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耐火材料用于冶金行業的11種爐子

更新時間:2018-08-02作者:閱讀:

1 鼓風爐

鼓風爐廣泛應用于銅、鉛、鉛鋅、銻等金屬的粗煉過程。

NEWBB体育滚球 鼓風爐由爐頂、爐身、本床(也稱咽喉口)、爐缸、風口裝置等組成。

NEWBB体育滚球 冶煉爐料(精礦、燒結礦等)、焦炭、熔劑、反料等固體物料,從爐頂加入,爐身下部側面風口裝置中鼓入的高壓空氣,在向上走的過程中,與向下的物料進行熔化、氧化、還原等反應,完成冶煉過程,液態金屬、锍、爐渣從爐子下部的咽喉口或爐缸排出,煙氣、煙塵、氣態金屬或金屬氧化物從爐頂煙氣出口排出。目前多為密閉爐頂,爐身為全水套,耐火材料只在咽喉口和爐缸使用,因其爐渣屬堿性爐渣,故咽喉口部分主要用鎂磚、鎂鉻磚、鋁鉻磚;爐缸側壁和爐底上部用鎂磚、鎂鉻磚、鋁鉻磚;爐底砌成反拱形。

2 反射爐

反射爐有熔煉反射爐和精煉反射爐,其結構形式基本相同只是精煉反射爐規格較小。為長方形爐體,生產是連續的。

反射爐爐頭操作溫度一般為1400~1500℃,出爐煙氣溫度一般為1150~1200℃。爐底由下而上依次為石棉板、保溫磚層、粘土磚層、鎂鋁磚或鎂磚層。爐墻多采用鎂鋁磚或鎂磚,有些重要部位為了延長使用壽命均采用鎂鉻磚砌筑,外墻一般采用粘土磚。爐頂采用吊掛式爐頂,小型反射爐爐頂采用磚拱,拱頂材質為鎂鋁磚。

NEWBB体育滚球 我國煉鉛(銅)工廠大多采用傳統的燒結—鼓風爐熔煉流程,由于它存在著以下缺陷:

NEWBB体育滚球 a、燒結過程中硫燃燒很不充分,返回料比率高;

b、鼓風爐爐料中鉛(銅)含量低;

NEWBB体育滚球 c、大量煙氣污染環境。

NEWBB体育滚球 因而人們一直在努力探索煉鉛新工藝,其目的不外乎兩個方面:

NEWBB体育滚球 1、利用反應熱進行熔煉;

2、用一步法工藝代替原來的多步法。

NEWBB体育滚球 國外已成功地研究出艾薩爐(奧斯麥特爐)、卡爾多爐、QSL法、基夫賽特法、悉羅法、富氧煉鉛爐等新型煉鉛爐和新工藝。

3 艾薩爐(奧斯麥特爐)

NEWBB体育滚球 艾薩爐爐體為簡單的豎式圓筒形,其技術核心是采用了浸沒式頂吹燃燒噴槍,在多年小規模試驗研究基礎上,艾薩冶煉廠于1983年建成了一個處理量為5T/H的煉鉛艾薩爐。溶池溫度1170~1200℃艾薩熔煉工藝過程:爐體為具有耐火材料襯里的垂直圓柱體噴槍從爐頂中心插入爐內,噴槍頭部浸沒在熔池的熔渣層內,冶煉工藝所需的空氣或者富氧空氣通過噴槍送到渣面以下液態層中形成強烈攪動狀態的熔池,爐料從爐頂加入直接落入處于強烈攪動的熔池,快速被卷入熔體與吹入的氧反應,爐料被迅速熔化,生成爐渣和鉛(銅)。

由于艾薩爐煉鉛(銅)工藝特點是物料混合時間很短,熔融金屬、渣、酸氣在爐子內發生強烈攪拌,因而也決定了其工作環境比傳統煉鉛(銅)法苛刻得多:

a、熔融鉛(銅)、熔渣以及酸氣對耐火爐襯的強烈沖刷;

b、銃對耐火爐襯的化學侵蝕、滲透;

c、熱應力破壞。

NEWBB体育滚球 因此,艾薩爐鉛(銅)冶煉耐火材料爐襯必須具有以下優良使用性能,才能實現爐窯長壽、高效、低耗等目的:

a、具有較高的常溫、高溫耐壓強度,較低的氣孔率以抵抗物料和熔融金屬、渣的沖刷;

NEWBB体育滚球 b、用優質高純原料制作,產品中低熔物很少,能有效抵御環境與爐襯發生化學反應而變質損毀并提高抗滲透性;

NEWBB体育滚球 c、具有優質的熱震穩定性能,受熱應力(溫度變化產生的應力破壞輕微)。

NEWBB体育滚球 艾薩爐各部位的耐火材料配置

1、爐底

NEWBB体育滚球 爐底一般為反拱,向放出口傾斜約2%,也可是平底,同樣向放出口傾斜2%,內襯分三層:上面工作層用電熔再結合鎂鉻磚、半再結合鎂鉻磚;工作層下面為鎂鉻質搗打料;最下面是低氣孔粘土磚。

2、爐墻

NEWBB体育滚球 爐墻工作條件非常惡劣,下部(距爐底1000~2000mm的范圍)受到了強烈攪動的熔體侵蝕、沖刷,因此采用耐高溫、耐沖刷、抗侵蝕性能好的電熔再結合鎂鉻磚或半再結合鎂鉻磚。

NEWBB体育滚球 上部受噴濺熔渣的侵蝕和高溫煙氣的沖刷也宜采用爐墻下部同材質或抗渣蝕能弱的直接結合鎂鉻磚。

NEWBB体育滚球 3、爐頂

由于爐頂結構復雜,工作條件惡劣,宜用施工方便、耐侵蝕的鎂鉻澆注料,為增加其抗剝落性能,可在其中加入部分耐熱鋼纖維。

4 卡爾多爐

卡爾多爐用耐火材料損毀的主要因素及對耐火材料的要求和艾薩爐(奧斯麥特爐)相同。

NEWBB体育滚球 卡爾多爐又稱氧氣斜吹轉爐,由于爐體傾斜而且旋轉,增加了液態金屬和液態渣的接觸,提高了反應效率。由于爐體旋轉,爐體受熱均勻,侵蝕均勻,有利于延長爐子壽命。

NEWBB体育滚球 由于使用了氧氣,熔煉和吹煉都在同一爐內進行,故強化了熔煉過程,縮短了流程,且提高了煙氣中SO2濃度。

NEWBB体育滚球 正確地選擇爐子內膛形狀及尺寸,對于卡爾多爐冶煉過程化學反應的順利進行,減少噴濺,減輕爐底侵蝕,制造及安裝方便是很重要的。

NEWBB体育滚球 吹煉是在1100~1300℃左右的高溫中進行的,所以為保證一定的爐子壽命,必須選擇合理的爐襯材質,并確定嚴格的砌筑方法。

NEWBB体育滚球 卡爾多爐爐襯由電熔半再結合鎂鉻磚、直接結合鎂鉻磚、鎂砂和耐火纖維氈組成,電熔半再結合鎂鉻磚在吹煉過程中直接與爐內液體金屬、液態爐渣和爐氣接觸,受到強烈的化學侵蝕和機械沖刷;在爐體旋轉過程中由于爐襯的自重作用而不斷地產生應力改變;電熔半再結合鎂鉻耐火材料的結構兼具直接結合鎂鉻耐火材料和電熔再結合鎂鉻耐火材料的特點,制品抗渣侵蝕性強,并具有較好的熱震穩定性。是合適的卡爾多爐內襯材料。直接結合鎂鉻磚作為永久襯耐火材料,具有抗熱震、耐侵蝕性能,可以保護爐殼。磚與磚之間有一層鎂砂填充料,以減輕鎂鉻磚熱膨脹對爐殼的壓力,并便于砌筑和拆爐。緊貼爐殼有厚度為10~30mm耐火纖維氈,起絕熱保溫作用。實踐證明襯磚與爐殼之間鋪設適當厚度的填充層,不但不會降低爐襯壽命,而且會減少爐體散熱損失,節約燃料,同時又改善了爐子周圍的操作條件。

NEWBB体育滚球 設計內襯本應根據各部位的工作環境及主要侵蝕作用選用不同厚度、不同材質的耐火材料,以達到最合理配置,降低成本;但考慮到卡爾多爐的侵蝕速度平均比較快(壽命2~3個月),并為了現場砌筑管理的標準化和便捷及國際標準化趨勢,采用同一厚度、同一材質的設計,并減少磚型。若需方另有要求,可按需方要求設計。

5 氧氣底吹爐

1、QLS法

NEWBB体育滚球 QLS法在同一反應器內完成氧化和還原反應,其反應過程實際上分為兩步。內襯的設計配置是否合理直接關系到爐子的壽命;內襯的設計配置包括兩方面:一是確定合理的結構和尺寸;二是正確選擇耐火材料。QLS法在我國只有白銀有,爐襯厚度350mm,熔池上部選用電熔半再結合鎂鉻磚;熔池底部選用電熔再結合鎂鉻磚LDMGe-26。

NEWBB体育滚球 2、氣底吹富氧煉鉛爐

氧氣底吹富氧煉鉛爐是一臺水平圓柱形反應爐。熔池上部選用直接結合鎂鉻磚LZMGe-18;熔池底部選用電熔半再結合鎂鉻磚LDMGe-18。或全部選用電熔半再結合鎂鉻磚LDMGe-18。總用量約160噸。

6 揮發窯

揮發窯是處理浸出渣,回收Zn、Pb、In、Ge等有價金屬的回轉窯。

揮發窯的特點是窯的砌體在高溫下隨窯殼一起轉動,長期處于震動狀態,同時還要承受爐料的磨損和撞擊作用;其耐火材料的損毀主要表現為:

NEWBB体育滚球 (1)熔融爐渣、金屬的侵蝕。

(2)機械磨損。

NEWBB体育滚球 (3)高溫作用,窯中間斷反應帶的溫度高達1300~1500℃。

所以在窯中間斷反應帶主要選用鋁鉻渣磚或鎂鋁鉻磚以達到延長窯襯使用壽命的目的。

 

鎂鋁鉻磚的特點是:

 

一是在生產時加入大顆粒的預合成尖晶石料,利用各種礦物高溫下的膨脹不一致性使其內部產生微裂紋,從而提高制品熱震穩定性;

二是鉻礦中含有Fe2O3,Fe2O3向MgO中擴散,增強了方鎂石和鎂鋁尖晶石的直接結合,促進顆粒與基質之間的結合,提高了材料的高溫強度;

NEWBB体育滚球 三是加入鉻鐵礦,其中的Cr2O3與Al2O3、MgO形成連續固溶體,提高了材料的致密度和耐磨性。

7 傾動爐

為處理粗雜銅,貴冶引進德國MAERZ公司傾動爐專利技術,包括傾動爐爐體、燃燒系統、鑄錠系統、廢熱鍋爐、收塵系統及其它輔助設施。

 

該傾動爐具有反射爐可加料和扒渣的特點,又有回轉式陽極爐可根據不同操作周期改變爐位的優點,機械化和自動化程度高(傾轉采用液壓設備,加料采用靈活快捷的專用加料機),燃燒效率高,工人操作勞動強度低。貴冶350噸傾動爐為當前最大型號,可年處理含銅10萬噸的物料。選用耐火材料為電熔再結合鎂鉻磚或電熔半再結合鎂鉻磚,Cr2O3含量18以上。

8 閃速爐

閃速爐是芬蘭奧托昆普公司發明的處理粉狀硫化礦物的一種強化冶煉設備,一般由精礦噴嘴、反應塔、沉淀池、上升煙道等四個主要部分組成。干燥后的爐料和預熱空氣通過精礦噴嘴進行混合并高速噴入反應塔內,在高溫作用下,迅速進行氧化脫硫、熔化、造渣等反應,形成的熔體進入沉淀池后進一步完成造渣過程,并分離成富集金屬產品和爐渣,熔煉氣體產物由上升煙道排出。

精礦噴嘴使用的耐火材料一般為高鋁質耐火澆注料或搗打料。

NEWBB体育滚球 反應塔是閃速爐內熔煉反應過程進行的主要場所,上部溫度約為900~1100℃,下部溫度可達1350~1550℃,要求耐火材料耐高溫、耐沖刷、抗侵蝕、高溫穩定性好。反應塔頂與上部塔壁溫度較低,一般采用直接結合鎂鉻磚。中下部塔壁則采用電熔鑄鎂鉻磚或電熔再結合鎂鉻磚。

沉淀池中,熔煉過程最終完成,熔體沉淀分離成為锍層和渣層,锍和渣通過不同的放出口放出。爐底和爐墻渣線部位以下選用電熔再結合鎂鉻磚,爐頂和爐墻渣線以上部為選用電熔半再結合鎂鉻磚或直接結合鎂鉻磚。

上升煙道是閃速爐煙氣的排出口,其耐火材料主要是受夾帶著熔渣和煙塵的高溫煙氣的沖刷和侵蝕,一般選用直接結合鎂鉻磚。

9 諾蘭達爐

大冶有色公司為了提高產能和改善環保,新建諾蘭達熔煉工藝,1997年投產后,當時形成15萬噸粗銅生產能力。

 

諾蘭達熔煉工藝是加拿大諾蘭達公司研究開發的,為一水平圓柱形反應爐,屬富氧熔池熔煉,在一個反應爐內完成精礦干燥、焙燒、熔煉和吹煉造渣工藝。熔池及渣線部位用電熔半再結合鎂鉻磚18,其他部分直接結合鎂鉻磚16。

10 轉爐

NEWBB体育滚球 火法煉銅生產過程中從銅硫到粗銅的冶煉過程絕大部分是在轉爐中進行的,煉鎳亦如此。

NEWBB体育滚球 轉爐是一橫臥的圓柱形筒體,鋼板筒體內襯耐火材料,上方有一進出物料的爐口,沿長度方向的一側有一系列風口;轉爐加入的大部分爐料是液態銅硫或低鎳锍,在風口中鼓入高壓空氣的作用下進行脫硫,造渣反應,整個過程不用外加燃料,是自熱熔煉過程,反應過程中產生的煙氣不斷爐口噴出沿煙罩進入收塵和制酸系統;反應過程中生成的渣定期停風后傾動爐體從爐口到出;最終的產品(粗銅或高鎳锍)也是停風后傾動爐體從爐口到出。

由于吹煉一段時間后,需停風從爐口倒渣,倒完渣后再加入一批銅锍吹煉,如此循環幾次直到加完預定的銅锍,并全部吹煉成粗銅,這一冶煉周期即告結束,在這一周期內轉爐溫度波動在800~1500℃之間,另外冶煉過程中還要加入一些冷料和石英石,因此要求耐火材料要有很好的抗高溫急冷急熱性,接觸熔體和物料部分有較好的耐磨性,及抵抗酸性渣和堿性渣腐蝕的性能。

轉爐耐火材料分為風口、風口區、爐口、爐身、端墻幾個部分。風口選用電熔再結合鎂鉻磚26,風口區、爐口、爐身、端墻幾個部分選用電熔再結合鎂鉻磚16或電熔半再結合鎂鉻磚16。

11 陽極爐(精煉爐)

NEWBB体育滚球 陽極爐也叫回轉式精煉爐,適用于精煉熔融粗銅。

精煉作業為加料、氧化、還原、澆鑄,產品為陽極板。在圓柱形爐體上設有爐口,用于裝料和出銅,爐體側面設有少量風口,在氧化期通入高壓空氣,在還原期通入還原劑;風口不操作時置于熔體面以上,進行氧化還原操作時,將爐子傾動使風口埋入熔體內。

NEWBB体育滚球 第一,陽極爐的爐膛溫度高于1350℃,與固定式爐不同的是沒有固定的熔池(渣)線,爐渣的侵蝕和熔融金屬的沖刷幾乎涉及2/3以上的爐膛內表面;

第二,由于爐子需要經常轉動,砌體與鋼殼間必須緊密接觸,加大砌體與鋼殼間的靜磨擦而克服轉動扭矩以保持砌體的穩定性,因此不設輕質隔熱層;

NEWBB体育滚球 第三,為了減輕砌體荷重(以減少支撐裝置的荷重,減小傳動功率消耗)在鋼殼表面溫度允許的條件下(300℃)盡量減薄砌層厚度。

根據以上三個特點,該陽極爐筒體內襯選用380mm厚的電熔再結合鎂鉻磚、65mm厚的粘土磚,兩端墻選用380mm厚的電熔再結合鎂鉻磚,加65mm厚的粘土磚,外貼10mm厚的耐火纖維板,出銅口和氧化還原口因風口區工作面溫度波動最為劇烈,風眼區部位的內襯腐蝕較為嚴重,還要求受溫度變化,經常需要檢修,故采用組合磚組成孔口。另外在材質選擇上,兼顧耐侵蝕和耐急冷急熱性能,電熔半再結合鎂鉻磚制品抗渣侵蝕性強,并具有較好的熱震穩定性。比較適應該部位。

另外,在加料的兩個沖擊區,考慮到加料時溫度波動影響,在該部位也選擇電熔半再結合鎂鉻磚。燃燒口、煙氣出口因結構和施工方便,采用鎂鉻質搗打料打結。

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