煉鉛用奧斯麥特爐及耐火材料介紹

奧斯麥特技術是在原有賽羅熔煉法和艾薩熔煉法的基礎上，進行了大量的應用性技術開發(fā)，特別是增加了噴槍外層套筒，使爐內(nèi)所需二次燃燒風可以直接從同一支噴槍噴入爐內(nèi)，使熔池上方的金屬蒸氣和未完全燃燒的碳質(zhì)顆粒得以充分燃燒，并由激烈攪動的熔體將其吸收，較大幅度地提高爐內(nèi)反應的熱效率，同時也改善了煙氣性質(zhì)。

 

奧斯麥特爐結(jié)構是由爐殼、爐襯、爐底、爐墻、爐頂、噴槍、噴槍夾持架及升降裝置、加料裝置、上升煙道以及產(chǎn)品放出口等組成。上升煙道設計一是保證煙氣通暢，二是盡量防止黏結(jié)堵塞，而且確保發(fā)生黏結(jié)后容易清理。煙道的結(jié)構形式有傾斜式和垂直式。煙道內(nèi)襯耐火材料，目的是使進入煙道的熔渣可自流回到爐內(nèi)。傾斜式煙道黏結(jié)嚴重，而且不易清理。垂直式煙道是余熱鍋爐受熱面的一部分，這種形式的煙道內(nèi)壁溫度低、煙塵易黏結(jié)，但黏結(jié)層易脫落，好清理。

奧斯麥特爐熔煉速度快，生產(chǎn)率高，建設投資少，生產(chǎn)費用低，原料適應性強，與已有設備配套靈活、方便，操作簡便，自動化程度高，燃料適應范圍廣，有良好的勞動衛(wèi)生條件。但是爐壽命較短，噴槍保溫要用柴油或天然氣，價格較貴。

 

1、奧斯麥特煉鉛熔煉工藝流程

1）車間布置

車間布置如圖1所示。

圖片圖1注：煉鉛熔煉車間布置

2） 煉鉛熔煉工藝流程

煉鉛熔煉工藝流程如圖2所示。由圖2可知，在階段（熔煉），鉛精礦、鉛殘渣以及硫酸鉛殘渣混合二氧化硅以及石灰石一起添加到爐內(nèi)。燃料煤、噴槍空氣、噴槍氧氣以及保護氣通過噴槍進行供給。所有階段的煙塵會在熔煉階段加入。

圖片圖2注：煉鉛熔煉工藝流程

鉛金屬以及含鉛40wt.%的殘渣會在這一階段產(chǎn)生，當金屬被階段性排除后，殘渣留作下一階段反應。當爐內(nèi)殘渣容量達到上限時，給料會暫停。熔池會降低，起初通過添加鉛精礦與塊煤（還原1），隨后只是添加塊煤（還原2）。在此兩個還原階段，殘渣中的氧化鉛含量減少形成鉛金屬，殘渣中的鉛含量在過程結(jié)束后會從40wt.%降至5wt.%。氧化還原段所加物料時段如圖3所示。

圖片圖3注：氧化還原段所加物料時段

2、奧斯麥特爐結(jié)構概況

奧斯麥特爐結(jié)構如圖4所示，分為三部分：底壁（包括爐床和排放口）、上壁和錐體。爐殼由鋼板軋成并根據(jù)設計尺寸焊接。頂部包括噴槍口、進料口、備用燒嘴口、取樣口和余熱鍋爐口，如圖5所示。

圖片圖4注：奧斯麥特爐結(jié)構示意圖

圖片圖5注：奧斯麥特爐爐頂示意圖

所有的受熱面都襯有耐火磚。爐床底部主要由粘土質(zhì)耐火磚和搗打混合物組成。除了出渣口周圍區(qū)域，爐殼和椎體的整個外部表面為由垂直套管焊接在表面的水冷式。爐殼下部有一個出渣口和一個排鉛口，由雙層套管（非垂直套管）圍繞。爐體由格床結(jié)構支撐。

1） 排放口

奧爐熔煉過程產(chǎn)品可通過排放口排出。排放口可通過吹氧管或風鎬打開，要關閉排渣口可使用“泥塞”人工關閉或通過泥炮槍噴入粘土關閉排放口，包括金屬排放口，熔渣排放口。

奧爐使用的排放口含兩層（外部或內(nèi)部）水冷銅擋板。排放口用于排出熔爐內(nèi)的熔化物。排放口擋板冷卻系統(tǒng)在熔爐排放時對排放口擋板進行冷卻，如圖6所示。

降低排放口插入物被腐蝕的程度，保護水冷降低內(nèi)部排放口擋板后的防火材料的磨損，并能在停止排放后冷卻熔化物，從而幫助排放口關閉。

圖片圖6注：奧斯麥特爐排放口示意圖

由于排放口擋板插入物承受的熱循環(huán)非?？焱瑫r被腐蝕嚴重，所以它是奧斯麥特爐磨損快的部件之一。對排放口擋板插入物進行水冷能降低其磨損率，因此能降低更換它們的頻率。奧爐使用的插入物由加工過的石墨制成，并置于一個帶彈簧的楔形系統(tǒng)中。在熔爐關閉前或在“緊急排放”時，使用金屬排放口作為完全排放口將熔爐內(nèi)的熔化物全部排出。

2）電熱前床

電熱前床是用于容納奧爐產(chǎn)出的含鉛5%左右的終渣，終渣經(jīng)過渣溜槽流入20×3.162m?的電熱前床，電熱前床使鉛進一步沉淀后送入煙化爐進行鋅渣的煙化作業(yè)，設計渣高1.3m，沉淀出的鉛經(jīng)鉛排放口排入鉛包，經(jīng)鉛包吊運注入鉛鍋，渣排放口定期將渣放入煙化爐，煙化爐檢修時前床渣可通過水淬堆存，然后返回煙化爐。電熱前床通過三根石墨電對熔渣進行保溫，電源引自鼓風機房10kV配電室，正常工作時基溫度的控制是通過控制伸入前床的電和前床變壓器進行控制，三只電通過位于9米高的三只卷揚機進行控制。

3）風冷底板

奧爐底部由支撐在格床上的鋼質(zhì)底板組成。在熔爐設計和安裝時，為熔爐鋼質(zhì)外殼受熱膨脹留有富裕量。底部通過爐床上安裝的一層耐火材料進行隔熱。風冷防止底板因持續(xù)受熱而發(fā)生變形。風冷由自然對流產(chǎn)生。敞開的格床便于底部空氣流通。因此需要特別注意的是底部不可覆蓋，密封或封閉，如圖7所示。

圖片圖7注：風冷底板示意圖

4）水冷外殼

熔爐內(nèi)部使用耐火襯里，同時外部外殼也需要進行冷卻， 以防止持續(xù)受熱而發(fā)生變形。這一低強度的冷卻方法并不會對由耐火襯里傳出的熱量有太大影響，而只能冷卻凝固外殼“熱面”的一薄層爐渣并在耐火材料失效的情況下保護外部鋼質(zhì)外殼，從而為停爐贏得時間。水冷外殼設計采用了并行水冷環(huán)路設計，因此在其中一個環(huán)路失效后水冷系統(tǒng)還能繼續(xù)運行，從而能在可控條件下停爐。

5）Ausmelt 噴槍

奧斯麥特噴槍結(jié)構如圖8所示，內(nèi)部由四只不銹鋼同心套管組成。噴槍內(nèi)部的燃料（粉煤）、混氧風，噴槍風，套筒風都會連接到屬于各自 的管道中，噴槍大體上可以分為兩個功能區(qū)：噴槍安裝板以上部分和噴槍安裝板以下部分。安裝板以上部分提供了工藝管道的連接，該部分對噴槍的提升和固定起著重要的作用。支撐板下部是插入到熔爐的同心管。噴槍全長20.86m，爐內(nèi)長度低于12.6m。其中混氧風管短，噴槍風管長，套筒風管止于旋流器上方，粉煤管延伸至旋流器下方。

圖片圖8注：噴槍示意圖

6）保溫燒嘴

保溫燒嘴的作用有：一是新爐襯的烘烤和預熱；二是冷、熱爐的再熱；三是拆除噴槍后的保溫。爐子壓力總是維持在-250～50Pa（表壓），火焰形狀保持長而窄是非常重要的，因為如果火焰直接沖擊爐壁，則會導致爐襯的嚴重剝蝕。在到達爐膛前，長焰還可以得到充分的燃燒，減小浪費。燒嘴將使用輕柴油作為其主要燃料來源，使用空氣作為助燃物。在爐子升溫過程中，燒嘴須以較大的助燃空氣流量和燃料流量以使爐子升溫，強度從小火流量升至升溫末期的大流量，備用燒嘴的“標稱額定參數(shù)”確定應可將爐溫保持在1200℃，供應的熱量應足以補充爐子的總熱量損失。其中爐子的總熱量損失不包括廢氣排放帶走的熱量。

7）噴槍位置

圖片圖9注：噴槍位置示意圖

噴槍位置示意圖如圖 9 所示。

位置1為停靠位。噴槍完全從爐子里縮回，噴槍內(nèi)所有物料流停止，進行槍頭內(nèi)部檢查。

位置2為進入位。噴槍頭部位于噴槍口中。噴槍從位置2下降過程中，開啟外部空氣（噴槍風）以保證噴槍適當?shù)睦鋮s。

位置3為清洗位，主要功能是移除相應噴槍管道中所有剩余燃料和氧氣。

位置4為點火位。通入噴槍燃料，接著噴槍著火。在位置4，噴頭處在一個使用保溫燒嘴狀態(tài)。

位置5為保持位。噴槍使爐子維持在保持條件下的操作溫度。保溫燒嘴工作時，不允許把噴槍降至位置5以下。

位置6為噴濺位，是奧爐噴濺噴涂的高位置，主要是為了使噴槍掛渣，以達到對其隔熱的目的，這樣會增加噴槍的使用壽命。

位置7為操作位，指噴槍的“操作位”，其包括位置6以下噴頭所處的所有位置，但一般不使噴槍到達距爐底150㎜處。

3、煉鉛奧斯麥特爐使用過程中存在的問題

1）噴槍使用壽命短且材料價格非常昂貴

奧斯麥特爐煉鉛是一種高溫強化冶煉過程，鉛具有腐蝕性，同時采用噴煤技術，加速縮短噴槍壽命。為解決該問題，噴槍使用的材料價格非常昂貴。

2）煙氣溫度較高

這使得煙氣逸出爐內(nèi)時會攜帶大量煙塵，給尾氣凈化增加了負荷。

3）冶煉溫度高

爐子耐火材料消耗快，成本較高。

 

4、煉鉛奧斯麥特爐的發(fā)展趨勢

1）加強噴槍冷卻制度,通過噴槍冷卻，加速掛渣，從而利用渣層保護噴槍本體。

2）化爐內(nèi)結(jié)構,主要通過增設擋墻等措施來改變煙氣流動軌跡，進而充分利用慣性除塵，放大重力除塵的作用，以減少煙塵量。

3）引進濺渣護爐環(huán)節(jié),充分利用渣層來保護爐襯。