耐火材料在鉛冶金行業(yè)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

有色金屬冶煉對于耐火材料的要求比較復(fù)雜，既要有足夠的耐高溫性，還需具備一定的高溫強(qiáng)度，同時需具備良好的抗渣侵蝕及抗?fàn)t渣、煙氣沖刷的能力，因此對于爐內(nèi)耐火材料的選擇有著嚴(yán)格的要求。同時對于各種有色金屬的冶煉均有各自特點(diǎn)，需有選擇性地選用耐火材料。

目前國內(nèi)使用在有色金屬冶煉行業(yè)中的耐火材料大致分為兩大類：偏酸性耐火材料、偏堿性耐火材料。偏酸性耐火材料以三價氧化物為主（Al?O?-SiO?系），主要包括高鋁磚、莫來石磚、鋯剛玉磚等；而偏堿性耐火材料則以二價氧化物為主（MgO-Al?O?、MgO-Cr?O?系），包括鎂鉻磚、鎂鋁磚、鎂鋁尖晶石磚等。

1、耐火材料在鉛冶金行業(yè)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐

1）爐底設(shè)計(jì)

經(jīng)過多年的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對于鉛冶煉，所使用的冶金爐包括處理各種鉛物料的幾十種冶金爐，但冶金爐的耐火內(nèi)襯主要使用的是鎂鉻磚、高鋁磚、高鋁質(zhì)的耐火搗打料等。

（1） 爐底永久層區(qū)域

在爐襯的設(shè)計(jì)中，爐體內(nèi)各個位置不同，耐材的選擇也相應(yīng)變化。以固定臥式冶金爐爐體為例，爐底一般使用的有鎂鉻磚、高鋁磚、鋁鉻尖晶石及高鋁質(zhì)搗打料、鎂質(zhì)搗打料等，還有的使用高強(qiáng)防滲搗打料，其成分也是屬Al?O?-SiO?系， Al?O?的含量>75%。液態(tài)鉛的比重達(dá)10.6g/cm?，滲透性極強(qiáng)，因此爐底耐材既要有散熱的功能，也要具備較高的防滲鉛的能力。

目前廣泛應(yīng)用的做法是爐底鋼板上首先鋪設(shè)高鋁磚，高鋁磚具有較高的耐壓強(qiáng)度（常溫耐壓強(qiáng)度40~60MPa），用作爐底底部作為墊層比較合理；在爐底墊層上部應(yīng)設(shè)置一層具有抗鉛滲透的耐火材料，目前采用的有鎂質(zhì)搗打料或高強(qiáng)防滲搗打料（高鋁質(zhì)），兩種均可起到隔層的作用。其中鎂質(zhì)搗打料的配比為：鎂砂：鎂粉=7：3，配以鹵水，鎂砂粒度：0.2~0.5mm70%、1.5~3.0mm 30%；高強(qiáng)防滲搗打料的成分則是：高鋁質(zhì)的各種粒度的骨料、骨粉配置而成，在經(jīng)過高溫烘烤后，各種粒度的骨料膨脹緊密結(jié)合，達(dá)到理想的防滲鉛目的。

必須注意的是鎂質(zhì)、鎂鉻質(zhì)搗打料搗打完成后，需進(jìn)行低溫烘烤，烘烤出游離水后，用細(xì)鎂粉將伸縮縫填實(shí)，以保證搗打?qū)拥膹?qiáng)度和密實(shí)性。搗打料的厚度建議為150~300mm，既便于搗打時一次完成，又能較為均勻地完成烘烤，形成防滲效果較好的整體層。

（2）爐底工作層區(qū)域

對于爐底的安全層和工作層耐火材料的選擇，廣泛使用的是鎂鉻磚。其中安全層可采用直接結(jié)合鎂鉻磚，工作層則采用半再結(jié)合鎂鉻磚，隨著鉛液面的波動， 爐底的溫度波動明顯，因此應(yīng)選擇熱震性好的半再結(jié)合鎂鉻磚。爐底安全層和工作層也有采用高鋁磚的，一般此種爐型都會有~400mm高的底鉛層，因此爐底不會受到熔渣的侵蝕，可選用 Al?O?的含量不小于75%的高鋁磚作為爐底安全層和工作層的襯磚。

2）爐內(nèi)工作區(qū)域

爐膛內(nèi)工作區(qū)域（爐壁、爐頂）的耐材選用分為兩個區(qū)域進(jìn)行，一部分是熔池區(qū)（尤其是渣線區(qū)域）的耐火磚另一部則是氣象區(qū)的耐火磚。

（1）爐內(nèi)熔池區(qū)

熔池區(qū)（尤其是渣線區(qū)域）的耐火磚會受到熔渣的侵蝕和沖刷，鉛冶煉熔渣成分較為復(fù)雜，高鋁質(zhì)的耐火材料會參與造渣反應(yīng)，因此選用高鋁質(zhì)的耐火磚是不合適的，應(yīng)選用鎂鉻材質(zhì)的耐火磚。同時考慮到耐火磚的抗渣侵蝕及抗沖刷性，應(yīng)選用電熔再結(jié)合的鎂鉻磚。

該材質(zhì)的磚在抗渣侵蝕性優(yōu)于半再結(jié)合鎂鉻磚。Cr?O?的含量增加可以提高磚的抗渣侵蝕性，因此盡量選擇Cr?O?含量較高的鎂鉻質(zhì)耐火磚。

（2）爐內(nèi)氣象區(qū)

氣象區(qū)耐火磚不會受熔渣的侵蝕，僅受少量熔渣的噴濺侵蝕和含塵煙氣的沖刷，因此可選用含Cr?O?較低的鎂鉻質(zhì)耐火磚。國內(nèi)某廠的煉鉛還原爐內(nèi)采用的鎂鉻磚在生產(chǎn)初期所使用的是含Cr?O?較高的直接結(jié)合鎂鉻磚，則出現(xiàn)了氣象區(qū)處的鎂鉻磚表面無金屬和渣的包裹、磚斷成兩段、結(jié)構(gòu)疏松等現(xiàn)象，根據(jù)分析結(jié)果判斷是耐火磚中的Fe?﹢、Fe?﹢大量還原成單質(zhì)Fe，從而導(dǎo)致磚體結(jié)構(gòu)疏松。

因此在維修中改用了含Cr?O?較低的電熔再結(jié)合鎂鉻磚（Cr?O?含量為12%）。此改進(jìn)主要的原因是電熔再結(jié)合鎂鉻磚的顯氣孔率低，同時降低耐火磚中Fe?﹢、Fe?﹢的含量，從而更適應(yīng)在氣象區(qū)的強(qiáng)還原性氣氛，延長使用周期。改用此類型的電熔再結(jié)合鎂鉻磚后，大大延長了使用時間，取得了良好的效果。

2、結(jié)語

國內(nèi)的鉛冶煉行業(yè)所使用的爐型比較多，冷卻裝置在各類冶金爐中也有所應(yīng)用，對延長冶金爐的使用壽命具有較好的作用。但從使用過程中看，對于鉛冶煉這種過熱度大，原料復(fù)雜，鉛冰銅又容易侵蝕冷卻裝置的冶煉過程，靠冷卻裝置掛渣的操作還存在一定的安全隱患，因此冷卻裝置內(nèi)部襯有耐火材料仍然是不可或缺的。耐火材料的正確使用與冷卻裝置是相輔相成的，可以起到互相保護(hù)的作用。

在根據(jù)冶煉工藝特點(diǎn)，冶煉物料特性，正確的選擇及使用耐火材料的基礎(chǔ)上， 要保證冶金爐的正常運(yùn)行，保證合理的爐壽，使企業(yè)獲得經(jīng)濟(jì)效益，還必須有正確合理的耐火材料設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、膨脹計(jì)算、砌體的升溫烘烤都影響著耐火材料的正常使用。

因此，在現(xiàn)有發(fā)展的基礎(chǔ)上，還需更深一步地圍繞耐火材料進(jìn)行耐沖刷性、抗渣侵蝕性、應(yīng)力分析、烘烤制度等方面進(jìn)行深入研究改進(jìn)，需要耐火材料供應(yīng)商、設(shè)計(jì)單位和用戶多方面的共同努力，才能使耐火材料取得更好的應(yīng)用效果。