側吹還原爐烘爐新裝置的應用

楊衛嚴，丁鵬，陳華勇

（1.中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330038；2.安徽華鉑再生資源科技有限公司，安徽界首 236500）

側吹還原爐是近年來國內自主研發的一種新爐型。該設備由于對處理的物料有極強的適應性，且工藝過程簡潔、環保效果好，迅速在國內銅精礦冶煉、高鉛渣還原及鉛膏蓄電池的綜合回收領域得到廣泛地應用[1]。

烘爐質量的好壞直接關系到側吹還原爐投產后的能否穩定運行，關系到側吹還原爐的使用壽命長短，影響到企業的生產效益。目前，在有色金屬冶煉生產過程中，側吹還原爐普遍采用的烘爐方法有以下3種：1）拆除側吹還原爐爐身端墻的1～2塊銅水套，利用1個大燒嘴對爐缸進行烘爐；2）拆除1次風口，并在1次風口處安裝若干個小燒嘴進行烘爐；3）對于爐缸設有渣室的側吹還原爐，在其渣室內安裝1個大燒嘴進行烘爐。上述3種烘爐方法均存在一定的弊端：方法1，銅水套的拆卸比較繁瑣且存在變形的可能，會對生產過程產生不利影響；方法2，由于燒嘴的火焰幾乎是平著對燒，爐缸下部的耐火材料很難烘透，并且燃料利用率較低；方法3，僅適用于帶有渣室的側吹還原爐，且烘爐前期效果較差[2]。基于此，本文擬提出一種側吹還原爐烘爐的新裝置，能夠有效避免上述問題的出現，實現有效烘爐，提高烘爐效率，同時減少對爐體及爐內耐火材料的損害，延長側吹還原爐使用壽命。

1 側吹還原爐烘爐要點

烘爐要點與側吹還原爐本身的結構及爐體所使用的耐火材料特性密不可分。

1.1 側吹還原爐本體結構

側吹還原爐通常設計為一矩形立式爐型，從下至上主要由爐缸、爐身、四層水套及爐頂等組成[3]，詳見圖1。

圖1 側吹還原爐立面

由圖1可知，爐缸為一個長方形容器，是側吹還原爐的熔池區域，由耐火材料和鋼板構成。其中，側吹還原爐用耐火材料主要包括鎂鉻磚、黏土磚、鎂砂填料、鎂鉻質澆注料、鎂鉻質搗打料以及硅酸鋁耐火纖維板。側吹還原爐烘爐的關鍵區域就是爐缸，因此如何保證對爐缸內耐火材料的有效烘烤，是烘爐能否成功的關鍵。側吹還原爐的爐體是由銅水套組成，根據工藝需要設置不同層數的銅水套。爐頂采用的是鋼水套內襯耐火澆筑料。為了達到更好的烘爐效果，爐頂及四層鋼水套內襯的澆注料可在安裝前提前澆筑，并在地面上用電阻絲預先烘好后再進行安裝[3]。

1.2 耐火材料的選擇

側吹還原爐本體除了銅水套、鋼水套、鋼結構框架外，主要由耐火材料構成，因此耐火材料的選擇尤其重要。根據側吹還原爐處理不同的原料特性以及側吹還原爐本身的工作原理可知，側吹還原爐一次風口、爐缸放渣及放金屬溶體的區域耐材的腐蝕及消耗比較嚴重。側吹還原爐通常的工作溫度在1 200～1 500℃，因此側吹還原爐在耐火材料的選擇上必須滿足耐高溫、熱穩定性強、荷重變形溫度高、耐壓強度高、不參與造渣等特點。通常來說，側吹還原爐在易腐蝕、易被沖刷的區域選擇三氧化二鉻含量較高的鎂鉻質耐火材料[4]。

另外，耐火材料的砌磚形式也會影響到耐火材料后期使用過程的穩定性。在目前的耐火材料結合形式中，電熔再結合的形式能很大程度提高耐材的使用性能，保證耐火材料的耐高溫強度高、抗腐蝕性好。為解決耐火材料熱膨脹問題，通常在砌筑過程中將砌體與殼體間預留一定的膨脹空間[5]。

2 烘爐新裝置

針對傳統烘爐裝置存在的問題，擬設計了一種新型烘爐裝置。新烘爐裝置整體輕便，安裝及拆卸耗時較短。針對側吹還原爐的結構特點，新烘爐裝置在使用過程中與側吹還原爐爐體能快速有效地銜接，在起到烘爐作用的同時，還能在側吹還原爐運行過程中進行有效補熱。

烘爐新裝置設置在側吹還原爐一次風口處，其組件包括以下部分：1）燃燒風管，主要用于燒嘴組件的燃燒風的接入；2）天然氣管，用于燒嘴組件的天然氣的接入；3）噴頭角度調整機構，主要是利用調整結構支點通過螺旋來實現對燒嘴根部噴頭角度的調整；4）點火裝置，當爐內溫度沒有達到著火點時，點火裝置便于燒嘴點火；5）預混裝置，在燒嘴根部設置1個預混裝置，保證其處于穩定的低火狀態；6）軟連接密封件是一種由耐高溫材質組成的可伸縮部件，便于燒嘴筒體與噴頭之間角度的調整。烘爐新裝置及其安裝示意，見圖2。

圖2 烘爐新裝置及其安裝示意

3 新烘爐裝置的應用

當側吹還原爐安裝完成及爐內耐火材料等砌筑完成后，需要按照耐火材料的升溫曲線進行側吹還原爐烘爐前的各項準備工作。如何能夠做到烘爐裝置安裝時的便捷可靠，烘爐過程中的穩定有效，烘爐后拆卸時對爐體不產生負作用，是新烘爐裝置在應用過程中需要特別關注的問題。

烘爐新裝置設置在側吹還原爐一次風口處，與側吹還原爐爐壁安裝在一起；烘爐時，一次風口是拆卸下來的。新裝置的筒體直徑大小可根據側吹還原爐的一次風口安裝孔徑的大小進行調整；新裝置的燒嘴筒體的長度可根據爐壁的厚度進行調整。燃燒空氣通過燃燒風管進入烘爐裝置的筒體，天然氣通過天然氣管進入烘爐裝置的筒體，二者在噴頭內進行混合、燃燒。烘爐時，根據側吹還原爐爐缸內升溫曲線及升溫區域的要求，可通過噴頭角度調整機構以調整機構支撐點為支撐進行適當調整噴頭的角度。經過反復測試，通常使用的調整角度為上下各60°。通過對側吹還原爐內燃燒火焰的控制，達到對烘爐區域進行調整的目的，滿足側吹還原爐各區域烘爐的要求。

以江西上饒某鉛冶煉廠為例，該廠在2016年棄用鼓風爐處理富鉛渣后，新建了1臺8.4 m2的富氧側吹還原爐用于還原富鉛渣。該工藝的引進成功提升了企業競爭力，企業效益當年就得到了明顯提升，能耗指標得到了較大的改善。然而，由于側吹還原爐應用前期，在側吹還原爐烘爐工作方面沒有能采取好的烘爐方法和裝置，導致烘爐過程中，爐體的拆卸工作量較大，不僅投入了較多的人力、物力，對爐體實際作業率也有負面影響。上述新烘爐裝置在該企業進行試用后，成功提高了烘爐效率，在烘爐的操作和燃料的利用率上表現出明顯的優勢。

4 結語

目前，側吹還原爐在國內冶金生產行業已得到了廣泛推廣和普及。采取正確的烘爐手段、選擇得當的烘爐裝置能保證側吹還原爐安全使用、延長側吹還原爐使用壽命、提高側吹還原爐的作業率。本文所闡述的烘爐新裝置極大地優化了側吹爐烘爐過程，保障了烘爐效率，值得推廣。