耐火澆注料
耐火材料在鉛冶金行業的設計與應用
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耐火材料在鉛冶金行業的設計與應用

發布時間:2022/3/2 17:27:39
有色金屬冶煉對於耐火材料的要求比較複雜,既要有足夠的耐高溫性,還需具備一定的高溫強度,同時需具備良好的抗渣侵蝕及抗爐渣、煙氣衝刷的能力,因此對於爐內耐火材料的選擇有著嚴格的要求。同時對於各種有色金屬的冶煉均有各自特點,需有選擇性地選用耐火材料。

目前國內使用在有色金屬冶煉行業中的耐火材料大致分為兩大類:偏酸性耐火材料、偏堿性耐火材料。偏酸性耐火材料以三價氧化物為主(Al?O?-SiO?係),主要包括高鋁磚、莫來石磚、鋯剛玉磚等;而偏堿性耐火材料則以二價氧化物為主(MgO-Al?O?、MgO-Cr?O?係),包括鎂鉻磚、鎂鋁磚、鎂鋁尖晶石磚等。

1、耐火材料在鉛冶金行業的設計與應用實踐
1)爐底設計
經過多年的實際生產經驗,對於鉛冶煉,所使用的冶金爐包括處理各種鉛物料的幾十種冶金爐,但冶金爐的耐火內襯主要使用的是鎂鉻磚、高鋁磚、高鋁質的耐火搗打料等。

(1) 爐底永久層區域
在爐襯的設計中,爐體內各個位置不同,耐材的選擇也相應變化。以固定臥式冶金爐爐體為例,爐底一般使用的有鎂鉻磚、高鋁磚、鋁鉻尖晶石及高鋁質搗打料、鎂質搗打料等,還有的使用高強防滲搗打料,其成分也是屬Al?O?-SiO?係, Al?O?的含量>75%。液態鉛的比重達10.6g/cm?,滲透性極強,因此爐底耐材既要有散熱的功能,也要具備較高的防滲鉛的能力。



目前廣泛應用的做法是爐底鋼板上首先鋪設高鋁磚,高鋁磚具有較高的耐壓強度(常溫耐壓強度40~60MPa),用作爐底底部作為墊層比較合理;在爐底墊層上部應設置一層具有抗鉛滲透的耐火材料,目前采用的有鎂質搗打料或高強防滲搗打料(高鋁質),兩種均可起到隔層的作用。其中鎂質搗打料的配比為:鎂砂:鎂粉=7:3,配以鹵水,鎂砂粒度:0.2~0.5mm70%、1.5~3.0mm 30%;高強防滲搗打料的成分則是:高鋁質的各種粒度的骨料、骨粉配置而成,在經過高溫烘烤後,各種粒度的骨料膨脹緊密結合,達到理想的防滲鉛目的。

必須注意的是鎂質、鎂鉻質搗打料搗打完成後,需進行低溫烘烤,烘烤出遊離水後,用細鎂粉將伸縮縫填實,以保證搗打層的強度和密實性。搗打料的厚度建議為150~300mm,既便於搗打時一次完成,又能較為均勻地完成烘烤,形成防滲效果較好的整體層。

(2)爐底工作層區域
對於爐底的安全層和工作層耐火材料的選擇,廣泛使用的是鎂鉻磚。其中安全層可采用直接結合鎂鉻磚,工作層則采用半再結合鎂鉻磚,隨著鉛液麵的波動, 爐底的溫度波動明顯,因此應選擇熱震性好的半再結合鎂鉻磚。爐底安全層和工作層也有采用高鋁磚的,一般此種爐型都會有~400mm高的底鉛層,因此爐底不會受到熔渣的侵蝕,可選用 Al?O?的含量不小於75%的高鋁磚作為爐底安全層和工作層的襯磚。

2)爐內工作區域
爐膛內工作區域(爐壁、爐頂)的耐材選用分為兩個區域進行,一部分是熔池區(尤其是渣線區域)的耐火磚另一部則是氣象區的耐火磚。

(1)爐內熔池區
熔池區(尤其是渣線區域)的耐火磚會受到熔渣的侵蝕和衝刷,鉛冶煉熔渣成分較為複雜,高鋁質的耐火材料會參與造渣反應,因此選用高鋁質的耐火磚是不合適的,應選用鎂鉻材質的耐火磚。同時考慮到耐火磚的抗渣侵蝕及抗衝刷性,應選用電熔再結合的鎂鉻磚。

該材質的磚在抗渣侵蝕性優於半再結合鎂鉻磚。Cr?O?的含量增加可以提高磚的抗渣侵蝕性,因此盡量選擇Cr?O?含量較高的鎂鉻質耐火磚。

(2)爐內氣象區
氣象區耐火磚不會受熔渣的侵蝕,僅受少量熔渣的噴濺侵蝕和含塵煙氣的衝刷,因此可選用含Cr?O?較低的鎂鉻質耐火磚。國內某廠的煉鉛還原爐內采用的鎂鉻磚在生產初期所使用的是含Cr?O?較高的直接結合鎂鉻磚,則出現了氣象區處的鎂鉻磚表麵無金屬和渣的包裹、磚斷成兩段、結構疏鬆等現象,根據分析結果判斷是耐火磚中的Fe?﹢、Fe?﹢大量還原成單質Fe,從而導致磚體結構疏鬆。

因此在維修中改用了含Cr?O?較低的電熔再結合鎂鉻磚(Cr?O?含量為12%)。此改進主要的原因是電熔再結合鎂鉻磚的顯氣孔率低,同時降低耐火磚中Fe?﹢、Fe?﹢的含量,從而更適應在氣象區的強還原性氣氛,延長使用周期。改用此類型的電熔再結合鎂鉻磚後,大大延長了使用時間,取得了良好的效果。

2、結語
國內的鉛冶煉行業所使用的爐型比較多,冷卻裝置在各類冶金爐中也有所應用,對延長冶金爐的使用壽命具有較好的作用。但從使用過程中看,對於鉛冶煉這種過熱度大,原料複雜,鉛冰銅又容易侵蝕冷卻裝置的冶煉過程,靠冷卻裝置掛渣的操作還存在一定的安全隱患,因此冷卻裝置內部襯有耐火材料仍然是不可或缺的。耐火材料的正確使用與冷卻裝置是相輔相成的,可以起到互相保護的作用。

在根據冶煉工藝特點,冶煉物料特性,正確的選擇及使用耐火材料的基礎上, 要保證冶金爐的正常運行,保證合理的爐壽,使企業獲得經濟效益,還必須有正確合理的耐火材料設計,包括結構設計、膨脹計算、砌體的升溫烘烤都影響著耐火材料的正常使用。

因此,在現有發展的基礎上,還需更深一步地圍繞耐火材料進行耐衝刷性、抗渣侵蝕性、應力分析、烘烤製度等方麵進行深入研究改進,需要耐火材料供應商、設計單位和用戶多方麵的共同努力,才能使耐火材料取得更好的應用效果。
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