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冶煉行業(yè)常用的11種爐子及所用耐火材料類型 | 技術(shù)前沿
一、鼓風(fēng)爐
鼓風(fēng)爐廣泛應(yīng)用于銅、鉛、鉛鋅、銻等金屬的粗煉過程。
鼓風(fēng)爐由爐頂、爐身、本床（也稱咽喉口）、爐缸、風(fēng)口裝置等組成。
冶煉爐料（精礦、燒結(jié)礦等）、焦炭、熔劑、反料等固體物料，從爐頂加入，爐身下部側(cè)面風(fēng)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(jìn)行熔化、氧化、還原等反應(yīng)，完成冶煉過程，液態(tài)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(tài)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(cè)壁和爐底上部用鎂磚、鎂鉻磚、鋁鉻磚；爐底砌成反拱形。
二、反射爐
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(zhì)為鎂鋁磚。
我國煉鉛（銅）工廠大多采用傳統(tǒng)的燒結(jié)—鼓風(fēng)爐熔煉流程，由于它存在著以下缺陷：
a、燒結(jié)過程中硫燃燒很不充分，返回料比率高；
b、鼓風(fēng)爐爐料中鉛（銅）含量低；
c、大量煙氣污染環(huán)境。
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：
1、利用反應(yīng)熱進(jìn)行熔煉；
2、用一步法工藝代替原來的多步法。
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。
三、艾薩爐（奧斯麥特爐）
艾薩爐爐體為簡單的豎式圓筒形，其技術(shù)核心是采用了浸沒式頂吹燃燒噴槍，在多年小規(guī)模試驗研究基礎(chǔ)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(nèi)，噴槍頭部浸沒在熔池的熔渣層內(nèi)，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(tài)層中形成強烈攪動狀態(tài)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(yīng)，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(nèi)發(fā)生強烈攪拌，因而也決定了其工作環(huán)境比傳統(tǒng)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(xué)侵蝕、滲透；
c、熱應(yīng)力破壞。
因此，艾薩爐鉛（銅）冶煉耐火材料爐襯必須具有以下優(yōu)良使用性能，才能實現(xiàn)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；
b、用優(yōu)質(zhì)高純原料制作，產(chǎn)品中低熔物很少，能有效抵御環(huán)境與爐襯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而變質(zhì)損毀并提高抗?jié)B透性；
c、具有優(yōu)質(zhì)的熱震穩(wěn)定性能，受熱應(yīng)力（溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力破壞輕微）。
四、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。
卡爾多爐又稱氧氣斜吹轉(zhuǎn)爐，由于爐體傾斜而且旋轉(zhuǎn),增加了液態(tài)金屬和液態(tài)渣的接觸，提高了反應(yīng)效率。由于爐體旋轉(zhuǎn),爐體受熱均勻，侵蝕均勻，有利于延長爐子壽命。
由于使用了氧氣,熔煉和吹煉都在同一爐內(nèi)進(jìn)行,故強化了熔煉過程,縮短了流程，且提高了煙氣中SO2濃度。
正確地選擇爐子內(nèi)膛形狀及尺寸，對于卡爾多爐冶煉過程化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行，減少噴濺，減輕爐底侵蝕，制造及安裝方便是很重要的。
吹煉是在1100～1300℃左右的高溫中進(jìn)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(zhì)，并確定嚴(yán)格的砌筑方法。
設(shè)計內(nèi)襯本應(yīng)根據(jù)各部位的工作環(huán)境及主要侵蝕作用選用不同厚度、不同材質(zhì)的耐火材料，以達(dá)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(xiàn)場砌筑管理的標(biāo)準(zhǔn)化和便捷及國際標(biāo)準(zhǔn)化趨勢，采用同一厚度、同一材質(zhì)的設(shè)計，并減少磚型。若需方另有要求，可按需方要求設(shè)計。
五、氧氣底吹爐
1、QLS法
QLS法在同一反應(yīng)器內(nèi)完成氧化和還原反應(yīng)，其反應(yīng)過程實際上分為兩步。內(nèi)襯的設(shè)計配置是否合理直接關(guān)系到爐子的壽命；內(nèi)襯的設(shè)計配置包括兩方面：一是確定合理的結(jié)構(gòu)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(jié)合鎂鉻磚；熔池底部選用電熔再結(jié)合鎂鉻磚LDMGe－26。
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(yīng)爐。熔池上部選用直接結(jié)合鎂鉻磚LZMGe－18；熔池底部選用電熔半再結(jié)合鎂鉻磚LDMGe－18。或全部選用電熔半再結(jié)合鎂鉻磚LDMGe－18?？傆昧考s160噸。
六、揮發(fā)窯
揮發(fā)窯是處理浸出渣，回收Zn、Pb、In、Ge等有價金屬的回轉(zhuǎn)窯。
揮發(fā)窯的特點是窯的砌體在高溫下隨窯殼一起轉(zhuǎn)動，長期處于震動狀態(tài)，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(xiàn)為：
（1）熔融爐渣、金屬的侵蝕。
（2）機(jī)械磨損。
（3）高溫作用，窯中間斷反應(yīng)帶的溫度高達(dá)1300～1500℃。
所以在窯中間斷反應(yīng)帶主要選用鋁鉻渣磚或鎂鋁鉻磚以達(dá)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(chǎn)時加入大顆粒的預(yù)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(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，從而提高制品熱震穩(wěn)定性；
二是鉻礦中含有Fe2O3，F(xiàn)e2O3向MgO中擴(kuò)散，增強了方鎂石和鎂鋁尖晶石的直接結(jié)合，促進(jìn)顆粒與基質(zhì)之間的結(jié)合，提高了材料的高溫強度；
三是加入鉻鐵礦，其中的Cr2O3與Al2O3、MgO形成連續(xù)固溶體，提高了材料的致密度和耐磨性。
七、傾動爐
為處理粗雜銅，貴冶引進(jìn)德國MAERZ公司傾動爐專利技術(shù)，包括傾動爐爐體、燃燒系統(tǒng)、鑄錠系統(tǒng)、廢熱鍋爐、收塵系統(tǒng)及其它輔助設(shè)施。
傾動爐示意圖
該傾動爐具有反射爐可加料和扒渣的特點，又有回轉(zhuǎn)式陽極爐可根據(jù)不同操作周期改變爐位的優(yōu)點，機(jī)械化和自動化程度高（傾轉(zhuǎn)采用液壓設(shè)備，加料采用靈活快捷的專用加料機(jī)），燃燒效率高，工人操作勞動強度低。貴冶350噸傾動爐為當(dāng)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(jié)合鎂鉻磚或電熔半再結(jié)合鎂鉻磚，Cr2O3含量18以上。
八、閃速爐
閃速爐是芬蘭奧托昆普公司發(fā)明的處理粉狀硫化礦物的一種強化冶煉設(shè)備，一般由精礦噴嘴、反應(yīng)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(yù)熱空氣通過精礦噴嘴進(jìn)行混合并高速噴入反應(yīng)塔內(nèi)，在高溫作用下，迅速進(jìn)行氧化脫硫、熔化、造渣等反應(yīng)，形成的熔體進(jìn)入沉淀池后進(jìn)一步完成造渣過程，并分離成富集金屬產(chǎn)品和爐渣，熔煉氣體產(chǎn)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(zhì)耐火澆注料或搗打料。
反應(yīng)塔是閃速爐內(nèi)熔煉反應(yīng)過程進(jìn)行的主要場所，上部溫度約為900～1100℃，下部溫度可達(dá)1350～1550℃，要求耐火材料耐高溫、耐沖刷、抗侵蝕、高溫穩(wěn)定性好。反應(yīng)塔頂與上部塔壁溫度較低，一般采用直接結(jié)合鎂鉻磚。中下部塔壁則采用電熔鑄鎂鉻磚或電熔再結(jié)合鎂鉻磚。
九、諾蘭達(dá)爐
大冶有色公司為了提高產(chǎn)能和改善環(huán)保，新建諾蘭達(dá)熔煉工藝，1997年投產(chǎn)后，當(dāng)時形成15萬噸粗銅生產(chǎn)能力。
諾蘭達(dá)熔煉工藝是加拿大諾蘭達(dá)公司研究開發(fā)的，為一水平圓柱形反應(yīng)爐，屬富氧熔池熔煉，在一個反應(yīng)爐內(nèi)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(jié)合鎂鉻磚18，其他部分直接結(jié)合鎂鉻磚16。
十、轉(zhuǎn)爐
火法煉銅生產(chǎn)過程中從銅硫到粗銅的冶煉過程絕大部分是在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行的，煉鎳亦如此。
轉(zhuǎn)爐是一橫臥的圓柱形筒體，鋼板筒體內(nèi)襯耐火材料，上方有一進(jìn)出物料的爐口，沿長度方向的一側(cè)有一系列風(fēng)口；轉(zhuǎn)爐加入的大部分爐料是液態(tài)銅硫或低鎳锍，在風(fēng)口中鼓入高壓空氣的作用下進(jìn)行脫硫，造渣反應(yīng)，整個過程不用外加燃料，是自熱熔煉過程，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的煙氣不斷爐口噴出沿?zé)熣诌M(jìn)入收塵和制酸系統(tǒng)；反應(yīng)過程中生成的渣定期停風(fēng)后傾動爐體從爐口到出；最終的產(chǎn)品（粗銅或高鎳锍）也是停風(fēng)后傾動爐體從爐口到出。
由于吹煉一段時間后，需停風(fēng)從爐口倒渣，倒完渣后再加入一批銅锍吹煉，如此循環(huán)幾次直到加完預(yù)定的銅锍，并全部吹煉成粗銅，這一冶煉周期即告結(jié)束，在這一周期內(nèi)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐耐火材料分為風(fēng)口、風(fēng)口區(qū)、爐口、爐身、端墻幾個部分。風(fēng)口選用電熔再結(jié)合鎂鉻磚26，風(fēng)口區(qū)、爐口、爐身、端墻幾個部分選用電熔再結(jié)合鎂鉻磚16或電熔半再結(jié)合鎂鉻磚16。
十一、陽極爐（精煉爐）
陽極爐也叫回轉(zhuǎn)式精煉爐，適用于精煉熔融粗銅。
精煉作業(yè)為加料、氧化、還原、澆鑄，產(chǎn)品為陽極板。在圓柱形爐體上設(shè)有爐口，用于裝料和出銅，爐體側(cè)面設(shè)有少量風(fēng)口，在氧化期通入高壓空氣，在還原期通入還原劑；風(fēng)口不操作時置于熔體面以上，進(jìn)行氧化還原操作時，將爐子傾動使風(fēng)口埋入熔體內(nèi)。
精煉爐示意圖
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(nèi)表面；
第二，由于爐子需要經(jīng)常轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動扭矩以保持砌體的穩(wěn)定性，因此不設(shè)輕質(zhì)隔熱層；
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。
另外，在加料的兩個沖擊區(qū)，考慮到加料時溫度波動影響，在該部位也選擇電熔半再結(jié)合鎂鉻磚。燃燒口、煙氣出口因結(jié)構(gòu)和施工方便，采用鎂鉻質(zhì)搗打料打結(jié)。
易耐網(wǎng)公眾號