艾萨炉炼铅法的生产实践与总结解析

1 ISA—YMG炼铅法的生产实践与总结 ISA—YMG炼铅法是我公司引进国外顶吹沉没熔炼技术来改造传统烧结—鼓风炉还原熔炼技术而开发出的一种粗铅冶炼新工艺，该工艺引进ISA炼铅法中的氧化熔炼部分并结合我公司比较成熟的鼓风炉还原熔炼技术，在此基础上进行组合开发而形成的一种节能、环保、高效的绿色炼铅新工艺。该项目于2005年3月在我公司曲靖基地建设完工，6月艾萨炉点火投产一次成功。它是目前为止世界上首家用铅精矿直接熔炼生产粗铅的第一座艾萨炉，它的成功标志着国际炼铅技术的发展又取得了新的突破。 一、ISA—YMG炼铅工艺由两个部分组成：艾萨炉的氧化熔炼部分和我公司的鼓风炉还原熔炼部分。在氧化熔炼阶段：铅精矿、熔剂和烟尘经混合制粒由后皮带运送至艾萨炉顶。然后从加料口进入艾萨炉并在炉中发生剧烈的氧化脱硫反应，反应所需的空气和燃油经艾萨炉喷枪进入熔池中，反应所生成的产物有粗铅、富铅渣和烟尘，所产生的SO2气体经收尘处理后送酸厂制酸，烟尘返回备料系统配料；在鼓风炉还原熔炼阶段：艾萨炉所产出的富铅渣经铸渣机铸块后运送到鼓风炉，在炉中与焦碳、熔剂一起发生还原反应，生成粗铅、熔渣和烟气。熔渣进入电热前床经沉清处理后送烟化炉回收Zn和Ge，烟气经冷却降温和收尘后排空。工艺流程图如下：

一）艾萨炉氧化熔炼 氧化熔炼作业在艾萨炉中进行，整个熔炼系统包括艾萨炉主体、余热锅炉、电收尘、引风机、工艺鼓风机、燃油供给系统、喷枪、保温烧嘴等（如下图所示）：

概述 艾萨炉是一个高11.2米，约2.9米内壁直径，内衬耐火材料的圆柱形容器，炉子上端设有加料口，喷枪口和烟道口，底部设有两个排铅口，一个放渣口，一个放铅口。铅精矿、熔剂、烟尘等按配料比例充分混合并经制粒后皮带运输机从炉顶加料口送入炉子，PbS氧化所需的氧气和空气及燃油通过喷枪直接以旋涡状喷射到熔池渣层中，并使熔池剧烈搅动，加速冶炼过程的传热和传质速度，大大强化了炉内熔炼的氧化过程。整个反应释放出大量的热，加入的炉料被迅速加热熔化并完成冶金过程的反应，反应所生成粗铅从排铅口排出，采用圆盘铸锭机浇铸后，送电解精练。富铅渣由铸渣机铸成渣块，送鼓风炉还原处理。

原料 艾萨炉对原料适应性强，不仅可以处理铅精矿，而且还可以处理各种二次含铅物料、铅渣等。对物料的粒度，无论是块状还是粉沫状都无特殊要求，备料过程简单，混合的铅精矿、熔剂经过制粒机制粒后，即可入炉，为防止精矿过早从进料口下方进入烟气，入炉物料水分一般控制到8—12%之间，对入炉物料成分也无特殊要求，一般情况下，Pb%控制在50—60%之间。当然Pb%越高，越有利于整个熔炼过程，以下是入炉物料的平均成分表：

表一 入炉物料化学成分表 2

Pb Zn Cu S Fe SiO2 CaO Al2O3 MgO As Sb Ge 63.89 3.63 0.039 17.37 6.30 0.70 0.95 0.46 0.00 0.08 0.0035 12g/t

入炉物料进入炉子后在1050℃ 温度下进行氧化熔炼，整个反应过程基本上属于恒温操作，熔炼温度下降可使炉寿增长并降低烟尘率，但会使炉渣变稠，给操作带来困难。整个过程采用富氧熔炼，富氧浓度为30%，氧气由制氧站提供。产出的富铅渣化学成分如表二所示，原料中大约有45%的铅进入富铅渣，40%的铅变成粗铅，15%的铅进入烟尘。

表二 富铅渣化学成分表 富铅渣 Pb Fe SiO2 Zn CaO Al2O3 MgO 成分% 49.85 11.54 9.26 0.00 4.61 1.79 0.00

喷枪 萨炼铅法的关键技术之一，它由钢管制成，喷枪口的直径为250mm，采用空气冷却，喷枪从里到外分三个部分，最里面的部分是输油管道，Φ约 mm，油管外面是用于控制在13.5Kpa左右，此时喷枪在熔池中的深度为300—500mm，如果端压增大则喷枪插入熔池的深度增加，反之亦然。喷枪内设有旋流哭，喷枪内的气体通过旋流哭后可加速气体流速，并呈旋涡状从中流过。燃烧气体以极高的流速呈旋涡状从中流过，大大加快了把热量从枪体传递给气体的速度，从而能在喷枪外表面形成一层冷却凝固的渣壳，形成柱渣，这层渣壳保护了喷枪，使其能长时间在高温炉渣中工作而不发生烧损，从而处长了喷枪寿命。在正常熔炼条件下，喷枪的使用寿命约为7—12天。在喷枪出问题或需暂时停炉时，通常用保温烧嘴代替喷枪，并对炉子时行保温。保温烧嘴结构比喷枪较为简单，由两部分组成，油管在最里面，外面是空气管道，Φ约 mm。 炉衬保护 艾萨炉采用镁砖或铬镁砖砌筑成圆筒形，外层是厚度为100mm的钢筒，炉子内经约2.9米，反应区离炉壁有一段距离，在反应过程中，会生成一种熔点较高的炉渣铁酸锌（ZnO+Fe2O3→ZnF2O4），它会附着在炉壁上，从而保护了耐火砖，使耐火砖不易烧损，艾萨炉耐火砖寿命一般为2年。在炉子最初升温时，为了保护耐火砖，升温速度一定要按照升温曲线的规律进行，升温曲线的规律如图所示：在熔炼过程中要避免耐火砖受到热冲击。

操作 艾萨炼铅法机械自动化程度高，操作控制简单，能通过DCS很方便地调整燃煤、空气、富氧浓度、燃油的比例来及时控制炉子内的反应，使冶炼过程在恒温状态下产出我们所需要的产品来，熔炼呈连续的过程，在炉内进行氧化反应，直接生产出一部份粗铅，其余产出富铅渣，熔炼制酸。这样可以避免SO2对大气造成的污染，同时，也可降低产品的能耗和成本，可见艾萨炼铅法是世界上先进的炼铅之法之一。

表三、处理含Pb64%时艾萨熔炼烟气成分 组成 SO2 SO3 CO2 N2 O2 H2O 合计 % 9.1 0.27 6.6 64.3 4.2 15.8 100.0

熔炼工艺 艾萨熔炼工艺的特点是采用了一根“末端浸没式”喷枪将空气和燃料喷入熔池熔体层内。该工艺之所以能成功，是基于在喷枪外壁能保留一层冷凝渣层以保护喷枪。喷枪是夹层的， 3

分内管和外管，富氧空气通过外管喷入炉内（富氧浓度含28%O2），内管是喷油管，喷枪末端有一个旋流哭将二者混合，由于空气流速高，足以使喷枪外部冷却（1），喷枪外壁的冷却效应导致外壁被粘附上以层保护性凝渣，防止外壁被炉渣腐蚀。 当喷入炉内富氧空气中的氧与加进炉内的物料在熔渣层内反应时，熔炼过程开始进行（2）。柴油和煤被用作艾萨熔炼炉的补充热源。空气由KKK鼓风机供应，氧气由一个生产能力为560吨/天的氧气站供应。该氧气站足以满足艾萨熔炼需要。在艾萨熔炼炉内，熔池内液面距炉底1到2.5m，分铅和渣两层，每2到3小时放渣一次，每3到4小时放铅一次，每次排放时间约60分钟。喷枪从炉顶开口处插入炉内，喷枪的末端中插到熔渣层内为止。熔池温度保持在1050之间。熔体温度是通过安置在炉体位于熔池区的4支热电偶进行监测，通过调节给煤率、给油率、富氧浓度来控制温度的波动。 烟气处理 从艾萨熔炼炉上部出口出来的烟气从炉顶进入余热锅炉上升烟道，烟气通过辐射降温，进入余热锅炉的辐射段和对流段，最后烟气进入静电除尘器排除细尘。从余热锅炉中收集的粗尘经刮板运输机运送到烟尘储仓，最后人工返回备料系统。电收尘收集的细尘也如此处理。按设计要求本来从余热锅炉和电收尘收集到的烟尘要用汽化喷射泵送回备料系统，但该设备从投产至今一直无法投入使用。 余热锅炉的各个部分都安装了自动振打装置，以减少烟尘粒粘附在余热锅炉的炉壁上。 从艾萨炉进料口、渣排放口及铅排放口所产生的烟气均装有排气烟罩用单独的环保风机抽走，以进化员工的操作环境。 除尘后的艾萨熔炼炉烟气的混合气体的SO2的水平为7至10%。

冶金控制 通常，留在艾萨炉熔炼炉熔池内的熔体（铅加炉渣）总量为10吨，平均停留时间为100分钟。因此冶金过程的控制和实际监测十分必要。艾萨熔炼炉工作时，主要冶金过程参数有： 1. 富铅渣铅品位 2. SiO2/Fe比 3. 温度 冶金过程控制从配料车间开始，将精矿、石英砂和煤按比例混合，以期得到理想的渣型和铅品位。每一批混料约6000~8000吨，每次成分报告都要向控制室报告。如有必要应对该批混料予以校正，以确保艾萨熔炼炉的一致性。混料校正的主要参数为：铅品位50%—60%；炉渣SiO2；Fe的比率为0.80。 配料成分分析被输入DCS控制系统后，于是系统即可根据设定值参数自动计算出氧气的需要量。每放一次铅和炉渣就作一次分析。使用X射线荧光分析仪做铅和炉渣的成分分析，分析结果送控制室操作人员。

艾萨熔炼炉的化学反应 艾萨炉具有很强的冶炼能力，铅精矿、熔剂和烟尘等混合物料进入炉子后，由于喷枪以旋涡状高速喷出的气体，剧烈搅动熔池，使炉料在高氧位的条件下和有限的空间内，进行气一固一液三相的充分接触和迅速反应，精矿中的PbS与反应空气中的氧气发生反应后，生成铅；二氧化硫（SO2）并放出大量的热，它的反应原理是PbS富氧强化熔炼，在熔炼过程中主要发生的化学反应有： 4

C + O2  CO2 PbS + 1.5O2  PbO + SO2 PbS + O2  Pb + SO2

从热力学角度看，硫化铅精矿的氧化过程都能自动进行，它们都是放热反应，一旦反应

发生，它所释放的热量便可使反应维持下去因此在艾萨熔炼过程中。可以不消耗燃料或只消耗极少的燃料，就可以把反应进行下去，基本能够实现自热熔炼。 上述反应式简要地描述了铅精矿的熔炼过程。但实际还存在一系列的反应，其中一个对艾萨熔炼工艺有很好作用的反应是： Fe2O3 + ZnO =ZnFe2O4 铁酸锌熔点很高，通常以固态的形式存在于富铅渣中，它们会在喷枪和炉壁上形成一层很好的保护层，减少熔体对喷枪和炉砖的磨损。

工厂投产后的运行效果

同大多数冶炼厂设备的投产一样，云南冶金集团艾萨熔炼炉的投产在生产工艺、设备的设计、新设备的熟悉程度和维修工作等方面存在着许多问题。到本文落笔时为止，艾萨熔炼炉已经运行了6个月，并且已经基本实现了预期的目标。在这段时间的生产中，产量已接近设计能力。而且值得更加乐观的事情是：在投产后的4个月里，投产初期所暴露的主要问题，大部分已被解决了。 2005年6月12日开始第一次向艾萨熔炼炉投料，从6~9月，继续生产了竟接近4个月时间，运行过程所有主要问题都暴露出来了，问题如下： 1. 泡沫渣的出现； 2. 余热锅炉的炉顶（喷枪入口处、保温烧嘴入口处以及炉顶上升烟道与喷枪入口之间）三次爆管泄漏事故； 3. 喷枪口、进料口和保温烧嘴口容易结瘤； 4. 备料系统各下料口易堵塞，精矿仓下料非常困难； 5. 排放开口机无法使用； 6. 烟尘量特别大，大于45%； 7. 铅溜槽易烧损泄漏，放铅口不易堵塞； 8. 喷枪寿命短； 9. 排放困难，排放冷却铜水套泄漏； 10. 粗铅表面层出现冷却后析出的铅冰铜层，不易分离。粗铅质量偶尔较差。 上述问题，大多数在投产后几个月内得到解决，然而直到现在，有些问题仍对生产构成威胁。下面将详细叙述这些难题和解决的办法。