耐火材料在鉛冶金行業的設計與應用

有色金屬冶煉對于耐火材料的要求比較復雜，既要有足夠的耐高溫性，還需具備一定的高溫強度，同時需具備良好的抗渣侵蝕及抗爐渣、煙氣沖刷的能力，因此對于爐內耐火材料的選擇有著嚴格的要求。同時對于各種有色金屬的冶煉均有各自特點，需有選擇性地選用耐火材料。
目前國內使用在有色金屬冶煉行業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的設計與應用實踐1）爐底設計經過多年的實際生產經驗，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，但冶金爐的耐火內襯主要使用的是鎂鉻磚、高鋁磚、高鋁質的耐火搗打料等。
（1） 爐底永久層區域在爐襯的設計中，爐體內各個位置不同，耐材的選擇也相應變化。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搗打料、鎂質搗打料等，還有的使用高強防滲搗打料，其成分也是屬Al?O?-SiO?系， Al?O?的含量>75%。液態鉛的比重達10.6g/cm?，滲透性極強，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。
目前廣泛應用的做法是爐底鋼板上首先鋪設高鋁磚，高鋁磚具有較高的耐壓強度（常溫耐壓強度40~60MPa），用作爐底底部作為墊層比較合理；在爐底墊層上部應設置一層具有抗鉛滲透的耐火材料，目前采用的有鎂質搗打料或高強防滲搗打料（高鋁質），兩種均可起到隔層的作用。其中鎂質搗打料的配比為：鎂砂：鎂粉=7：3，配以鹵水，鎂砂粒度：0.2~0.5mm70%、1.5~3.0mm 30%；高強防滲搗打料的成分則是：高鋁質的各種粒度的骨料、骨粉配置而成，在經過高溫烘烤后，各種粒度的骨料膨脹緊密結合，達到理想的防滲鉛目的。
必須注意的是鎂質、鎂鉻質搗打料搗打完成后，需進行低溫烘烤，烘烤出游離水后，用細鎂粉將伸縮縫填實，以保證搗打層的強度和密實性。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合鎂鉻磚，工作層則采用半再結合鎂鉻磚，隨著鉛液面的波動， 爐底的溫度波動明顯，因此應選擇熱震性好的半再結合鎂鉻磚。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）爐內工作區域爐膛內工作區域（爐壁、爐頂）的耐材選用分為兩個區域進行，一部分是熔池區（尤其是渣線區域）的耐火磚另一部則是氣象區的耐火磚。
（1）爐內熔池區熔池區（尤其是渣線區域）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雜，高鋁質的耐火材料會參與造渣反應，因此選用高鋁質的耐火磚是不合適的，應選用鎂鉻材質的耐火磚。同時考慮到耐火磚的抗渣侵蝕及抗沖刷性，應選用電熔再結合的鎂鉻磚。
該材質的磚在抗渣侵蝕性優于半再結合鎂鉻磚。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?含量較高的鎂鉻質耐火磚。
（2）爐內氣象區氣象區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?較低的鎂鉻質耐火磚。國內某廠的煉鉛還原爐內采用的鎂鉻磚在生產初期所使用的是含Cr?O?較高的直接結合鎂鉻磚，則出現了氣象區處的鎂鉻磚表面無金屬和渣的包裹、磚斷成兩段、結構疏松等現象，根據分析結果判斷是耐火磚中的Fe?﹢、Fe?﹢大量還原成單質Fe，從而導致磚體結構疏松。
因此在維修中改用了含Cr?O?較低的電熔再結合鎂鉻磚（Cr?O?含量為12%）。此改進主要的原因是電熔再結合鎂鉻磚的顯氣孔率低，同時降低耐火磚中Fe?﹢、Fe?﹢的含量，從而更適應在氣象區的強還原性氣氛，延長使用周期。改用此類型的電熔再結合鎂鉻磚后，大大延長了使用時間，取得了良好的效果。
2、結語國內的鉛冶煉行業所使用的爐型比較多，冷卻裝置在各類冶金爐中也有所應用，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，可以起到互相保護的作用。
在根據冶煉工藝特點，冶煉物料特性，正確的選擇及使用耐火材料的基礎上， 要保證冶金爐的正常運行，保證合理的爐壽，使企業獲得經濟效益，還必須有正確合理的耐火材料設計，包括結構設計、膨脹計算、砌體的升溫烘烤都影響著耐火材料的正常使用。
因此，在現有發展的基礎上，還需更深一步地圍繞耐火材料進行耐沖刷性、抗渣侵蝕性、應力分析、烘烤制度等方面進行深入研究改進，需要耐火材料供應商、設計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用效果。