降低鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐熔煉四氧化三鐵影響的生產(chǎn)實(shí)踐

馬占峰

(瑞木鎳鈷管理(中冶)有限公司，北京 100028)

0 引言

葫蘆島鉛鋅廠于2007年正式開產(chǎn)。鼓風(fēng)爐雖算不得新型工藝，但對(duì)于那時(shí)的人們還是新鮮的事物。生產(chǎn)初期原設(shè)計(jì)爐床面積為18 m2,有三臺(tái)熱風(fēng)爐依次交替為鼓風(fēng)爐供熱風(fēng)由于是生產(chǎn)初期對(duì)于各工藝指標(biāo)都處于摸索階段，雖有些方面取得了一些成果，但到后期Fe3O4的大量出現(xiàn)，造成溜槽凝結(jié)，嚴(yán)重威脅鼓風(fēng)爐的生產(chǎn)，甚至有些時(shí)候造成鼓風(fēng)爐不能排渣，被迫停爐的局面。在第一次對(duì)爐體進(jìn)行中修期間，發(fā)現(xiàn)爐墻、爐底、側(cè)壁以及前床各部存在厚厚的Fe3O4。Fe3O4對(duì)鼓風(fēng)爐爐體的危害以前只是從期刊文獻(xiàn)上了解過，經(jīng)歷過此次中修使我們真正感受到Fe3O4對(duì)鼓風(fēng)爐產(chǎn)生的巨大危害，從此我們便開始了如何降低Fe3O4方法探索。經(jīng)過一年半的觀察、認(rèn)真研究并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)Fe3O4的危害有了更深刻的認(rèn)識(shí)，通過反復(fù)摸索總結(jié)出一套行之有效的如何降低Fe3O4危害的方法。

1 Fe3O4的產(chǎn)生與危害

Fe3O4熔點(diǎn)為1 527 ℃，密度為5.18 g/cm3,相比爐渣密度較大，熔于爐渣，爐溫偏低時(shí)極易析出，前床底部及側(cè)壁以及鼓風(fēng)爐底部極易沉積，同時(shí)伴隨有ZnS等雜質(zhì)，前床往往容易形成熔鉛和爐渣間的橫膈膜，對(duì)鼓風(fēng)爐的正常生產(chǎn)往往會(huì)造成嚴(yán)重影響。鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐生產(chǎn)過程中，F(xiàn)e3O4的產(chǎn)生主要有以下來源：

1.1Fe3O4在熔煉化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生

鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐生產(chǎn)中，常伴隨如下化學(xué)反應(yīng)：

(1)

(2)

反應(yīng)過程一：爐料在熔煉過程中FeS不斷被氧化從而生成FeO。反應(yīng)過程二：因料層受各風(fēng)口處爐溫不均影響往往存在不均現(xiàn)象，且爐料中二氧化硅成分較少，部分FeO無法與二氧化硅完全造渣，從而導(dǎo)致FeO被進(jìn)一步氧化成Fe3O4。風(fēng)口區(qū)域氧濃度、溫度增加會(huì)促進(jìn)反應(yīng)發(fā)生，因此大量的Fe3O4便會(huì)產(chǎn)生。

1.2返回物料所帶來的Fe3O4

葫蘆島鋅廠鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐將冶煉過程中產(chǎn)生的鉛、鋅浮渣、氧化鋅等直接加入鼓風(fēng)爐(粒度小于30 mm的進(jìn)入配料倉進(jìn)行配料)，加之爐料本身就含有一定的鐵，因鼓風(fēng)爐風(fēng)口區(qū)溫度高，氧濃度高且和爐料直接接觸，因此也極容易生成Fe3O4。鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐爐渣中SiO2與Fe3O4對(duì)應(yīng)的關(guān)系如圖1所示。爐渣中Fe3O4濃度隨著SiO2含量的升高而降低，基本呈現(xiàn)反比的關(guān)系。

圖1

2 降低Fe3O4的途徑

要想從根本上排除Fe3O4的危害最好考慮如何降低鼓風(fēng)爐熔煉過程中Fe3O4的生成。鼓風(fēng)爐重要爐料之一燒結(jié)塊在生產(chǎn)過程中各種返料加入以及各種雜料添加不可避免，這些物料均含有一定量鐵，因此考慮如何降低Fe3O4在爐渣中含量，以及如何減少Fe3O4在熔煉過程中形成就顯得尤為重要。

2.1 如何減少Fe3O4在熔煉反應(yīng)過程中生成

形成Fe3O4往往是因?yàn)镾iO2與FeO未及時(shí)充分接觸，這與供料車間混料工的操作密不可分，當(dāng)混料操作越精細(xì)和翻料、倒料越頻繁SiO2與FeO接觸越均勻，促進(jìn)了FeO與SiO2造渣反應(yīng)從而減少了Fe3O4的生成機(jī)會(huì)。Fe3O4被還原造渣過程反應(yīng)如下：

(3)

ΔG0=61 128-45.94T(298-1 478 K)
ΔG0=149 997-106.19T(1 478～1 808 K)

以上反應(yīng)從熱力學(xué)角度分析表明SiO2與FeO造渣反應(yīng)很明顯比Fe3O4被還原的反應(yīng)容易得多。所以，從這個(gè)思路出發(fā)，二氧化硅在爐料中的分布均勻情況對(duì)Fe3O4被還原有著重要影響，因此加強(qiáng)供料車間配料與混料管理將起著很重要作用，二氧化硅分布均勻?qū)⒏佑欣贔e3O4被還原以及Fe3O4的減少。

2.2 熔煉過程中及時(shí)排出產(chǎn)生的Fe3O4

Fe3O4在鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐熔煉過程中溶解在爐渣與熔鉛中，如不及時(shí)排出系統(tǒng)將會(huì)對(duì)系統(tǒng)正常生產(chǎn)造成影響。鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐在正常生產(chǎn)情況下，F(xiàn)e3O4一般不會(huì)滯留在爐體中，通常在焦點(diǎn)區(qū)上移、爐缸中熔體溫度低，爐況惡化時(shí)才會(huì)出現(xiàn)滯留情況。在熔鉛和爐渣中Fe3O4溶解度隨著溫度上升而增大，鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐在熔煉過程中熔體有著良好的過熱性，F(xiàn)e3O4通常不會(huì)大量的積累在爐床內(nèi)，前床的保溫工作如果做的比較到位，F(xiàn)e3O4亦不會(huì)在前床出現(xiàn)大量積累。前期鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐爐床和前床中Fe3O4大量積累，究其原因主要與熔體溫度低以及爐況持續(xù)惡化所致。

Fe3O4在熔鉛中的溶解度與熔鉛品味基本成反比關(guān)系，熔鉛品位低有利于帶走Fe3O4，但一味追求降低鉛品味不僅不經(jīng)濟(jì)而且破壞系統(tǒng)工藝，鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐所產(chǎn)熔鉛品位基本在65%左右，選擇這樣鉛品位實(shí)踐表明Fe3O4不會(huì)對(duì)正常生產(chǎn)帶來不利影響。

2.3 爐渣化學(xué)成分的摸索

經(jīng)過很長一段時(shí)間不斷對(duì)爐料成分反復(fù)調(diào)整與對(duì)比，最終摸索出比較理想的渣型，具體成分如下：：SiO233%～36%、Fe 31%～35%、CaO 11%～13%；SiO/Fe≈1.13。這種渣型的選擇實(shí)踐證明是比較成功的，優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)降低Fe3O4的產(chǎn)生。經(jīng)過一年半生產(chǎn)摸索表明，適當(dāng)?shù)奶岣呤⑹浔燃疤岣呋炝暇鶆虺潭龋瑫?huì)在一定程度上減少Fe3O4在密閉鼓風(fēng)爐熔煉過程中產(chǎn)生。

(2)使鉛在渣中有效降低。因熔煉渣硅酸度提高，渣中鉛的物理損失和機(jī)械損失顯著降低。引起降低渣含鉛主要原因有以下幾個(gè)方面：①渣密度下降。Fe3O4和FeO密度大于CaO和SiO2的密度，相應(yīng)的提高CaO和SiO2配比，降低鐵氧化物配比，降低渣密度使渣鉛容易分離。②降低渣的表面張力。渣中鉛液滴分離過程是其克服渣的表面張力沉降的過程，鉛液滴沉降的臨界半徑和渣表面張力成正比例關(guān)系，渣的表面張力越高則鉛的機(jī)械損失就會(huì)相應(yīng)升高，也就是平時(shí)所說的渣含鉛升高。熔體中FeO與CaO的表面張力因數(shù)相較SiO2的表面張力因數(shù)較大，因此為達(dá)到降低渣的表面張力目的，可以通過提高SiO2在渣中的比例，從而實(shí)現(xiàn)粒徑較小的鉛液滴也能夠順利克服渣的表面張力得以沉降，降低渣中鉛的機(jī)械損失。③提高渣與鉛之間的界面張力。鉛在渣中的溶解度隨界面張力的增大而降低，界面張力越大也就越有利于鉛微滴匯聚與沉降，降低渣含鉛量。④渣中鉛的物理損失能有效減少。SiO2在渣中比例越高鉛在渣中溶解度越低，因此通過配料增加SiO2的含量來降低鉛在渣中的溶解，降低渣中鉛的物理損失。

隨著渣中SiO2的增加，雖然渣的熔點(diǎn)會(huì)升高，但是該渣型中的SiO2增加量不大，熔點(diǎn)的增幅也不大，因此在熔煉時(shí)，由于焦點(diǎn)區(qū)化學(xué)反應(yīng)激烈，渣的熔點(diǎn)雖然較前期有所升高，但焦點(diǎn)區(qū)溫度高，并不會(huì)給熔煉過程帶來影響。鼓風(fēng)爐的焦點(diǎn)溫度從一定程度來說由渣的熔點(diǎn)決定。所以為了提高焦點(diǎn)區(qū)的最高溫度采用熔點(diǎn)較高的渣型將有利于強(qiáng)化熔煉過程。其次，雖然渣的黏度隨著SiO2含量的增加而增大，通過增加CaO的方法就可以適當(dāng)?shù)慕档驮酿ざ龋巳蹮掃^程熔體溫度高、過熱好，隨著溫度的升高黏度降低，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)過程帶來影響。

3 調(diào)整效果取得成效

自從對(duì)渣型進(jìn)行了調(diào)整，鼓風(fēng)爐爐底、側(cè)壁以及前床Fe3O4沉積現(xiàn)象大為改善，未出現(xiàn)因Fe3O4大量出現(xiàn)被迫停爐檢修的事故。爐體、前床使用壽命也隨之延長，這不僅節(jié)約了爐體、前床維護(hù)、檢修費(fèi)用，同時(shí)也為鉛鋅冶煉廠平穩(wěn)運(yùn)行節(jié)約了費(fèi)用、降低了成本。對(duì)6個(gè)班次調(diào)整過程中渣成分統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表一，平均含Pb 0.58%、SiO235.98%、Fe 31.57%、CaO 10.94%、SiO2/Fe(質(zhì)量比)約為1.13，渣的成分均與預(yù)期結(jié)果基本吻合。

表1 連續(xù)6個(gè)班次渣型統(tǒng)計(jì)

從實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行效果來看，采用含SiO2較高的渣型是符合鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐當(dāng)前生產(chǎn)條件的，鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐在調(diào)整渣型后對(duì)生產(chǎn)未帶來不良影響，F(xiàn)e3O4大量沉積的現(xiàn)象基本得到良好的控制，這為爐體平穩(wěn)運(yùn)行創(chuàng)造了條件。

4 結(jié)束語

(1)采用SiO2含量較高的渣型以減少Fe3O4的生成，盡量避免對(duì)鼓風(fēng)爐熔煉生產(chǎn)帶來的不利影響。

(2)為保證SiO2在爐料中分布均勻，應(yīng)強(qiáng)化供料車間配料與混料操作，使料均勻，盡可能地弱化Fe3O4的生成條件。

(3)細(xì)化操作與強(qiáng)化爐體維護(hù)相結(jié)合，盡量減少返回物的產(chǎn)生，以保證返回物料的加入合理。

(4)密閉鼓風(fēng)爐熔煉系統(tǒng)的Fe3O4應(yīng)及時(shí)排出系統(tǒng)，避免積累。