集排鉛式煙化爐的實踐應用

薛藝偉，李 輝，宗成勇

（山東恒邦冶煉股份有限公司，山東 煙臺 264000）

“底吹熔煉-熔融還原-富氧揮發連續煉鉛新技術”中經過還原爐沉鉛后產生的還原爐渣排至煙化爐進行還原提鋅，還原爐渣含鉛指標一般控制在1.5%～3%，還原爐渣鉛被還原成液態鉛，除部分鉛蒸汽隨著煙氣進入除塵系統外，部分被還原的鉛沉降在爐底，隨著冶煉生產的持續進行，爐底鉛液逐漸富集到一定程度且無法排鉛時，出現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，還存在嚴重的安全問題。鉛是典型的重金屬，關于煙化爐排鉛的研究與報道較少。基于對煙化爐排鉛重要性的認識，并借鑒對高爐爐底排鉛的工程實踐，對煙化爐排鉛進行了研究設計并進行實踐運用。

1 鉛在爐底的行為和危害

在煙化爐還原吹煉過程中，部分鉛被還原出來后因其密度大、流動性好，逐漸沉降到爐底。由于液態鉛的滲透力極強，具有“無孔不入、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凝固下來。隨著吹煉的侵蝕，爐底上部的磚層變薄，爐底溫度升高，原凝固點的等溫線也會逐漸向下移位，等溫線以上凝固的鉛又會重新熔化繼續向下滲透。當鉛液遇到因磚縫泥漿不飽滿或松散而形成的“真空”時，鉛液便會自動進行填補。鉛液的不可壓縮性，將在爐底形成一股巨大的膨脹壓力，隨著鉛的不斷產生富集，其破壞作用嚴重，輕則造成磚間縫隙增大，重則會發生爐底浮磚事故，導致砌磚發生變形、扭曲甚至斷層、裂紋。

2 爐底集排鉛的基本原理

在煙化爐爐底增設集排鉛設施是解決上述問題的有效措施。由于鉛的密度、熔點、粘度、流動性及滲透力與熔渣明顯不同，加之爐底磚層溫度場和磚體的特點，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阻，而爐渣卻無法流下來。爐底積鉛有了“出路”，不會在爐底積累，產生膨脹而破壞爐襯。同時，試驗表明：當磚層的縫隙細密且泥漿充實飽滿時，鉛液不通過磚縫而是通過磚體本身氣孔、細微縫隙或溶洞之間滲透，在爐底溫度場較低的情況下，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]。

爐底排鉛是一個鉛的沉降、滲透、聚集、排放的過程，爐內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 爐底集排鉛的設計

集排鉛結構的設計，一要不影響爐底結構形式和爐底整體性，二要有利于排鉛操作和順利排鉛。

（1）結構形式。根據鉛煙化爐的冶煉特性以及冶煉過程中鉛與爐渣對爐底的侵蝕形式，結合冷卻設施與鉛液流動的特點，參照高爐排鉛的經驗設計出單出口“豐”字型的集排鉛槽，有利于爐底絕大多數鉛能夠進入集排鉛槽富集排出，鉛槽的規格為50mm×75mm，排鉛口為中心內徑50mm的穿孔鎂鉻耐火磚[2]。

（2）位置高度。位置偏低，在生產前期長期處于低溫，無法及時排鉛，不能充分發揮其應有作用，位置偏高，在爐底磚被部分侵蝕后容易產生漏渣事故。集排鉛槽處的溫度是一個重要的參數，如果溫度過低，則鉛液無法到達集排鉛槽，溫度過高，雖有利于排鉛，但會導致排鉛次數頻繁，隨著爐齡的增長，鉛液還會向排鉛槽下繼續滲透且無法排出。實踐證明，集排鉛槽內溫度在450-550℃范圍為宜，經驗算該溫度區域在爐底上層表面的下方300mm左右處，故當爐底共砌4層磚時，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第二層。

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

4 煙化爐爐底集排鉛的生產實踐及意義

（1）爐底及集排鉛槽的砌筑實踐。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，同時這一層不全砌滿，按照圖1進行砌筑，其中“豐”字形區域該層不砌磚，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。

生產時，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。排鉛時間一般放鉛頻次在20-30天左右，具體時間主要看還原渣與氧化鋅煙灰的含鉛品質，若含鉛品質很低，可以適當延長放鉛間隔時間。

（2）煙化爐爐底集排鉛的意義。①提高金屬回收率，增加經濟效益。通過新增爐底集排鉛系統后，煙化爐每年排鉛約40噸，鉛回收率較之前提高0.04%。②采用集排鉛結構的煙化爐，滲入爐底磚襯中的積鉛有了外排的通道，不會在爐底磚中長期積累，從而消除了鉛對爐底磚的破壞作用，有利于保護爐底，延長煙化爐爐壽。

圖1 帶集排鉛爐底的煙化爐方案圖

5 結語

煙化爐采用集排鉛結構后，顯著減少鉛液對下部耐火磚及爐體水套的進一步侵蝕，延長爐壽，提高開車率，同時通過集鉛槽將還原爐渣中的部分鉛以粗鉛形式進一步回收，得到較好的經濟效益，回收率進一步提高。