SKS炼铅工艺降低鼓风炉渣含铅生产实践.doc

SKS炼铅工艺降低鼓风炉熔渣含铅生产实践袁培新 李初立（湖南水口有色金属集团有限公司，湖南 衡阳 421513）摘要：本文介绍了SKS炼铅法鼓风炉还原段在水口山八厂的生产实践，并从渣型、鼓风炉还原能力及操作等方面探讨了降低鼓风炉渣含铅的途径和方法。关键词：SKS炼铅法；高铅渣；铅鼓风炉；渣含铅Plant Practice on Lowering Lead Containing in Blast Furnace Slag in SKS Lead Smelting ProcessYUAN Pei-xin， LI Chu-liAbstract:It presents the plant practice of blast furnace in SKS Lead Smelting Process in the eighth smelter in Shuikoushan,and analyses the effect of slag type, reducing ability, operation on lowering lead containing in blast furnace slag.Keywords: SKS Lead Smelting Process; High Lead Slag;Lead Blast Furnace;Lead Containing in Slag1、前言我厂采用的是底吹氧化鼓风炉还原炼铅工艺（SKS炼铅法），该工艺是我公司与中国有色工程设计研究总院共同研发的、具有自主知识产权的一种炼铅方法。该法具有环保好、能耗低、对原料适应性强、自动化程度高、工艺可靠性强等特点。自2005年8月投产以来，生产正常，各项技术经济指标平稳上升。但是，由于底吹炉所产出的高铅渣具有与烧结块不同的特性，高铅渣进鼓风炉处理存在一定的难度，主要表现为易形成炉缸炉结，渣含铅高等。为此，我厂经过不断摸索，从合理选择渣型、强化炉内还原气氛、优化工艺参数控制及加强操作入手，已将渣含铅降至4%以下。本文结合我厂的生产实践对如何降低鼓风炉渣含铅作一个初步探讨。2、高铅渣鼓风炉熔炼的特点由于高铅块渣和铅烧结块在物理结构与化学成份方面的差异，在熔炼上有一定区别。 铅烧结块为多孔结构的块状物，孔隙率一般为5060%，堆比重1.82.2，块度一般为50150mm。烧结块中以硅酸铅形态存在的铅约占总铅量的40%。在鼓风炉还原熔炼时，游离PbO在600时已大量被还原，而未被还原的PbO及硅酸铅在700800时开始熔化，在流向炉缸的过程中被加热并溶解其它金属氧化物。熔体中的铅化合物在熔化区被上升热气流中的CO所还原。在焦点区，C直接参与了从熔体中还原硅酸铅中的铅。由于铅烧结块的表面积大，CO的气固反应和碳的直接还原反应比较活跃，还原过程进行得很彻底，故渣含铅小于3%。 高铅渣为致密的熔结物，堆比重约3.0。与多孔疏松的铅烧结块相比，比表面积大大降低。高铅渣中硅酸铅占总铅量的70%以上，游离的氧化铅和铁酸铅也完全溶解于炉渣中。在上部还原区中，CO与高铅渣之间的气固反应机率较小，只有在进入下部还原区，高铅渣开始熔化，铅的还原反应将同时进行。高铅渣中的铅化合物的还原主要依靠焦点区的炭与熔渣的直接还原反应和造渣组分的置换反应。因此，降低物料的熔解速度，提高焦点区的还原强度，选择合理渣型和增加渣、铅分离的时间将是熔炼过和程顺利进行，且获得低的渣含铅的必要条件。3、降低渣含铅的主要途径和措施3.1渣型选择有色金属的冶炼过程实际是一个以炉渣作媒介提纯金属的过程，炉渣的组成及性质决定着熔炼过程的还原程度、燃料的消耗量、炉座的生产率及金属的回收率。所以渣型的选择对于降低渣含铅意义非常重大。3.1.1渣型的选择应满足如下要求： 渣型应既能满足冶金过程的要求，包括炉况顺行，渣铅分离好，渣含铅低，流动性合适，不浸蚀炉衬等，又能节约造渣费用，得到良好的冶炼技术经济指标。充分考虑底吹炉、鼓风炉对渣型的不同要求，底吹炉高铅渣尽量向终渣所需成分靠拢，鼓风炉不加或少加熔剂为宜。底吹炉渣熔点控制在9501000，防止熔池温度超过1100，减少金属铅、硫化铅、氧化铅挥发，降低烟尘率。而鼓风炉渣熔点应控制在11001150 ，以保证较高的炉温，有利于还原反应的进行。方便生产管理，硅熔剂全部由底吹炉加入，铁、钙熔剂部分由底吹炉加入。鼓风炉只作铁、钙熔剂的适当补充。3.1.2炉渣的性质及成份选择炉渣的主要成份为FeO、SiO2、CaO、ZnO等，还含有少量的MgO、Al2O3等。其中FeO、SiO2、CaO、ZnO的总和约占总渣量的8590%。CaO：由于Ca2+离子半径大，能降低金属与炉渣之间的表面张力，有利于金属铅与渣的分离；适当的提高渣中CaO的量，可获得较高的炉温，降低炉渣的比重；提高炉渣中的CaO能破坏熔渣中硅氧复合离子，降低炉渣粘度；CaO作为强碱性氧化物，可置换硅酸铅中的PbO，增大PbO的活度，有利于的PbO还原。因此选用高钙渣，能够很好降低鼓风炉渣铅金属损失。FeO：与CaO一样，可置换硅酸铅中的PbO，增大PbO的活度，有利于的PbO还原，因此选用含铁较高的渣型，也可降低渣含铅，同时增大炉渣对ZnO的溶解度，有利于炉况顺行。SiO2：能减小炉渣的比重，但会增加渣的粘度和提高渣的熔点。含铁较高的情况下，为了尽量减少Fe3O4的生成，SiO2的含量必须保证能形成2FeOSiO2的量。ZnO：全是由原料中带入，当渣中ZnO含量过高时，炉渣的熔点急剧上升，所以鼓风炉渣中Zn含量以不超过15%为宜。综上所述，同时考虑到技术和经济两个方面，即既要尽量降低熔剂的消耗，从而减少产渣量和渣含金属的绝对损失，又满足熔炼对炉渣成分的基本要求。故确定渣型为： FeO 2832%； SiO2 2226%； CaO 1719%； Zn15%。实践证明：采用此种渣型，能保证鼓风炉炉况顺行，且渣含铅较低。3.2提高鼓风炉还原能力如前所述，高铅渣中硅酸铅占总铅量的70%以上，其余游离的PbO和PbOFe2O3也完全溶解于炉渣中。因此，鼓风炉还原高铅渣时，铅几乎完全是从炉渣中被还原出来。与烧结块的还原过程相比较，高铅渣中的铅是可以较彻底地被还原出来，但高铅渣的还原需要更强的还原条件。为了确保炉内的还原气氛，提高还原能力，我们采取如下措施：提高焦率（1315%），降低风焦比，控制较高的CO/CO2比。操作时尽量使焦点区集中，保持较厚的焦炭层，使熔体渣与焦炭接触更充分。采取高料柱作业。控制料柱高度3.54.0米，鼓风强度2428Nm3/m2.min，风压1116Kpa，降低熔解速度，床能力控制在4555t/m2d，以便延长还原时间。3.3减缓和控制炉缸炉结的形成生产实践中我们发现，鼓风炉炉缸很容易形成横隔膜，严重影响渣、铅分离，导致渣含铅急剧上升，如果不及时采取措施，炉缸炉结会越来越严重，最终不得不停炉来进行处理。通过对高铅渣、鼓风炉渣及炉缸炉结物的物相分析（见表1），结果表明，鼓风炉炉缸炉结中的难熔物主要为Fe3O4。Fe3O4的主要来源于高铅渣，高铅渣中的铁很大一部分以Fe3O4形态存在，这与底吹炉的强氧化气氛有关。物 相硫化铁金属铁磁性铁赤铁矿硅酸铁总铁高铅渣1.711.8151.2518.2516.99100鼓风炉渣9.2816.9440.5836.475.08100炉缸炉结9.6916.4051.6525.905.08100表1 高铅渣、鼓风炉渣及炉缸炉结中铁物相分配比例（%）注：表中数据为各物相铁含量的质量百分比为了减轻、消除Fe3O4带来的危害，我们主要采取了以下措施：加入硫铁矿还原磁性铁。其主要反应方程式为：3Fe3O4FeS=10FeOSO2 G0=761329455T3Fe3O4FeS5SiO2=5（2FeOSiO2）SO2 G0=625.280.44T由以上两反应方程式吉布斯自由能变化和平衡常数与温度关系得知，反应在1400以上才能向右进行。而对于反应来说，由于SiO2的存在，Fe3O4的还原显得容易得多，在1100时反应即可进行。如能提高炉温和FeS的活度，降低FeO的活度及SO2的分压，有利于反应向破坏Fe3O4的方向进行。在正常的熔炼温度下（11501250），加之鼓风炉炉气中极低的SO2浓度，只要有足够的SiO2来生成2FeOSiO2，渣中的磁性铁会大大减少。定期从后渣口将粘渣排出。为了顺利地将含Fe3O4高的粘渣排出，我们特将后渣口位置作了调整，取得了预期效果。炉缸内有横隔膜形成时，要经常从前后渣口用氧气捅烧，保证铅液顺利落入炉缸。3.4加强操作，确保炉况稳定，尽量降低渣含铅：均匀合理布料，严格控制料柱高度。加强铅井管理，确保铅井灵活。保持铅坝、渣坝相对稳定，确保炉缸不积渣，同时金属铅不从咽喉口带出。按规定放黄渣及开后渣口放粘渣。尽量减少停风时间，要求处理上部炉结、渣坝的停风时间控制在两小时以内。加强电热前床操作，保证铅、冰铜、熔渣正常澄清分离。3.5严抓底吹炉生产管理，为鼓风炉提供合格高铅渣降低鼓风炉渣含铅是一个系统工程，除了抓好鼓风炉系统自身技术参数的控制及加强操作外，底吹炉系统所产出高铅渣成份也是一个非常重要的影响因素。生产实践中我们发现当高铅渣含铅超过50%时，鼓风炉渣含铅也相应提高；而且当高铅渣成份不稳定时，会导致鼓风炉渣成份的波动，使得鼓风炉渣含铅升高。为此我们规范了以下工作：严抓底吹炉的配料及进料管理。堆配由专人负责，并严格按配料单进行；配料工应根据配料单及底吹炉需料量要求进行配料，确保混合料成份均匀，供料稳定可靠；底吹炉进料操作工应勤清下料口，做到进料连续均匀，氧料比控制得当，保证高铅渣成份基本稳定。对高铅渣、鼓风炉渣成份跟班化验，并及时报出化验结果，以便于随时调整渣型。要求高铅渣成份：Pb4048%，FeO/ SiO21.31.5，CaO/ SiO20.50.6。4、 生产实践自2005年8月30日正式投料至今，可分为三个阶段（具体指标见表2）：表2 控制参数与技术经济指标一览表项目单位第一阶段第二阶段第三阶段1、鼓风炉渣成份%FeO3033CaO1214SiO22224Zn1013FeO3033CaO1619SiO22224Zn1013FeO2832CaO1719SiO22226Zn152、高铅渣含铅%56.2348.8145.603、鼓风强度Nm3/m2.min22242626294、鼓风富氧度%2424244、鼓风风压kpa1012111312175、焦率%16.2814.6114.256、料柱高度m2.53.02.53.03.54.07、床能力t/m2d32.443.9251.28、鼓风炉渣含铅%6.665.544.30注：鼓风炉渣含铅是指在鼓风炉咽喉口所取渣的化验结果。第一阶段（试生产期）：2005年8月30日10月31日。开炉一个月不到，炉缸炉结非常严重，渣含铅特别高，被迫停炉处理炉结。主要问题：渣型不太合理，渣含CaO偏低；设备故障频繁，停风时间长；仍采用传统的鼓风炉还原熔炼烧结块的操作方法。该阶段平均渣含铅达6.66%。第二阶段：2005年12月18日2006年4月7日。该阶段渣型作出调整，确定为高钙渣型；加强铅井管理，定期从后渣口放粘渣；搭配硫铁矿减轻磁性铁的危害。本阶段炉况基本稳定，炉缸炉结形成缓慢，但料柱控制较低（不到3米），渣含铅虽有所下降，但仍较高，平均为5.54%。第三阶段：2005年4月19日至今。本阶段渣型基本确定，已摸索出一套行之有效的鼓风炉还原高铅渣的操作方法，生产更趋稳定，操作更加顺利，各项技术经济指标已接近设计水平，渣含铅已降至4.3%下，特别是7月下旬以来，渣含铅降到了4%以下。如果进一步规范操作，渣含铅降至3.5%以下应该完全有可能。5、存在问题及下一步打算电热前床是鼓风炉还原熔炼的配套设备，其主要作用除了为烟化炉吹炼贮备熔渣之外，还有一个很重要的作用就是使炉渣与铅进一步澄清分离。但是，由于鼓风炉内磁性铁被带入前床，前床结底现象严重，很大程度上影响了铅、渣的再次分离。而且，据某厂经验表明：当渣含铅大于3.5%时，铅损失主要以PbO形态的化学损失为主，我厂的鼓风炉渣物相分析也证明了这一点（见表3）。所以下一步降低渣含铅的重点将放在前床，我们打算在前床加入焦粒，在进渣口附近形成赤热焦炭层，一方面还原Fe3O4，解决前床结底的问题，另一方面，还可还原渣中的氧化铅，降低渣含铅。表3 鼓风炉炉渣中铅物相分配物相金属铅氧化铅硫化铅亚铁酸铅及硅