吹熔煉工藝流程簡圖

1.2 爐結(jié)的形成

1.2.1 造渣反應(yīng)過程熔池爐結(jié)的形成

1.2.1.1 生產(chǎn)穩(wěn)定性波動導(dǎo)致爐結(jié)的形成

有學(xué)者研究［2］，當(dāng)高壓氧氣從爐子底部進(jìn)入底部鉛液層時，噴咀出來的射流破斷成氣泡時，氣泡后坐頻率相當(dāng)大，可達(dá)每秒5～7次，在氣泡上升和向熔體內(nèi)擴(kuò)散的過程中，伴隨燃燒、氧化反應(yīng)的劇烈進(jìn)行，熔池內(nèi)反應(yīng)的劇烈程度，有足夠的瞬間爆推力使得部分爐渣均勻地噴濺至整個筒體內(nèi)壁，在爐壁上形成類似熔融涂層。由于該過程反應(yīng)溫度較高，在形成較薄的保護(hù)性爐結(jié)后難以繼續(xù)掛渣變厚，通常不會影響熔池空間面積。相反，它會有如下作用：（1）反應(yīng)區(qū)爐身爐結(jié)在爐體耐火層形成一層相對較厚的保護(hù)層，能有效防止酸性熔質(zhì)和氣體直接與堿性耐火磚接觸；（2）覆蓋這種熔融涂層后，減少氣爆對爐磚的熱振損傷，有利于對爐體耐火磚的保護(hù)；（3）能相對增加爐內(nèi)熱容，緩減爐內(nèi)溫度的變化和傳熱損失。

但是，當(dāng)生產(chǎn)過程中因為各種因素導(dǎo)致爐內(nèi)溫度有短時間的下幅波動，爐結(jié)便會瞬間加厚，如果生產(chǎn)過程因為操作、設(shè)備、原料等因素導(dǎo)致經(jīng)常性的不穩(wěn)定，爐結(jié)便會越來越厚。

1.2.1.2 熔煉工藝特殊性導(dǎo)致爐結(jié)的形成［3］

氧氣底吹爐熔煉屬于強(qiáng)氧化強(qiáng)制熔煉過程，反應(yīng)劇烈，大部分鐵以高價鐵的形式存在：（1）這種高價磁性鐵在沉鉛區(qū)較易形成爐結(jié)，而且一旦形成后就比較難化解；（2）高價鐵粘度都比較大，容易粘結(jié)呈連續(xù)狀。氧氣底吹熔渣中鐵物相分析結(jié)果見表1。

表1 高鉛渣中鐵的物相

1.2.2 還原及沉淀過程熔池爐結(jié)的形成

SKS氧氣底吹熔煉的目的主要是生產(chǎn)供鉛鼓風(fēng)爐還原熔煉用的高鉛渣，通常不會連續(xù)放鉛。如果高比例處理低品位鉛精礦，或者搭配各種低品位含鉛渣料較多，結(jié)果造成：（1）鉛量較少，放鉛周期較長，造成熱量不能很好地從反應(yīng)區(qū)傳遞至沉鉛區(qū)，在還原沉鉛段（煙氣出口端）熔體及空間溫度比反應(yīng)段相對較低；（2）品位低，渣量多，渣的比例較高，比較容易形成爐結(jié)。

1.2.3 處理冶鋅渣比例高導(dǎo)致爐結(jié)的形成

由于冶鋅渣里大部分其它金屬均以硫酸鹽形式存在，硫酸鹽熔融渣的粘度都相對較大，熔點(diǎn)和分解溫度都相對較高，如果硫酸鹽不能夠在較高溫度下快速分解，或被還原，或發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，還會影響工藝的動力學(xué)過程，較容易導(dǎo)致復(fù)雜爐結(jié)的形成［4］。

1.2.4 煙道口結(jié)渣的形成

如前所述，由于爐內(nèi)反應(yīng)劇烈，當(dāng)熔體噴濺，或因為強(qiáng)大的煙氣流將類似霧態(tài)熔體攜帶至煙道口時，會因為溫度梯度因素在煙道口形成凝結(jié)，雖然生長速度不大，但是一旦形成，自然消除難度很大。

2 形成爐結(jié)的影響

1.SKS氧氣底吹熔池爐結(jié)逐漸形成后，會減小熔池的有效容積，降低設(shè)備作業(yè)率和物料處理能力。

2.降低爐內(nèi)高溫熔體的熱容，影響爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定，惡化工藝過程爐況，影響連續(xù)熔煉的反應(yīng)速度和反應(yīng)程度，延長反應(yīng)過程周期。

3.縮短爐齡，降低爐子生產(chǎn)周期，增加設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用。

4.增加高鉛渣生產(chǎn)單耗和系統(tǒng)生產(chǎn)成本。

5.煙道口結(jié)渣的形成，會影響煙氣出口面積，影響爐內(nèi)壓力的變化和收塵抽力，可能導(dǎo)致低空污染。

6.影響生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，不利于現(xiàn)場操作，降低作業(yè)效率。

7.造成沉鉛區(qū)抬高，熔池容積減小，渣鉛分離不好。

8.虹吸道窄小、延長，造成排鉛不順暢。

3 對策及措施

3.1 合理選擇渣型

合理選擇造型，確保最佳的熔點(diǎn)、粘度、流動性等熔渣基本性質(zhì)。

硅、鐵、鈣三元系熔渣相圖如圖2所示，根據(jù)圖2的分析理論［1］及SKS煉鉛法氧氣底吹爐生產(chǎn)實踐，一般采取低鐵硅比、高鐵鈣比渣型，即爐渣渣型Fe∶SiO2∶CaO＝6∶5∶3。生產(chǎn)實踐證明該渣型優(yōu)于傳統(tǒng)的Fe∶SiO2∶CaO＝6∶5∶4渣型及高鈣渣型，但是在鉛鼓風(fēng)爐還原熔煉過程中需對渣型進(jìn)行一定的調(diào)整。

該渣型的硅酸度＝酸性氧化物中氧的質(zhì)量數(shù)／堿性氧化物中氧的質(zhì)量數(shù)＝1.3

3.2 加強(qiáng)工藝技術(shù)條件管理

加強(qiáng)配料的精準(zhǔn)性，精確操作熔劑的搭配，穩(wěn)定控制渣型成分；加強(qiáng)工藝紀(jì)律的檢查落實，及時糾正違章、違規(guī)操作。

3.3 控制合理的鉛液面和渣液面

1.合理安排放鉛周期，確保鉛液面的高度即保證液鉛存量，以使氧氣穿過鉛層、渣層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后到達(dá)渣面的壓力穩(wěn)定，保證爐況基本穩(wěn)定。

2.確保爐內(nèi)熔體穩(wěn)定的熱容和穩(wěn)定的爐溫，保證熔渣的粘度和流動性穩(wěn)定。

3.加強(qiáng)渣口崗位的操作控制，促進(jìn)順暢排放渣。

圖2 CaO-FeO-SiO2三元系相圖

3.4 加強(qiáng)氧氣控制

氧氣濃度、壓力和流量的控制直接影響到反應(yīng)速度和反應(yīng)程度，直接影響到生產(chǎn)工藝過程的穩(wěn)定性。一是要求制氧站生產(chǎn)穩(wěn)定，氧氣的濃度和純度穩(wěn)定，二是供氧系統(tǒng)運(yùn)行正常。

3.5 加強(qiáng)體系壓力平衡控制

密切關(guān)注體系各部位壓力器，及時處理收塵網(wǎng)管系統(tǒng)的各種故障，調(diào)節(jié)抽力，合理控制爐內(nèi)壓力。

3.6 加強(qiáng)體系熱平衡控制

根據(jù)處理不同物料的成分變化，配入適當(dāng)量的煤粉確保爐內(nèi)的熱平衡，保證爐溫穩(wěn)定在1 100± 50℃。

4 結(jié)束語

1.SKS氧氣底吹熔煉各種高鉛精礦、富鉛渣，搭配處理貧鉛精礦、冶鋅渣、鉛渣、鉛泥，正因為原料適應(yīng)性強(qiáng)、成分復(fù)雜及工藝本身的特殊性，生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生爐結(jié)，對工藝控制提出了較高的要求。

2.通過選擇合理的適合SKS工藝特點(diǎn)的硅鐵鈣渣型，改善熔融渣的性質(zhì)，加強(qiáng)工藝控制，有利于消除或減少爐結(jié)對生產(chǎn)的影響。

3.經(jīng)過改善工藝技術(shù)條件，加強(qiáng)精細(xì)化操作及現(xiàn)場技術(shù)管理，很好地解決了各種爐結(jié)的問題，SKS煉鉛法能夠高比例搭配處理鋅浸出渣、低品位氧化渣及各種貧鉛冶金渣。

［1］ 《鉛鋅冶金學(xué)》編委會.鉛鋅冶金學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，2003.

［2］ 任鴻九，胡軍，姚俊峰，等，有色金屬熔池熔煉［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

［3］ 奧爾考克.火法冶金原理［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1980.

［4］ 雷霆，王吉坤.熔池熔煉-連續(xù)煙化法處理有色金屬復(fù)雜物料［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

The Formation Mechanism and MeasureMent of Furnace Accretion in the Process of SKSOxidizing in Bottom Blowing Furnace

ZHANG Xu-ming
（Xiangyun Feilong Regeneration Technology Co.，Ltd.，Xiangyun 672100，China）

In the process of SKS oxidizing in bottom blowing furnace，the formation of furnace accretion negatively affects the ongoing production process.By analyzing the formation mechanism of furnace accretion，this paper provides insights into the technological conditions to improve the technique as well as properties of the furnace accretion，and presents practicalmeasurements to eliminate furnace accretions.

SKS；high-lead residue；furnace accretion

TF812

A

1003-5540（2016）03-0046-03

2016-04-25

張旭明（1963-），男，高級經(jīng)濟(jì)師，主要從事有色重金屬及稀貴金屬冶煉技術(shù)管理工作。