SKS氧气底吹熔炼中炉结的形成机理及对策措施

张旭明

（祥云飞龙再生科技有限公司，云南祥云 672100）

SKS氧气底吹熔炼中炉结的形成机理及对策措施

张旭明

（祥云飞龙再生科技有限公司，云南祥云 672100）

SKS富氧底吹熔炼生产工艺过程中，炉结的形成对生产的持续进行产生很大的影响，文章对生产实践中炉结形成的机理进行了研究，提出了改进工艺技术条件、改善熔渣性质、消除炉结的处理对策。

SKS；高铅渣；炉结

SKS氧气底吹还原熔炼工艺，是水口山有色金属集团有限公司根据QSL原理［1］创新的铅富氧底吹-鼓风炉还原熔炼工艺，目前被国内较多的铅冶炼企业采用。SKS炼铅法具有原料适应性强、综合回收率高等优点；但是对生产工艺控制条件要求较高，尤其是渣型的控制、温度的控制要求稳定，以减少炉结的形成。解决SKS法富氧底吹熔炼过程中的炉结问题，成了有色冶炼科技工作者研究的重点攻关课题。

1 炉结形成的机理

1.1 主要化学反应及工艺流程

氧气底吹熔炼主要化学反应如下：

氧化造渣反应：

2PbS+3O2＝2PbO+2SO2

CaCO3＝CaO+CO2↑

2PbO+SiO2＝2PbO·SiO2

2FeS+3O2+SiO2＝2FeO·SiO2+2SO2

2ZnS+3O2＝2ZnO+2SO2

2PbS+3O2+SiO2＝2PbO·SiO2+2SO2

2Pb+O2＝2PbO

PbS+2O2＝PbSO4

n CaO+m SiO2＝n CaO·m SiO2（n＞m）

还原沉铅反应：

PbS+2PbO＝3Pb+SO2

PbS+PbSO4＝2Pb+2SO2

氧气底吹熔炼工艺流程简图如图1所示。

图1 SKS氧气底吹熔炼工艺流程简图

1.2 炉结的形成

1.2.1 造渣反应过程熔池炉结的形成

1.2.1.1 生产稳定性波动导致炉结的形成

有学者研究［2］，当高压氧气从炉子底部进入底部铅液层时，喷咀出来的射流破断成气泡时，气泡后坐频率相当大，可达每秒5～7次，在气泡上升和向熔体内扩散的过程中，伴随燃烧、氧化反应的剧烈进行，熔池内反应的剧烈程度，有足够的瞬间爆推力使得部分炉渣均匀地喷溅至整个筒体内壁，在炉壁上形成类似熔融涂层。由于该过程反应温度较高，在形成较薄的保护性炉结后难以继续挂渣变厚，通常不会影响熔池空间面积。相反，它会有如下作用：（1）反应区炉身炉结在炉体耐火层形成一层相对较厚的保护层，能有效防止酸性熔质和气体直接与碱性耐火砖接触；（2）覆盖这种熔融涂层后，减少气爆对炉砖的热振损伤，有利于对炉体耐火砖的保护；（3）能相对增加炉内热容，缓减炉内温度的变化和传热损失。

但是，当生产过程中因为各种因素导致炉内温度有短时间的下幅波动，炉结便会瞬间加厚，如果生产过程因为操作、设备、原料等因素导致经常性的不稳定，炉结便会越来越厚。

1.2.1.2 熔炼工艺特殊性导致炉结的形成［3］

氧气底吹炉熔炼属于强氧化强制熔炼过程，反应剧烈，大部分铁以高价铁的形式存在：（1）这种高价磁性铁在沉铅区较易形成炉结，而且一旦形成后就比较难化解；（2）高价铁粘度都比较大，容易粘结呈连续状。氧气底吹熔渣中铁物相分析结果见表1。

表1 高铅渣中铁的物相

1.2.2 还原及沉淀过程熔池炉结的形成

SKS氧气底吹熔炼的目的主要是生产供铅鼓风炉还原熔炼用的高铅渣，通常不会连续放铅。如果高比例处理低品位铅精矿，或者搭配各种低品位含铅渣料较多，结果造成：（1）铅量较少，放铅周期较长，造成热量不能很好地从反应区传递至沉铅区，在还原沉铅段（烟气出口端）熔体及空间温度比反应段相对较低；（2）品位低，渣量多，渣的比例较高，比较容易形成炉结。

1.2.3 处理冶锌渣比例高导致炉结的形成

由于冶锌渣里大部分其它金属均以硫酸盐形式存在，硫酸盐熔融渣的粘度都相对较大，熔点和分解温度都相对较高，如果硫酸盐不能够在较高温度下快速分解，或被还原，或发生复分解反应，还会影响工艺的动力学过程，较容易导致复杂炉结的形成［4］。

1.2.4 烟道口结渣的形成

如前所述，由于炉内反应剧烈，当熔体喷溅，或因为强大的烟气流将类似雾态熔体携带至烟道口时，会因为温度梯度因素在烟道口形成凝结，虽然生长速度不大，但是一旦形成，自然消除难度很大。

2 形成炉结的影响

1.SKS氧气底吹熔池炉结逐渐形成后，会减小熔池的有效容积，降低设备作业率和物料处理能力。

2.降低炉内高温熔体的热容，影响炉内温度的稳定，恶化工艺过程炉况，影响连续熔炼的反应速度和反应程度，延长反应过程周期。

3.缩短炉龄，降低炉子生产周期，增加设备维护、维修费用。

4.增加高铅渣生产单耗和系统生产成本。

5.烟道口结渣的形成，会影响烟气出口面积，影响炉内压力的变化和收尘抽力，可能导致低空污染。

6.影响生产作业环境，不利于现场操作，降低作业效率。

7.造成沉铅区抬高，熔池容积减小，渣铅分离不好。

8.虹吸道窄小、延长，造成排铅不顺畅。

3 对策及措施

3.1 合理选择渣型

合理选择造型，确保最佳的熔点、粘度、流动性等熔渣基本性质。

硅、铁、钙三元系熔渣相图如图2所示，根据图2的分析理论［1］及SKS炼铅法氧气底吹炉生产实践，一般采取低铁硅比、高铁钙比渣型，即炉渣渣型Fe∶SiO2∶CaO＝6∶5∶3。生产实践证明该渣型优于传统的Fe∶SiO2∶CaO＝6∶5∶4渣型及高钙渣型，但是在铅鼓风炉还原熔炼过程中需对渣型进行一定的调整。

该渣型的硅酸度＝酸性氧化物中氧的质量数／碱性氧化物中氧的质量数＝1.3

3.2 加强工艺技术条件管理

加强配料的精准性，精确操作熔剂的搭配，稳定控制渣型成分；加强工艺纪律的检查落实，及时纠正违章、违规操作。

3.3 控制合理的铅液面和渣液面

1.合理安排放铅周期，确保铅液面的高度即保证液铅存量，以使氧气穿过铅层、渣层发生化学反应后到达渣面的压力稳定，保证炉况基本稳定。

2.确保炉内熔体稳定的热容和稳定的炉温，保证熔渣的粘度和流动性稳定。

3.加强渣口岗位的操作控制，促进顺畅排放渣。

图2 CaO-FeO-SiO2三元系相图

3.4 加强氧气控制

氧气浓度、压力和流量的控制直接影响到反应速度和反应程度，直接影响到生产工艺过程的稳定性。一是要求制氧站生产稳定，氧气的浓度和纯度稳定，二是供氧系统运行正常。

3.5 加强体系压力平衡控制

密切关注体系各部位压力器，及时处理收尘网管系统的各种故障，调节抽力，合理控制炉内压力。

3.6 加强体系热平衡控制

根据处理不同物料的成分变化，配入适当量的煤粉确保炉内的热平衡，保证炉温稳定在1 100± 50℃。

4 结束语

1.SKS氧气底吹熔炼各种高铅精矿、富铅渣，搭配处理贫铅精矿、冶锌渣、铅渣、铅泥，正因为原料适应性强、成分复杂及工艺本身的特殊性，生产过程中容易产生炉结，对工艺控制提出了较高的要求。

2.通过选择合理的适合SKS工艺特点的硅铁钙渣型，改善熔融渣的性质，加强工艺控制，有利于消除或减少炉结对生产的影响。

3.经过改善工艺技术条件，加强精细化操作及现场技术管理，很好地解决了各种炉结的问题，SKS炼铅法能够高比例搭配处理锌浸出渣、低品位氧化渣及各种贫铅冶金渣。

［1］ 《铅锌冶金学》编委会.铅锌冶金学［M］.北京：科学出版社，2003.

［2］ 任鸿九，胡军，姚俊峰，等，有色金属熔池熔炼［M］.北京：冶金工业出版社，2001.

［3］ 奥尔考克.火法冶金原理［M］.北京：冶金工业出版社，1980.

［4］ 雷霆，王吉坤.熔池熔炼-连续烟化法处理有色金属复杂物料［M］.北京：冶金工业出版社，2008.

The Formation Mechanism and MeasureMent of Furnace Accretion in the Process of SKSOxidizing in Bottom Blowing Furnace

ZHANG Xu-ming
（Xiangyun Feilong Regeneration Technology Co.，Ltd.，Xiangyun 672100，China）

In the process of SKS oxidizing in bottom blowing furnace，the formation of furnace accretion negatively affects the ongoing production process.By analyzing the formation mechanism of furnace accretion，this paper provides insights into the technological conditions to improve the technique as well as properties of the furnace accretion，and presents practicalmeasurements to eliminate furnace accretions.

SKS；high-lead residue；furnace accretion

TF812

A

1003-5540（2016）03-0046-03

2016-04-25

张旭明（1963-），男，高级经济师，主要从事有色重金属及稀贵金属冶炼技术管理工作。