SKS氧氣底吹熔煉中爐結的形成機理及對策措施

張旭明

（祥云飛龍再生科技有限公司，云南祥云 672100）

SKS氧氣底吹熔煉中爐結的形成機理及對策措施

張旭明

（祥云飛龍再生科技有限公司，云南祥云 672100）

SKS富氧底吹熔煉生產工藝過程中，爐結的形成對生產的持續進行產生很大的影響，文章對生產實踐中爐結形成的機理進行了研究，提出了改進工藝技術條件、改善熔渣性質、消除爐結的處理對策。

SKS；高鉛渣；爐結

SKS氧氣底吹還原熔煉工藝，是水口山有色金屬集團有限公司根據QSL原理［1］創新的鉛富氧底吹-鼓風爐還原熔煉工藝，目前被國內較多的鉛冶煉企業采用。SKS煉鉛法具有原料適應性強、綜合回收率高等優點；但是對生產工藝控制條件要求較高，尤其是渣型的控制、溫度的控制要求穩定，以減少爐結的形成。解決SKS法富氧底吹熔煉過程中的爐結問題，成了有色冶煉科技工作者研究的重點攻關課題。

1 爐結形成的機理

1.1 主要化學反應及工藝流程

氧氣底吹熔煉主要化學反應如下：

氧化造渣反應：

2PbS+3O2＝2PbO+2SO2

CaCO3＝CaO+CO2↑

2PbO+SiO2＝2PbO·SiO2

2FeS+3O2+SiO2＝2FeO·SiO2+2SO2

2ZnS+3O2＝2ZnO+2SO2

2PbS+3O2+SiO2＝2PbO·SiO2+2SO2

2Pb+O2＝2PbO

PbS+2O2＝PbSO4

n CaO+m SiO2＝n CaO·m SiO2（n＞m）

還原沉鉛反應：

PbS+2PbO＝3Pb+SO2

PbS+PbSO4＝2Pb+2SO2

氧氣底吹熔煉工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 SKS氧氣底吹熔煉工藝流程簡圖

1.2 爐結的形成

1.2.1 造渣反應過程熔池爐結的形成

1.2.1.1 生產穩定性波動導致爐結的形成

有學者研究［2］，當高壓氧氣從爐子底部進入底部鉛液層時，噴咀出來的射流破斷成氣泡時，氣泡后坐頻率相當大，可達每秒5～7次，在氣泡上升和向熔體內擴散的過程中，伴隨燃燒、氧化反應的劇烈進行，熔池內反應的劇烈程度，有足夠的瞬間爆推力使得部分爐渣均勻地噴濺至整個筒體內壁，在爐壁上形成類似熔融涂層。由于該過程反應溫度較高，在形成較薄的保護性爐結后難以繼續掛渣變厚，通常不會影響熔池空間面積。相反，它會有如下作用：（1）反應區爐身爐結在爐體耐火層形成一層相對較厚的保護層，能有效防止酸性熔質和氣體直接與堿性耐火磚接觸；（2）覆蓋這種熔融涂層后，減少氣爆對爐磚的熱振損傷，有利于對爐體耐火磚的保護；（3）能相對增加爐內熱容，緩減爐內溫度的變化和傳熱損失。

但是，當生產過程中因為各種因素導致爐內溫度有短時間的下幅波動，爐結便會瞬間加厚，如果生產過程因為操作、設備、原料等因素導致經常性的不穩定，爐結便會越來越厚。

1.2.1.2 熔煉工藝特殊性導致爐結的形成［3］

氧氣底吹爐熔煉屬于強氧化強制熔煉過程，反應劇烈，大部分鐵以高價鐵的形式存在：（1）這種高價磁性鐵在沉鉛區較易形成爐結，而且一旦形成后就比較難化解；（2）高價鐵粘度都比較大，容易粘結呈連續狀。氧氣底吹熔渣中鐵物相分析結果見表1。

表1 高鉛渣中鐵的物相

1.2.2 還原及沉淀過程熔池爐結的形成

SKS氧氣底吹熔煉的目的主要是生產供鉛鼓風爐還原熔煉用的高鉛渣，通常不會連續放鉛。如果高比例處理低品位鉛精礦，或者搭配各種低品位含鉛渣料較多，結果造成：（1）鉛量較少，放鉛周期較長，造成熱量不能很好地從反應區傳遞至沉鉛區，在還原沉鉛段（煙氣出口端）熔體及空間溫度比反應段相對較低；（2）品位低，渣量多，渣的比例較高，比較容易形成爐結。

1.2.3 處理冶鋅渣比例高導致爐結的形成

由于冶鋅渣里大部分其它金屬均以硫酸鹽形式存在，硫酸鹽熔融渣的粘度都相對較大，熔點和分解溫度都相對較高，如果硫酸鹽不能夠在較高溫度下快速分解，或被還原，或發生復分解反應，還會影響工藝的動力學過程，較容易導致復雜爐結的形成［4］。

1.2.4 煙道口結渣的形成

如前所述，由于爐內反應劇烈，當熔體噴濺，或因為強大的煙氣流將類似霧態熔體攜帶至煙道口時，會因為溫度梯度因素在煙道口形成凝結，雖然生長速度不大，但是一旦形成，自然消除難度很大。

2 形成爐結的影響

1.SKS氧氣底吹熔池爐結逐漸形成后，會減小熔池的有效容積，降低設備作業率和物料處理能力。

2.降低爐內高溫熔體的熱容，影響爐內溫度的穩定，惡化工藝過程爐況，影響連續熔煉的反應速度和反應程度，延長反應過程周期。

3.縮短爐齡，降低爐子生產周期，增加設備維護、維修費用。

4.增加高鉛渣生產單耗和系統生產成本。

5.煙道口結渣的形成，會影響煙氣出口面積，影響爐內壓力的變化和收塵抽力，可能導致低空污染。

6.影響生產作業環境，不利于現場操作，降低作業效率。

7.造成沉鉛區抬高，熔池容積減小，渣鉛分離不好。

8.虹吸道窄小、延長，造成排鉛不順暢。

3 對策及措施

3.1 合理選擇渣型

合理選擇造型，確保最佳的熔點、粘度、流動性等熔渣基本性質。

硅、鐵、鈣三元系熔渣相圖如圖2所示，根據圖2的分析理論［1］及SKS煉鉛法氧氣底吹爐生產實踐，一般采取低鐵硅比、高鐵鈣比渣型，即爐渣渣型Fe∶SiO2∶CaO＝6∶5∶3。生產實踐證明該渣型優于傳統的Fe∶SiO2∶CaO＝6∶5∶4渣型及高鈣渣型，但是在鉛鼓風爐還原熔煉過程中需對渣型進行一定的調整。

該渣型的硅酸度＝酸性氧化物中氧的質量數／堿性氧化物中氧的質量數＝1.3

3.2 加強工藝技術條件管理

加強配料的精準性，精確操作熔劑的搭配，穩定控制渣型成分；加強工藝紀律的檢查落實，及時糾正違章、違規操作。

3.3 控制合理的鉛液面和渣液面

1.合理安排放鉛周期，確保鉛液面的高度即保證液鉛存量，以使氧氣穿過鉛層、渣層發生化學反應后到達渣面的壓力穩定，保證爐況基本穩定。

2.確保爐內熔體穩定的熱容和穩定的爐溫，保證熔渣的粘度和流動性穩定。

3.加強渣口崗位的操作控制，促進順暢排放渣。

圖2 CaO-FeO-SiO2三元系相圖

3.4 加強氧氣控制

氧氣濃度、壓力和流量的控制直接影響到反應速度和反應程度，直接影響到生產工藝過程的穩定性。一是要求制氧站生產穩定，氧氣的濃度和純度穩定，二是供氧系統運行正常。

3.5 加強體系壓力平衡控制

密切關注體系各部位壓力器，及時處理收塵網管系統的各種故障，調節抽力，合理控制爐內壓力。

3.6 加強體系熱平衡控制

根據處理不同物料的成分變化，配入適當量的煤粉確保爐內的熱平衡，保證爐溫穩定在1 100± 50℃。

4 結束語

1.SKS氧氣底吹熔煉各種高鉛精礦、富鉛渣，搭配處理貧鉛精礦、冶鋅渣、鉛渣、鉛泥，正因為原料適應性強、成分復雜及工藝本身的特殊性，生產過程中容易產生爐結，對工藝控制提出了較高的要求。

2.通過選擇合理的適合SKS工藝特點的硅鐵鈣渣型，改善熔融渣的性質，加強工藝控制，有利于消除或減少爐結對生產的影響。

3.經過改善工藝技術條件，加強精細化操作及現場技術管理，很好地解決了各種爐結的問題，SKS煉鉛法能夠高比例搭配處理鋅浸出渣、低品位氧化渣及各種貧鉛冶金渣。

［1］ 《鉛鋅冶金學》編委會.鉛鋅冶金學［M］.北京：科學出版社，2003.

［2］ 任鴻九，胡軍，姚俊峰，等，有色金屬熔池熔煉［M］.北京：冶金工業出版社，2001.

［3］ 奧爾考克.火法冶金原理［M］.北京：冶金工業出版社，1980.

［4］ 雷霆，王吉坤.熔池熔煉-連續煙化法處理有色金屬復雜物料［M］.北京：冶金工業出版社，2008.

The Formation Mechanism and MeasureMent of Furnace Accretion in the Process of SKSOxidizing in Bottom Blowing Furnace

ZHANG Xu-ming
（Xiangyun Feilong Regeneration Technology Co.，Ltd.，Xiangyun 672100，China）

In the process of SKS oxidizing in bottom blowing furnace，the formation of furnace accretion negatively affects the ongoing production process.By analyzing the formation mechanism of furnace accretion，this paper provides insights into the technological conditions to improve the technique as well as properties of the furnace accretion，and presents practicalmeasurements to eliminate furnace accretions.

SKS；high-lead residue；furnace accretion

TF812

A

1003-5540（2016）03-0046-03

2016-04-25

張旭明（1963-），男，高級經濟師，主要從事有色重金屬及稀貴金屬冶煉技術管理工作。