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喷枪砖侵蚀原因分析及降低喷枪砖侵蚀速度的措

更新时间:2019-09-01作者:联信阅读:

铅厂粗铅系统采用富氧顶吹熔炼一液态铅渣侧吹还原炼铅工艺。其中侧吹还原炉为矩形结构,两侧分别安装8支喷枪,炉外部为钢炉壳,并衬装水套,内部用镁铬质耐火砖砌筑,其中喷枪砖与炉底、炉墙砖砌筑形成一个整体。
      喷枪砖的使用寿命与侧吹还原炉的整体炉龄密切相关,国内其它侧吹还原炉整体炉龄在12个月左右,而喷枪砖寿命仅有3~6个月,延长喷枪砖寿命对于提高全流程的效率具有重要意义。

 氧气侧吹还原工艺原理

      艾萨炉产出的液态富铅渣直接经热渣口进入还原炉,还原炉两侧有煤气喷嘴、工业氧喷枪为炉内提供热源;块煤和碎焦作为还原剂,石灰石、铁焙砂作为熔剂经配料由冷料口加入,原料经还原熔炼产出粗铅、还原渣,还原渣经电热前床至烟化炉回收有价金属,烟气经余热锅炉回收余热、布袋收尘、尾气脱硫处理后达标排放。炉内的主要反应有:

侧吹炉耐火材料及特性要求

侧吹还原炉呈矩形,主要包含炉基、炉壳、炉底、炉身、炉顶,其中炉身有喷枪区、熔池区,外部由水套、钢壳组成,内部砌筑耐火材料。由于耐火材料直接与高温熔渣、铅液及燃烧火焰接触,耐火材料的使用寿命直接影响着还原炉的寿命。
     侧吹还原炉内的耐火材料为镁铬砖,镁铬砖是以氧化镁(MgO)和三氧化二铬(CrO)为主要成分、方镁石和尖晶石为主要矿物组分的耐火材料制品,其耐火度高,高温强度大,抗碱性渣侵蚀性强,热稳定性优良,对酸性渣也有一定的适应性。
     常用耐火材料的理化指标有:
      (1)耐火度:在足够高的温度下不软化、不熔融的性能,表征指标为耐火度。
      (2)荷重软化温度:在高温下能够承受大荷载及其他热机械应力,且不丧失结构强度、不发生变形坍塌的性能,表征指标为荷重软化温度。
      (3)高温体积稳定性:在使用过程中,不产生过大的体积膨胀或收缩,以免影响高温设备的结构稳定性或严密性,表征指标为重烧线变化。
      (4)热震稳定性:抵抗温度急剧变化而不发生开裂、剥落的能力,表征指标为热膨胀系数和抗热震性指标。
      (5)抗渣性:使用过程中抵抗各种侵蚀性物质的化学作用而不被蚀损的能力。
      (6)耐磨性:抵抗高速流动的火焰、含固体颗粒的烟气、液态金属和熔渣、固体物料等物质的直接冲刷或磨蚀的能力。
      侧吹还原炉耐火材料镁铬砖的理化指标为荷重软化开始温度≥1700℃,热震稳定性1100℃,水冷≥7次,体积密度3.44g/cm3。

侧吹炉喷枪砖侵蚀分析
侧吹还原炉喷枪砖是还原炉炉体耐火材料的重要部分,喷枪砖烧损、侵蚀速度过快不仅影响还原炉喷枪使用寿命,还会造成喷枪砖上部区域耐火砖掉落、垮塌等问题,影响还原炉炉龄。

3.1

高温熔渣和铅液的侵蚀

侧吹炉高温熔渣冲刷侵蚀部分是由于高温熔体流动造成的,主要表现在侧吹炉进料、排放过程1150℃左右的高温熔渣流动对喷枪区流动侵蚀、冲刷;另一个原因是炉内强烈搅拌作用,熔炼过程中熔渣在喷枪作用下产生强烈的搅拌,高温炉渣具有强烈的侵蚀和浸透能力,当炉渣、铅液渗入耐火材料,造成各部分砖之间膨胀系数不同引起剥落。

3.2

耐火砖中矿物与熔渣的反应

侧吹炉喷枪区镁铬砖的主要成分为CaO、SiO,、Al₂O₃、FeO₃、MgO、CrO等,还原炉熔炼过程中产生的渣主要含CaO、SiO、FeO等,CaO、SiO₂会侵蚀镁铬砖工作面,并且沿气孔渗透到镁铬砖内部,与方镁石反应生成低熔物。

3.3  

高温烧损侵蚀

侧吹炉喷枪区域处于熔渣高温区和流动冲刷区,当侧吹炉进液态铅渣时,炉渣的比重约5.0,液态渣含铅约40%~55%,该渣具有较好的流动性和冲刷能力,此时处于还原初期,炉内温度较低,约950~1050。随着还原剂的加入,侧吹炉内还原炉气氛增强,炉内温度逐步升高,反应区温度可高达到1150~1250℃,当达到还原终点放渣时,炉内最高温度在1250℃以上,放渣后温度逐步降低。冶炼周期性温度变化对喷枪砖的侵蚀影响较大。由于还原炉作业制度为周期性操作,生产过程中温度发生变化时会引起耐火砖产生裂纹,严重时会引发耐火砖表面剥落,并加剧熔渣的渗透和侵蚀,影响冶金炉炉龄。

3.4

喷枪侵蚀

①喷枪安装不合理

喷枪安装位置不合理会造成侧吹炉喷枪砖高温烧损、侵蚀。如果喷枪炉内部分距离枪口砖内侧过近,会造成喷枪窜火导致枪口砖烧损。另外喷枪伸入炉内过长,喷枪火焰会直接喷燃到对面喷枪区域造成高温侵蚀,加剧喷枪烧损。

②喷枪烧损

喷枪烧损时,喷枪压力明显降低,火焰不能直接穿透熔渣,而是转向喷枪出口、枪口砖区域,高速燃烧的火焰对枪口砖冲刷,并该区域的煤气、氧气燃烧形成局部高温区,温度可达1250~1300℃,加剧喷枪砖的烧损、侵蚀。

降低侧吹炉喷枪砖侵蚀速度的措施

4.1

控制停开炉温度

检修更换炉内耐火材料重新启动的侧吹还原炉,要严格按升温曲线控制升温、保温时间,升温过程中发生熄火等情况时,要按升温曲线(见图1)缓慢重新升温,避免降温和升温过快造成炉内耐火材料剥落、崩塌等。

图1  升温曲线

4.2

严格控制操作温度

还原炉正常熔炼时炉内温度1100~1200℃,保持还原炉炉内温度均匀稳定是降低喷枪砖侵蚀、冲刷速度和延长还原炉炉龄的重要手段。温度控制首先要保持侧吹还原炉煤气、氧气的压力和流量稳定,严格控制还原剂的加入速度和配入量。

4.3

选择合理的冶炼渣型

还原炉内衬采用的是镁铬质耐火砖,其为碱性耐火材料,如果冶炼渣型选择不当,会严重影响耐火材料使用寿命。因此还原冶炼渣型为SiO/Fe=0.6~1.1,CaO/SiO=0.2~0.6。

4.4

精细操作

还原炉熔池液面高度是生产中一个关键参数,熔池液面过高,炉内静压力过高,易造成渣口、铅口跑渣等事故,也会使喷枪阻力过大,堵塞、烧损喷枪,加快喷枪砖的侵蚀、冲刷速度,缩短还原炉炉龄。因此,还原炉熔池深度严格控制在1.5~1.8m,熔渣淹没喷枪约500~800mm。

4.5

喷枪控制合理

喷枪安装进入炉墙内侧,约30~50mm显露于还原炉炉膛直接与高温熔渣接触,避免安装不当对喷枪区域耐火材料造成严重侵蚀。严格执行喷枪压力、流量巡检制度,发现喷枪堵塞、烧损及时处理。

对侧吹炉喷枪砖侵蚀机理及原因进行分析,通过控制渣型、优化操作、控制合理的冶炼温度等措施,有效降低了还原炉喷枪砖侵蚀速度,避免了频繁更换喷枪区耐火材料对其它区域耐火材料造成的损伤,不仅降低了检修成本,也有效提高了还原炉炉龄,为富氧顶吹艾萨炉-热渣侧吹还原炉-烟化炉长周期稳定运行奠定了基础。

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