近年來，大量的鉛冶煉企業(yè)進(jìn)行了工藝技術(shù)升級改造，改造的核心技術(shù)是用側(cè)吹還原爐替代原有工藝中的鼓風(fēng)爐來處理高鉛渣。在原有的鉛冶煉工藝中，后續(xù)工藝大部分是采用鼓風(fēng)爐進(jìn)行還原。用鼓風(fēng)爐來還原高鉛渣，存在如下缺陷：1)熔融高鉛渣冷卻鑄錠，潛熱未得到利用;2)鼓風(fēng)爐還原需采用高焦率，焦炭用量大且還原效果不理想;3)鼓風(fēng)爐產(chǎn)出的煙氣量大，產(chǎn)出低濃度的SO?不易處理，環(huán)保成本高。側(cè)吹還原爐的興起，使得對高鉛渣熔體進(jìn)行直接還原的工藝得到了廣泛地關(guān)注。該工藝具有規(guī)模大，加入高溫熔體，間斷還原作業(yè)的特點(diǎn)，在能耗和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上具有明顯的優(yōu)勢[2]。目前，國內(nèi)外已實(shí)施和正在建設(shè)用于高鉛渣還原的側(cè)吹還原爐近30臺。
烘爐是工業(yè)爐生產(chǎn)運(yùn)行前一個極其重要的環(huán)節(jié)，烘爐質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到工業(yè)爐投產(chǎn)后能否周期、高負(fù)荷、安全穩(wěn)定的運(yùn)行。同時，對工業(yè)爐的鋼結(jié)構(gòu)、耐火材料和水冷元件的使用壽命，也起著至關(guān)重要的作用。本文結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗，分析高鉛渣側(cè)吹還原爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及常用的烘爐方法。
烘爐的目的
工業(yè)爐在烘爐前，應(yīng)根據(jù)爐子的生產(chǎn)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，耐火材料的性能和季節(jié)，由耐火材料廠家制定烘爐曲線和操作規(guī)程，其主要內(nèi)容應(yīng)包括烘爐期限、升溫速度、恒溫時間、最高溫度、烘爐措施和操作要點(diǎn)等。側(cè)吹還原爐在砌筑完畢后，投入生產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行烘爐。烘爐的目的是使耐火材料中的水分蒸發(fā)，達(dá)到烘干烘透，使耐火材料的性能達(dá)到最優(yōu)，以便正式投入生產(chǎn)。烘爐作為側(cè)吹還原爐開爐前非常重要的一步，尤其是爐缸耐火材料的烘爐，一定要烘干烘透，并達(dá)到烘爐要求的設(shè)定溫度和烘爐時間要求，否則,可能會出現(xiàn)在開爐過程中，由于爐缸溫度過低導(dǎo)致的開爐失敗。
側(cè)吹還原爐爐體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
側(cè)吹還原爐為矩形立式爐型，主要由爐缸、爐身、4層鋼水套及爐頂?shù)冉M成。
1)爐缸
爐缸為1個矩形容器，由耐火材料和鋼板組成。鋼板焊接后為1個長方形箱體，在箱體內(nèi)砌筑耐火材料以形成爐缸。爐缸內(nèi)層耐火材料采用鎂鉻磚，外層用粘土磚，在耐火材料與鋼殼之間填充鎂砂填料和硅酸鋁耐火纖維。側(cè)吹還原爐烘爐的關(guān)鍵部位在爐缸，爐缸耐火材料的總重量占側(cè)吹還原爐總耐火材料的93%左右。
2)爐體
側(cè)吹還原爐的爐體是由銅水套組成，在爐體的兩側(cè)設(shè)有一次風(fēng)口和二次風(fēng)口，端墻側(cè)設(shè)有熱渣加入口。正常生產(chǎn)時，在銅水套工作面上形成的冷凝爐渣層可以用來抵御爐渣的沖刷和腐蝕，此區(qū)域是沒有耐火材料的，只是在烘爐之前為了保護(hù)銅水套，會在銅水套內(nèi)側(cè)涂抹一些耐火泥漿。
3)4層鋼水套及爐頂
爐頂采用的是鋼水套內(nèi)襯耐火澆筑料。在最初的設(shè)計中，側(cè)吹還原爐的4層鋼水套的內(nèi)側(cè)采用的是鎂鉻質(zhì)耐火磚，后來經(jīng)過大量的實(shí)踐經(jīng)驗表明，在此區(qū)域，耐火磚很難達(dá)到理想的使用效果，經(jīng)常用不了多久就會出現(xiàn)掉磚現(xiàn)象。在后來改進(jìn)的設(shè)計中，將四層鋼水套的內(nèi)襯由耐火磚改為了耐火澆注料。為了達(dá)到更好的烘爐效果，爐頂及四層鋼水套內(nèi)襯的耐火澆注料可在安裝前先澆筑好澆注料，在地面上用電阻絲先將耐火澆注料烘好后再進(jìn)行安裝。
側(cè)吹還原爐常用烘爐方法
當(dāng)側(cè)吹還原爐的耐火材料砌筑完成后，在開爐前，業(yè)主需要按照耐火材料廠家提供的升溫曲線要求來制定烘爐方案和烘爐計劃。側(cè)吹還原爐常用的烘爐方法經(jīng)歷了以下3個階段。
01初始階段
最初的烘爐方法中是用1個主燒嘴烘爐缸、1個輔燒嘴烘爐缸上虹吸口，并且在烘爐的低溫階段，先用電阻絲進(jìn)行烘爐。
具體烘爐的過程分為以下幾個階段：
1)常溫至400℃左右的升溫。
爐體耐火材料砌筑完成后,在開始烘爐前,拆除進(jìn)渣口正下方的那塊一層銅水套。烘爐人員從拆除的水套處進(jìn)入爐內(nèi),將電爐絲鋪在爐缸底部和鉛虹吸口處，并在電爐絲上覆蓋耐火棉。待烘爐人員完成電阻絲及耐火棉的敷設(shè),從爐內(nèi)出來后,再用耐火棉堵住拆除的水套處,并開始對電爐絲進(jìn)行通電?？赏ㄟ^外控電源精確控制爐內(nèi)電爐絲的溫度，使其滿足耐火材料廠家提供的烘爐曲線要求。電爐絲的功率一般由耐火材料廠提供。
2)400℃之后的升溫。
耐火材料烘爐曲線中400℃以后的升溫通過1個主燒嘴和1個輔燒嘴進(jìn)行作業(yè)。主燒嘴最大能力為350m3/h(在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，下同)天然氣，主要用于對爐缸耐火材料的加熱，輔燒嘴最大能力為50m3/h天然氣，主要用于對虹吸口處耐火材料的加熱。首先,烘爐人員通過拆除的一層水套處將爐內(nèi)電爐絲及保溫棉從爐內(nèi)撤出。然后，將鋼管貫穿一層風(fēng)口保護(hù)水套，并將薄鋼板從拆除的一層水套處放入進(jìn)爐內(nèi)。利用鋼管的支撐,在風(fēng)口區(qū)水平敷設(shè)薄鋼板，并接通臨時用水點(diǎn)，對鋼管進(jìn)行水冷。主燒嘴從拆除的一層銅水套處伸入爐內(nèi)，燒嘴往下傾斜一定角度，使燒嘴火焰在風(fēng)口區(qū)平鋪薄鋼板的下方,并用耐火棉堵住燒嘴與周圍銅水套間的間隙。輔燒嘴放置在虹吸道中。開啟主、副燒嘴，通過調(diào)整主、副燒嘴的天然氣用量，使其滿足耐火材料廠家提供的升溫曲線要求，最后完成烘爐作業(yè)。
3)烘爐結(jié)束。
耐火材料根據(jù)升溫曲線完成烘爐后，將主燒嘴撤出，同時將爐內(nèi)的薄鋼板及鋼管取出，待將之前拆除的一層銅水套安裝完成后，就可以進(jìn)行側(cè)吹爐的開爐工作了。輔燒嘴可在開爐后虹吸口底部出現(xiàn)鉛液堵住虹吸道時撤出。
該烘爐方法在早期使用的比較普遍。但由于該烘爐方法存在需要拆除、安裝銅水套、敷設(shè)水冷鋼管和鋼板等工序，烘爐過程比較復(fù)雜，如今已很少使用。
2摸索階段
隨著使用側(cè)吹還原爐的工廠越來越多，有些工廠認(rèn)為原先的烘爐方法麻煩，還存在一定的安全隱患，于是想出了一種改進(jìn)的烘爐方法。改進(jìn)的烘爐過程分為以下幾個階段：
1)常溫至400℃左右的升溫
400℃以下的低溫烘爐階段和之前的烘爐方法是一樣的。拆除進(jìn)渣口正下方的那塊一層銅水套，烘爐人員從拆除的水套處進(jìn)入爐內(nèi)，用電阻絲進(jìn)行烘爐。主要區(qū)別是400℃以上的烘爐方式。
2)400℃之后的升溫
對于400℃以上的烘爐階段，改進(jìn)的烘爐方法采取的是拆除5~6個側(cè)吹還原爐兩側(cè)的一次風(fēng)口保護(hù)水套，并在拆除風(fēng)口保護(hù)水套的位置放置天然氣燒嘴來進(jìn)行爐缸的烘爐，每個一次風(fēng)口水套上放置1個燒嘴，每個燒嘴的能力為80m3/h天然氣，共放置約5~6個燒嘴。拆除一次風(fēng)口保護(hù)水套后，利用原一層風(fēng)口水套上安裝一次風(fēng)口保護(hù)水套的孔洞來安裝天然氣燒嘴，燒嘴伸入爐內(nèi)，并沿水平向下帶有一定角度。同時使用1個輔燒嘴進(jìn)行爐缸上虹吸口的烘爐。
3)烘爐結(jié)束
待烘爐結(jié)束后，再將安裝在一層風(fēng)口水套上的烘爐燒嘴取出，將一次風(fēng)口保護(hù)水套重新安裝。輔燒嘴可在開爐后虹吸口底部出現(xiàn)鉛液堵住虹吸道時撤出。利用此方法進(jìn)行烘爐，簡化了烘爐過程，但是此烘爐方法由于燒嘴安裝位置較高，并且燒嘴傾斜向下的角度比較小，幾乎是水平對著燒，燒嘴的火焰集中在爐缸耐火材料的上部空間，導(dǎo)致烘爐過程中燃料利用率比較低，烘爐時間也長，如今也很少使用。
03成熟階段
隨著側(cè)吹還原爐烘爐經(jīng)驗的積累以及烘爐燒嘴的改進(jìn)，一種既簡潔又節(jié)能的烘爐方法出現(xiàn)了。在此烘爐方法中取消了在低溫階段采用電阻絲烘爐的過程，整個烘爐過程都是通過燒嘴來完成。此烘爐方式的出現(xiàn)得益于新型的烘爐燒嘴。此新型烘爐燒嘴與之前的普通燒嘴最大的區(qū)別在于，當(dāng)燒嘴水平放置時，通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，燒嘴的火焰方向可以與水平呈一定角度。通過此新型燒嘴進(jìn)行烘爐，燒嘴的火焰水平向下傾斜并呈一定的角度，再調(diào)節(jié)燒嘴的火焰長度，使燒嘴的火焰在爐缸耐火材料的表面進(jìn)行燃燒并供熱，極大地提高了燒嘴的燃料利用率，整個爐缸內(nèi)的受熱也更均勻。
烘爐過程分為以下幾個步驟：
1)拆除一層風(fēng)口水套2個，共計5~6個風(fēng)口保護(hù)水套。
2)在拆除的風(fēng)口保護(hù)水套位置安裝新型烘爐燒嘴，在爐缸虹吸口處安裝1個輔燒嘴。
3)啟動烘爐燒嘴，根據(jù)烘爐曲線進(jìn)行烘爐。
4)烘爐結(jié)束，拆除烘爐燒嘴，重新安裝一次風(fēng)口保護(hù)水套。輔燒嘴可在開爐后虹吸口底部出現(xiàn)鉛液堵住虹吸道時撤出。
此烘爐方法在烘爐的操作和燃料的利用率上均有明顯優(yōu)勢。目前絕大多數(shù)工廠均采用此方法進(jìn)行側(cè)吹還原爐的烘爐。
結(jié)語
隨著側(cè)吹還原爐在國內(nèi)有色行業(yè)的普及，為保證側(cè)吹還原爐的安全使用和冶煉廠的經(jīng)濟(jì)效益，在投產(chǎn)前，一定要重視烘爐過程。通過烘爐方法的改進(jìn)過程，可以看出，當(dāng)前通用的烘爐方式利用新型燒嘴均勻供熱在烘爐的操作和燃料的利用率上都有優(yōu)勢。
