降低铅锌密闭鼓风炉熔炼四氧化三铁影响的生产实践

马占峰

(瑞木镍钴管理(中冶)有限公司，北京 100028)

0 引言

葫芦岛铅锌厂于2007年正式开产。鼓风炉虽算不得新型工艺，但对于那时的人们还是新鲜的事物。生产初期原设计炉床面积为18 m2,有三台热风炉依次交替为鼓风炉供热风由于是生产初期对于各工艺指标都处于摸索阶段，虽有些方面取得了一些成果，但到后期Fe3O4的大量出现，造成溜槽凝结，严重威胁鼓风炉的生产，甚至有些时候造成鼓风炉不能排渣，被迫停炉的局面。在第一次对炉体进行中修期间，发现炉墙、炉底、侧壁以及前床各部存在厚厚的Fe3O4。Fe3O4对鼓风炉炉体的危害以前只是从期刊文献上了解过，经历过此次中修使我们真正感受到Fe3O4对鼓风炉产生的巨大危害，从此我们便开始了如何降低Fe3O4方法探索。经过一年半的观察、认真研究并结合生产实践，对Fe3O4的危害有了更深刻的认识，通过反复摸索总结出一套行之有效的如何降低Fe3O4危害的方法。

1 Fe3O4的产生与危害

Fe3O4熔点为1 527 ℃，密度为5.18 g/cm3,相比炉渣密度较大，熔于炉渣，炉温偏低时极易析出，前床底部及侧壁以及鼓风炉底部极易沉积，同时伴随有ZnS等杂质，前床往往容易形成熔铅和炉渣间的横膈膜，对鼓风炉的正常生产往往会造成严重影响。铅锌密闭鼓风炉生产过程中，Fe3O4的产生主要有以下来源：

1.1Fe3O4在熔炼化学反应中产生

铅锌密闭鼓风炉生产中，常伴随如下化学反应：

(1)

(2)

反应过程一：炉料在熔炼过程中FeS不断被氧化从而生成FeO。反应过程二：因料层受各风口处炉温不均影响往往存在不均现象，且炉料中二氧化硅成分较少，部分FeO无法与二氧化硅完全造渣，从而导致FeO被进一步氧化成Fe3O4。风口区域氧浓度、温度增加会促进反应发生，因此大量的Fe3O4便会产生。

1.2返回物料所带来的Fe3O4

葫芦岛锌厂铅锌密闭鼓风炉将冶炼过程中产生的铅、锌浮渣、氧化锌等直接加入鼓风炉(粒度小于30 mm的进入配料仓进行配料)，加之炉料本身就含有一定的铁，因鼓风炉风口区温度高，氧浓度高且和炉料直接接触，因此也极容易生成Fe3O4。铅锌密闭鼓风炉炉渣中SiO2与Fe3O4对应的关系如图1所示。炉渣中Fe3O4浓度随着SiO2含量的升高而降低，基本呈现反比的关系。

图1

2 降低Fe3O4的途径

要想从根本上排除Fe3O4的危害最好考虑如何降低鼓风炉熔炼过程中Fe3O4的生成。鼓风炉重要炉料之一烧结块在生产过程中各种返料加入以及各种杂料添加不可避免，这些物料均含有一定量铁，因此考虑如何降低Fe3O4在炉渣中含量，以及如何减少Fe3O4在熔炼过程中形成就显得尤为重要。

2.1 如何减少Fe3O4在熔炼反应过程中生成

形成Fe3O4往往是因为SiO2与FeO未及时充分接触，这与供料车间混料工的操作密不可分，当混料操作越精细和翻料、倒料越频繁SiO2与FeO接触越均匀，促进了FeO与SiO2造渣反应从而减少了Fe3O4的生成机会。Fe3O4被还原造渣过程反应如下：

(3)

ΔG0=61 128-45.94T(298-1 478 K)
ΔG0=149 997-106.19T(1 478～1 808 K)

以上反应从热力学角度分析表明SiO2与FeO造渣反应很明显比Fe3O4被还原的反应容易得多。所以，从这个思路出发，二氧化硅在炉料中的分布均匀情况对Fe3O4被还原有着重要影响，因此加强供料车间配料与混料管理将起着很重要作用，二氧化硅分布均匀将更加有利于Fe3O4被还原以及Fe3O4的减少。

2.2 熔炼过程中及时排出产生的Fe3O4

Fe3O4在铅锌密闭鼓风炉熔炼过程中溶解在炉渣与熔铅中，如不及时排出系统将会对系统正常生产造成影响。铅锌密闭鼓风炉在正常生产情况下，Fe3O4一般不会滞留在炉体中，通常在焦点区上移、炉缸中熔体温度低，炉况恶化时才会出现滞留情况。在熔铅和炉渣中Fe3O4溶解度随着温度上升而增大，铅锌密闭鼓风炉在熔炼过程中熔体有着良好的过热性，Fe3O4通常不会大量的积累在炉床内，前床的保温工作如果做的比较到位，Fe3O4亦不会在前床出现大量积累。前期铅锌密闭鼓风炉炉床和前床中Fe3O4大量积累，究其原因主要与熔体温度低以及炉况持续恶化所致。

Fe3O4在熔铅中的溶解度与熔铅品味基本成反比关系，熔铅品位低有利于带走Fe3O4，但一味追求降低铅品味不仅不经济而且破坏系统工艺，铅锌密闭鼓风炉所产熔铅品位基本在65%左右，选择这样铅品位实践表明Fe3O4不会对正常生产带来不利影响。

2.3 炉渣化学成分的摸索

经过很长一段时间不断对炉料成分反复调整与对比，最终摸索出比较理想的渣型，具体成分如下：：SiO233%～36%、Fe 31%～35%、CaO 11%～13%；SiO/Fe≈1.13。这种渣型的选择实践证明是比较成功的，优点如下：

(1)降低Fe3O4的产生。经过一年半生产摸索表明，适当的提高石英石配比及提高混料均匀程度，会在一定程度上减少Fe3O4在密闭鼓风炉熔炼过程中产生。

(2)使铅在渣中有效降低。因熔炼渣硅酸度提高，渣中铅的物理损失和机械损失显著降低。引起降低渣含铅主要原因有以下几个方面：①渣密度下降。Fe3O4和FeO密度大于CaO和SiO2的密度，相应的提高CaO和SiO2配比，降低铁氧化物配比，降低渣密度使渣铅容易分离。②降低渣的表面张力。渣中铅液滴分离过程是其克服渣的表面张力沉降的过程，铅液滴沉降的临界半径和渣表面张力成正比例关系，渣的表面张力越高则铅的机械损失就会相应升高，也就是平时所说的渣含铅升高。熔体中FeO与CaO的表面张力因数相较SiO2的表面张力因数较大，因此为达到降低渣的表面张力目的，可以通过提高SiO2在渣中的比例，从而实现粒径较小的铅液滴也能够顺利克服渣的表面张力得以沉降，降低渣中铅的机械损失。③提高渣与铅之间的界面张力。铅在渣中的溶解度随界面张力的增大而降低，界面张力越大也就越有利于铅微滴汇聚与沉降，降低渣含铅量。④渣中铅的物理损失能有效减少。SiO2在渣中比例越高铅在渣中溶解度越低，因此通过配料增加SiO2的含量来降低铅在渣中的溶解，降低渣中铅的物理损失。

随着渣中SiO2的增加，虽然渣的熔点会升高，但是该渣型中的SiO2增加量不大，熔点的增幅也不大，因此在熔炼时，由于焦点区化学反应激烈，渣的熔点虽然较前期有所升高，但焦点区温度高，并不会给熔炼过程带来影响。鼓风炉的焦点温度从一定程度来说由渣的熔点决定。所以为了提高焦点区的最高温度采用熔点较高的渣型将有利于强化熔炼过程。其次，虽然渣的黏度随着SiO2含量的增加而增大，通过增加CaO的方法就可以适当的降低渣的黏度，此熔炼过程熔体温度高、过热好，随着温度的升高黏度降低，不会对生产过程带来影响。

3 调整效果取得成效

自从对渣型进行了调整，鼓风炉炉底、侧壁以及前床Fe3O4沉积现象大为改善，未出现因Fe3O4大量出现被迫停炉检修的事故。炉体、前床使用寿命也随之延长，这不仅节约了炉体、前床维护、检修费用，同时也为铅锌冶炼厂平稳运行节约了费用、降低了成本。对6个班次调整过程中渣成分统计结果见表一，平均含Pb 0.58%、SiO235.98%、Fe 31.57%、CaO 10.94%、SiO2/Fe(质量比)约为1.13，渣的成分均与预期结果基本吻合。

表1 连续6个班次渣型统计

从实际生产运行效果来看，采用含SiO2较高的渣型是符合铅锌密闭鼓风炉当前生产条件的，铅锌密闭鼓风炉在调整渣型后对生产未带来不良影响，Fe3O4大量沉积的现象基本得到良好的控制，这为炉体平稳运行创造了条件。

4 结束语

(1)采用SiO2含量较高的渣型以减少Fe3O4的生成，尽量避免对鼓风炉熔炼生产带来的不利影响。

(2)为保证SiO2在炉料中分布均匀，应强化供料车间配料与混料操作，使料均匀，尽可能地弱化Fe3O4的生成条件。

(3)细化操作与强化炉体维护相结合，尽量减少返回物的产生，以保证返回物料的加入合理。

(4)密闭鼓风炉熔炼系统的Fe3O4应及时排出系统，避免积累。