高爐排鉛技術實踐

陳生利

(廣東韶關鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，廣東 韶關 512123)

1 引言

近年來，隨著高爐使用大量地方礦石資源，高爐入爐原料含鉛量未能得到有效控制，特別是部分爐容在1000 m3以下的高爐，長期入爐鉛負荷偏高，導致鉛在高爐內大量富集，給高爐長壽及安全生產帶來了嚴重的不良影響。

2 鉛的物理化學性質

2.1 鉛的物理性質

鉛的元素符號Pb，英文名稱Lead，是銀灰色金屬，其結晶體屬于等軸晶體，包括八面體及六面體，原子序數為82，第IV族元素，原子量為207.21。純鉛具有良好的展性，可壓制成鉛皮，錘制成鉛箔；但延性小，不能拉成鉛絲。鉛的物理性質見表1[1]。

2.2 鉛的化學性質

鉛的常見原子價為2價和4價。鉛在大氣、水和常用化學物質體系中均較穩定。常溫下，在干燥的空氣中，鉛不會被氧化；但鉛在潮濕含有CO2的空氣中，其表面會產生Pb2O，再慢慢轉化為3PbC03·Pb(OH)薄膜，此薄膜可阻止鉛在大氣中進一步氧化，使鉛在常溫下大氣中不被腐蝕。鉛在熔融狀態下，氧化過程加劇，開始生成Pb20，繼續升溫最終生成PbO。

鉛易溶于稀硝酸(HN03)、硼氟酸(HBF4)、硅氟酸(H2SiF6)和醋酸(CH3COOH)，難溶于稀鹽酸和硫酸，緩溶于沸鹽酸及發煙硫酸。

3 鉛對高爐冶煉的危害

3.1 鉛在高爐內的還原

高爐爐料中的Pb主要以PbSO4、PbS的形式存在，Pb容易被還原。其化學反應式如下：

PbSO4+Fe+4C=FeS+Pb+4CO

(1)

PbS+CaO=CaO+PbO

(2)

PbO+CO=Pb+CO2

(3)

3.2 鉛對高爐冶煉的危害

Pb主要通過對高爐內部磚襯縫隙進行滲透來破壞高爐爐型結構。由于Pb的密度比鐵水密度大，Pb溶于鐵水沉于爐底，滲入爐底磚襯，并在爐基內形成一股巨大的膨脹壓力，其破壞作用相當嚴重，嚴重時使爐底磚襯漂浮，從而影響高爐壽命。

Pb的沸點為1749 ℃，在高爐冶煉條件下，部分隨煤氣流上升，而后被氧化成PbO隨爐料下降，再次被還原，在高爐內部循環富集。

3.3 鉛對高爐環境的危害

高爐使用含鉛礦石冶煉，當高爐內鉛富集量達到一定程度后，在高爐出鐵放渣時，部分鉛被夾帶排放出爐外。在高爐內1500 ℃左右的溫度條件下，鉛接近沸騰狀態，蒸氣壓較高，出鐵時鐵溝上方紅棕色的濃煙中，有相當數量鉛的各種氧化物，都具有不同程度的毒性，這些氧化物經呼吸系統、消化系統進入人體，會使人產生急性和慢性鉛中毒，造成神經系統、造血系統以及血管受損，嚴重影響高爐作業人員健康。

按照國家工礦企業設計衛生標準規定，車間工作現場空氣中鉛及其無機化合物最高允許濃度為0.01 mg/m3，可見，如不能合理解決高爐鉛的危害，將對煉鐵工人身體健康構成嚴重威脅。

4 高爐有效排鉛技術

4.1 高爐排鉛機理

鉛的性質決定了鉛在高爐冶煉中的行徑。大部分被還原的鉛穿過渣鐵層，隨渣鐵滴落至爐缸，由于鉛的比重大，在爐缸與渣鐵分離沉析，聚集于爐缸底部。加上鉛的粘度低，滲透能力強，爐缸底部的鉛在爐內高壓狀態下，在磚襯縫隙處不斷向下滲透。當爐底磚襯縫隙滲透量達到飽和后，便隨渣鐵外排或者使爐底磚漂浮[2]。因此，為了降低鉛富集對高爐冶煉的危害，高爐操作者需要在爐底適當位置給沉淀在爐底的鉛找一個出路，使爐底的鉛有效排出，才能大幅度降低鉛的危害。

4.2 高爐排鉛工藝

根據生產實踐，一般在高爐爐底第二層碳磚上部選擇排鉛孔。如排鉛孔選擇過低，則高爐爐底溫度不足，影響排鉛效果；如排鉛孔選擇過高，則鉛儲量少，導致不能最大程度排鉛。如高爐未設置排鉛孔，需要割開爐皮重新開一個排鉛孔，開孔位置既要能順利實現排鉛作業，又要兼顧高爐長壽與安全。臨時開排鉛孔，需要根據現場爐缸的砌筑特點與爐底侵蝕程度決定。如爐底有廢氣熱電偶測溫孔，可視情況在此基礎上鉆孔[3]。

排鉛孔確定后，在排鉛孔下沿安裝一排鉛槽，排鉛槽下方需要設置一回收池，回收池距離地面有一定的高度差，便于加熱回收池。排鉛時，采用燒氧的方法將排鉛孔燒通，液態鉛隨排鉛槽流至回收池，然后使用定制好的磨具對鉛液進行成型處理。排鉛現場工藝布置見圖1所示。

4.3 高爐排鉛作業步驟

為順利安全實現高爐排鉛作業，其操作步驟必須嚴謹，各步驟之間的關鍵節點控制至關重要，主要步驟包括：①鉆孔測溫：第一次排鉛，沿排鉛槽向高爐內襯中心鉆孔，孔徑一般30-60 mm，每鉆進深度達50 mm時，采用紅外線測溫儀測量碳磚溫度，如溫度超過600℃，即停止鉆孔；②孔道清理及加熱：將鉆孔道產生的雜物清理干凈，往孔道內放入燃料，點火加熱孔道，加熱過程中注意燃料的燃燒情況，防止氧氣壓力及流量過大而燒壞爐底磚襯；③繼續鉆孔直至鉛液流出：鉛液流出后，用排鉛槽將鉛液引流至回收池，流出鉛液的溫度一般在350-370 ℃，為保證鉛液順利流入回收池，排鉛過程中必須做好保溫工作，維持排鉛孔足夠的熱量；④用煤氣或者液化氣對排鉛槽與回收池進行加熱，待鉛液排凈后，用磨具將鉛液鑄成鉛塊回收；⑤清理排鉛現場，檢查能源介質確保關閉。

4.4 高爐排鉛安全措施

高爐排鉛作業涉及高溫有毒場所，排鉛作業安全必須放在首位。現場作業人員必須攜帶煤氣報警器，保持現場通風，如現場煤氣濃度超標，必須對排鉛孔實施緊急封堵，防止造成人員中毒事故。燒氧人員必須佩帶防護面罩，穿防高溫鋁鉑服，燒氧過程中必須專人開關閥門，專人操作，相互溝通配合，控制好氧氣壓力與流量。在使用磨具成型時，要使用專用工具，戴好高溫手套及防毒面具，防止燙傷。排鉛結束后，排鉛孔封堵需要專人檢查確認。

5 高爐排鉛實踐

廣西貴港一高爐有效容積450 m3，高爐爐底采用復合棕剛玉陶瓷杯綜合砌筑，爐底未設置排鉛孔。由于大量使用地方礦石資源，高爐入爐鉛負荷高達1.5 kg/t。生產3年時間后，于2017年初，高爐出鐵過程中鐵溝煙塵逐漸明顯，整個出鐵場彌漫著一層吹不散的濃霧。在修補鐵溝及高爐撇渣器時，發現溝底部有白色金屬存在，開鐵口時有銀白色液體從鐵口滲出；鐵口維護困難，來風早，渣鐵難出干凈，爐缸冷卻壁水溫差大幅度升高，個別水溫差超過3 ℃，爐底、爐缸碳磚熱電偶溫度明顯上升，爐缸爐皮有輕微開裂現象。

針對以上情況，2017年夏季，組織對該高爐進行排鉛作業。經現場勘察，決定在爐底碳磚第三層表面開孔，利用第二層故障熱電偶孔作為開孔位置。開孔直徑40 mm，鉆孔深度至400 mm時，見少量鉛液流出，便停止鉆孔；用燒氧方法對準孔道加熱，加熱30 min后，鉛液流量逐步變大，持續排鉛12 h，總計排鉛量31 t。

6 結語

(1)在高爐入爐鉛負荷偏高的情況下，要合理選擇排鉛時間，當高爐入爐鉛總量超過從鐵口及高爐爐頂排出的鉛量時，鉛在高爐內的富集量逐步增加，就會對高爐生產帶來嚴重的危害[2]。

(2)在高爐生產中，高爐操作者需要密切關注爐缸爐底碳磚溫度變化趨勢，定期檢測排鉛孔區域溫度變化情況，使高爐爐缸安全可控。

(3)大量排鉛實踐證明，通過排鉛技術獲得的鉛回收率只有60%水平，鉛的回收仍然存在較大的潛力，高爐操作者應該進一步就如何提高鉛的回收率不斷地進行研究。

(4)鉛對高爐冶煉的危害必須引起高爐操作者的重視，只有走精料路線，高爐入爐鉛含量才能得到有效地控制。在無法改善原料條件的情況下，排鉛工藝技術，能使高爐環境得到改善。

參考文獻：

[1] 高利坤，戴惠新.鉛鋅選礦[M]，北京：化學工業出版社，2015：5-18.

[2] 曾錫鵬，韓奕和.高爐爐底排鉛的原理及其實踐[J].煉鐵，1983(02)：23-24.

[3] 王水文，袁銘杰，張怡偉.韶鋼2號高爐人工開排鉛孔成功排鉛實踐[J].南方金屬，2008(04)：7-8.