氧气底吹直接炼铅法QSL炉氧化区用耐火砖

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QSL卧式回转反应炉呈长圆筒形,熔池内有一隔墙将其分为氧化熔炼区和炉渣还原区,隔墙下部有孔道以便熔体通过。氧化区炉底设有浸没式氧气喷枪和出铅口,还原区底部设有粉煤和载体空气喷枪。粒状精矿从氧化区的炉顶投入,生成的铅液在此底部汇集。PbO含量高的炉渣通过隔墙的渣坝进入还原区被碳还原为铅,流回氧化区底部。熔炼产生的铅液与贫化后的渣分别呈逆流状态从炉子两端放出。生产过程是连续进行的。

在氧化区,为了使硫化物氧化,熔池保持着较高的氧势。熔池内温度大致在℃。在还原区,为了使FeO2SiO22CaO渣中的大量PbO还原,将粉煤与一定压力的空气(或富氧空气)同时吹入渣池,使渣中PbO还原。还原区渣池温度大致在℃。

QSL炉内侵蚀最严重的部位是氧化区氧气喷枪的镁铬底吹砖(包括座砖)。

下面分析为什么镁铬底吹砖侵蚀最为严重,用什么耐火材质较好。

表1列出了Pb、PbS、PbO等的熔点、密度、蒸汽压与黏度等。Pb及其化合物的密度、蒸汽压比其他金属高得多,而黏度却又甚低;因此Pb及其化合物的熔体由于密度大、流动性好与熔点低等因素会向炉底底吹砖空隙、气孔渗透很深直至其凝固点温度才会停止。

渗入底吹砖的Pb,由于氧气喷枪附近氧分压大,Pb被氧化为PbO。Pb转化为PbO,体积增大约20%。这将造成底吹砖强度受到大的损害。其次,镁铬底吹砖中的镁铬尖晶石(MgO·Cr2O3)中Cr2O3在氧化气氛下会转变为六价铬CrO3。从氧化物酸碱性强弱次序看,PbO具有较强的碱性,极易与酸性强的CrO3形成低熔点的铬酸铅化合物,如PbO·CrO3、3PbO·CrO3、5PbO·Cr2O3等。这些铬酸铅化合物的熔点大致在℃左右。因此底吹砖内的液相量大量增加,在喷枪吹入的氧使铅液剧烈搅动下,镁铬底吹砖因承受强大的冲刷而严重蚀损。

虽然由PbO与CrO3以及MgO与CrO3生成3PbO·CrO3、5PbO·CrO3和MgO·CrO3的热力学数据尚未见到,但我们知道碱性氧化物PbO、MgO会自发地与酸性氧化物CrO3形成铬酸铅与铬酸镁。

因此,从热力学的估算可以得出:QSL炼铅炉的镁铬质底吹砖在冶炼过程中可能发生反应(B)。表明镁铬质耐火材料做QSL炉氧化区底吹转炉是不太合适的。既然镁铬质做QSL炉氧化区底吹砖不太合适,用何种材质较为合适?

SiO2与PbO能形成一系列低熔点硅酸铅,其熔点大致在℃左右,因此采用硅砖或含SiO2较多的高铝砖都不合适。

从ZrO22PbO二元系相图看,ZrO2吸收50%(摩尔分数)的PbO(相当于质量分数为%)形成PbO·ZrO2,其在℃仍以固态存在。即ZrO2抗PbO侵蚀性很好。

从Al2O32PbO二元系相图2看出:Al2O3能吸收%(摩尔分数)的PbO(相当于质量分数%)形成PbO·6Al2O3,在高温下仍为固态。即刚玉抗PbO侵蚀也是较好的。




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