冶炼行业6种炉子及所用耐火材料介绍

一、鼓风炉

 

鼓风炉广泛应用于铜、铅、铅锌、锑等金属的粗炼过程。

 

鼓风炉由炉顶、炉身、本床（也称咽喉口）、炉缸、风口装置等组成。

 

 

鼓风炉示意图

 

冶炼炉料（精矿、烧结矿等）、焦炭、熔剂、反料等固体物料，从炉顶加入，炉身下部侧面风口装置中鼓入的高压空气，在向上走的过程中，与向下的物料进行熔化、氧化、还原等反应，完成冶炼过程，液态金属、锍、炉渣从炉子下部的咽喉口或炉缸排出，烟气、烟尘、气态金属或金属氧化物从炉顶烟气出口排出。目前多为密闭炉顶，炉身为全水套，耐火材料只在咽喉口和炉缸使用，因其炉渣属碱性炉渣，故咽喉口部分主要用镁砖、镁铬砖、铝铬砖；炉缸侧壁和炉底上部用镁砖、镁铬砖、铝铬砖；炉底砌成反拱形。

 

二、反射炉

 

反射炉炉头操作温度一般为1400～1500℃，出炉烟气温度一般为1150～1200℃。炉底由下而上依次为石棉板、保温砖层、粘土砖层、镁铝砖或镁砖层。炉墙多采用镁铝砖或镁砖，有些重要部位为了延长使用寿命均采用镁铬砖砌筑，外墙一般采用粘土砖。炉顶采用吊挂式炉顶，小型反射炉炉顶采用砖拱，拱顶材质为镁铝砖。

 

反射炉示意图

 

 

 

我国炼铅（铜）工厂大多采用传统的烧结—鼓风炉熔炼流程，由于它存在着以下缺陷：

 

a、烧结过程中硫燃烧很不充分，返回料比率高；

 

b、鼓风炉炉料中铅（铜）含量低；

 

c、大量烟气污染环境。

 

因而人们一直在努力探索炼铅新工艺，其目的不外乎两个方面：

 

1、利用反应热进行熔炼；

 

2、用一步法工艺代替原来的多步法。

 

国外已成功地研究出艾萨炉（奥斯麦特炉）、卡尔多炉、QSL法、基夫赛特法、悉罗法、富氧炼铅炉等新型炼铅炉和新工艺。

 

三、艾萨炉（奥斯麦特炉）

 

艾萨炉炉体为简单的竖式圆筒形，其技术核心是采用了浸没式顶吹燃烧喷枪，在多年小规模试验研究基础上，艾萨冶炼厂于1983年建成了一个处理量为5T/H的炼铅艾萨炉。

 

溶池温度1170~1200℃艾萨熔炼工艺过程：炉体为具有耐火材料衬里的垂直圆柱体喷枪从炉顶中插入炉内，喷枪头部浸没在熔池的熔渣层内，冶炼工艺所需的空气或者富氧空气通过喷枪送到渣面以下液态层中形成强烈搅动状态的熔池，炉料从炉顶加入直接落入处于强烈搅动的熔池，快速被卷入熔体与吹入的氧反应，炉料被迅速熔化，生成炉渣和铅（铜）。

 

 

艾萨炉示意图

 

由于艾萨炉炼铅（铜）工艺特点是物料混合时间很短，熔融金属、渣、酸气在炉子内发生强烈搅拌，因而也决定了其工作环境比传统炼铅（铜）法苛刻得多：

 

a、熔融铅（铜）、熔渣以及酸气对耐火炉衬的强烈冲刷；

 

b、铳对耐火炉衬的化学侵蚀、渗透；

 

c、热应力破坏。

 

因此，艾萨炉铅（铜）冶炼耐火材料炉衬须具有以下优良使用性能，才能实现炉窑长寿、、低耗等目的：

 

a、具有较高的常温、高温耐压强度，较低的气孔率以抵抗物料和熔融金属、渣的冲刷；

 

b、用高纯原料制作，产品中低熔物很少，能有效抵御环境与炉衬发生化学反应而变质损毁并提高抗渗透性；

 

c、具有良好的热震稳定性能，受热应力（温度变化产生的应力破坏轻微）。

 

四、卡尔多炉

 

卡尔多炉用耐火材料损毁的主要因素及对耐火材料的要求和艾萨炉（奥斯麦特炉）相同。

 

卡尔多炉又称氧气斜吹转炉，由于炉体倾斜而且旋转,增加了液态金属和液态渣的接触，提高了反应效率。由于炉体旋转,炉体受热均匀，侵蚀均匀，有利于延长炉子寿命。

 

由于使用了氧气,熔炼和吹炼都在同一炉内进行,故强化了熔炼过程,缩短了流程，且提高了烟气中SO2浓度。

 

正确地选择炉子内膛形状及尺寸，对于卡尔多炉冶炼过程化学反应的顺利进行，减少喷溅，减轻炉底侵蚀，制造及安装方便是很重要的。

 

吹炼是在1100～1300℃左右的高温中进行的，所以为保证一定的炉子寿命，须选择合理的炉衬材质，并确定严格的砌筑方法。

 

 

卡尔多炉示意图

 

设计内衬本应根据各部位的工作环境及主要侵蚀作用选用不同厚度、不同材质的耐火材料，以达到合理配置，降低成本；但考虑到卡尔多炉的侵蚀速度平均比较快（寿命2～3个月），并为了现场砌筑管理的标准化和便捷及国际标准化趋势，采用同一厚度、同一材质的设计，并减少砖型。若需方另有要求，可按需方要求设计。

 

五、氧气底吹炉

 

1、QLS法

 

QLS法在同一反应器内完成氧化和还原反应，其反应过程实际上分为两步。内衬的设计配置是否合理直接关系到炉子的寿命；内衬的设计配置包括两方面：一是确定合理的结构和尺寸；二是正确选择耐火材料。QLS法在我国只有白银有，炉衬厚度350mm，熔池上部选用电熔半再结合镁铬砖；熔池底部选用电熔再结合镁铬砖LDMGe－26。

 

 

氧气底吹炉示意图

 

2、气底吹富氧炼铅炉

 

氧气底吹富氧炼铅炉是一台水平圆柱形反应炉。熔池上部选用直接结合镁铬砖LZMGe－18；熔池底部选用电熔半再结合镁铬砖LDMGe－18。或全部选用电熔半再结合镁铬砖LDMGe－18。总用量约160吨。

 

六、挥发窑

 

挥发窑是处理浸出渣，回收Zn、Pb、In、Ge等有价金属的回转窑。

 

挥发窑的特点是窑的砌体在高温下随窑壳一起转动，长期处于震动状态，同时还要承受炉料的磨损和撞击作用；其耐火材料的损毁主要表现为：

 

（1）熔融炉渣、金属的侵蚀。

 

（2）机械磨损。

 

（3）高温作用，窑中间断反应带的温度高达1300～1500℃。

 

所以在窑中间断反应带主要选用铝铬渣砖或镁铝铬砖以达到延长窑衬使用寿命的目的。

 

 

挥发窑示意图

 

镁铝铬砖的特点是：

 

一是在生产时加入大颗粒的预合成尖晶石料，利用各种矿物高温下的膨胀不一致性使其内部产生微裂纹，从而提高制品热震稳定性；

 

二是铬矿中含有Fe2O3，Fe2O3向MgO中扩散，增强了方镁石和镁铝尖晶石的直接结合，促进颗粒与基质之间的结合，提高了材料的高温强度；

 

三是加入铬铁矿，其中的Cr2O3与Al2O3、MgO形成连续固溶体，提高了材料的致密度和耐磨性。