耐火材料在铅冶金行业的设计与应用

发布时间：2022/3/2 17:27:39

有色金属冶炼对于耐火材料的要求比较复杂，既要有足够的耐高温性，还需具备一定的高温强度，同时需具备良好的抗渣侵蚀及抗炉渣、烟气冲刷的能力，因此对于炉内耐火材料的选择有着严格的要求。同时对于各种有色金属的冶炼均有各自特点，需有选择性地选用耐火材料。

目前国内使用在有色金属冶炼行业中的耐火材料大致分为两大类：偏酸性耐火材料、偏碱性耐火材料。偏酸性耐火材料以三价氧化物为主（Al?O?-SiO?系），主要包括高铝砖、莫来石砖、锆刚玉砖等；而偏碱性耐火材料则以二价氧化物为主（MgO-Al?O?、MgO-Cr?O?系），包括镁铬砖、镁铝砖、镁铝尖晶石砖等。

1、耐火材料在铅冶金行业的设计与应用实践

1）炉底设计

经过多年的实际生产经验，对于铅冶炼，所使用的冶金炉包括处理各种铅物料的几十种冶金炉，但冶金炉的耐火内衬主要使用的是镁铬砖、高铝砖、高铝质的耐火捣打料等。

（1） 炉底层区域

在炉衬的设计中，炉体内各个位置不同，耐材的选择也相应变化。以固定卧式冶金炉炉体为例，炉底一般使用的有镁铬砖、高铝砖、铝铬尖晶石及高铝质捣打料、镁质捣打料等，还有的使用高强防渗捣打料，其成分也是属Al?O?-SiO?系， Al?O?的含量>75%。液态铅的比重达10.6g/cm?，渗透性极强，因此炉底耐材既要有散热的功能，也要具备较高的防渗铅的能力。

目前广泛应用的做法是炉底钢板上先铺设高铝砖，高铝砖具有较高的耐压强度（常温耐压强度40~60MPa），用作炉底底部作为垫层比较合理；在炉底垫层上部应设置一层具有抗铅渗透的耐火材料，目前采用的有镁质捣打料或高强防渗捣打料（高铝质），两种均可起到隔层的作用。其中镁质捣打料的配比为：镁砂：镁粉=7：3，配以卤水，镁砂粒度：0.2~0.5mm70%、1.5~3.0mm 30%；高强防渗捣打料的成分则是：高铝质的各种粒度的骨料、骨粉配置而成，在经过高温烘烤后，各种粒度的骨料膨胀紧密结合，达到理想的防渗铅目的。

必须注意的是镁质、镁铬质捣打料捣打完成后，需进行低温烘烤，烘烤出游离水后，用细镁粉将伸缩缝填实，以保证捣打层的强度和密实性。捣打料的厚度建议为150~300mm，既便于捣打时一次完成，又能较为均匀地完成烘烤，形成防渗效果较好的整体层。

（2）炉底工作层区域

对于炉底的安全层和工作层耐火材料的选择，广泛使用的是镁铬砖。其中安全层可采用直接结合镁铬砖，工作层则采用半再结合镁铬砖，随着铅液面的波动， 炉底的温度波动明显，因此应选择热震性好的半再结合镁铬砖。炉底安全层和工作层也有采用高铝砖的，一般此种炉型都会有~400mm高的底铅层，因此炉底不会受到熔渣的侵蚀，可选用 Al?O?的含量不小于75%的高铝砖作为炉底安全层和工作层的衬砖。

2）炉内工作区域

炉膛内工作区域（炉壁、炉顶）的耐材选用分为两个区域进行，一部分是熔池区（尤其是渣线区域）的耐火砖另一部则是气象区的耐火砖。

（1）炉内熔池区

熔池区（尤其是渣线区域）的耐火砖会受到熔渣的侵蚀和冲刷，铅冶炼熔渣成分较为复杂，高铝质的耐火材料会参与造渣反应，因此选用高铝质的耐火砖是不合适的，应选用镁铬材质的耐火砖。同时考虑到耐火砖的抗渣侵蚀及抗冲刷性，应选用电熔再结合的镁铬砖。

该材质的砖在抗渣侵蚀性优于半再结合镁铬砖。Cr?O?的含量增加可以提高砖的抗渣侵蚀性，因此尽量选择Cr?O?含量较高的镁铬质耐火砖。

（2）炉内气象区

气象区耐火砖不会受熔渣的侵蚀，仅受少量熔渣的喷溅侵蚀和含尘烟气的冲刷，因此可选用含Cr?O?较低的镁铬质耐火砖。国内某厂的炼铅还原炉内采用的镁铬砖在生产初期所使用的是含Cr?O?较高的直接结合镁铬砖，则出现了气象区处的镁铬砖表面无金属和渣的包裹、砖断成两段、结构疏松等现象，根据分析结果判断是耐火砖中的Fe?﹢、Fe?﹢大量还原成单质Fe，从而导致砖体结构疏松。

因此在维修中改用了含Cr?O?较低的电熔再结合镁铬砖（Cr?O?含量为12%）。此改进主要的原因是电熔再结合镁铬砖的显气孔率低，同时降低耐火砖中Fe?﹢、Fe?﹢的含量，从而更适应在气象区的强还原性气氛，延长使用周期。改用此类型的电熔再结合镁铬砖后，大大延长了使用时间，取得了良好的效果。

2、结语

国内的铅冶炼行业所使用的炉型比较多，冷却装置在各类冶金炉中也有所应用，对延长冶金炉的使用寿命具有较好的作用。但从使用过程中看，对于铅冶炼这种过热度大，原料复杂，铅冰铜又容易侵蚀冷却装置的冶炼过程，靠冷却装置挂渣的操作还存在一定的安全隐患，因此冷却装置内部衬有耐火材料仍然是不可或缺的。耐火材料的正确使用与冷却装置是相辅相成的，可以起到互相保护的作用。

在根据冶炼工艺特点，冶炼物料特性，正确的选择及使用耐火材料的基础上， 要保证冶金炉的正常运行，保证合理的炉寿，使企业获得经济效益，还必须有正确合理的耐火材料设计，包括结构设计、膨胀计算、砌体的升温烘烤都影响着耐火材料的正常使用。

因此，在现有发展的基础上，还需更深一步地围绕耐火材料进行耐冲刷性、抗渣侵蚀性、应力分析、烘烤制度等方面进行深入研究改进，需要耐火材料供应商、设计单位和用户多方面的共同努力，才能使耐火材料取得更好的应用效果。