煉鋅電爐通常分為兩種：一種為電阻爐,另一種為電弧爐。
電阻爐煉鋅的特征是以爐料（由鋅燒結(jié)礦與焦炭組成）作電阻,電流通過爐料時產(chǎn)生的熱量即可供反應(yīng)使用。生產(chǎn)中,爐料在爐內(nèi)不需要處于完全熔融狀態(tài),因此電阻爐具有爐內(nèi)溫度低、電耗低、熱效率高、耐火材料使用壽命長等優(yōu)點,但由于其工藝復(fù)雜,技術(shù)要求高,投資大,國內(nèi)尚無工廠采用此技術(shù)。
煉鋅電弧爐準(zhǔn)確的應(yīng)稱為電弧電阻爐,該爐是將電極埋在熔融體中,依靠電極與熔融體交界面上產(chǎn)生的微電弧,熔融體電阻的雙重作用使電能轉(zhuǎn)化為熱能提供反應(yīng)所需的熱量。煉鋅電弧爐由于工藝流程短,設(shè)備簡單,基建期短,投資省,見效快,近年來在我國西部地區(qū)發(fā)展較快。
1 煉鋅電弧爐爐體生產(chǎn)過程中耐火材料出現(xiàn)的主要問題
煉鋅電弧爐的爐體部分在生產(chǎn)過程中各部位主要存在以下問題：
(1)爐頂部分:易產(chǎn)生裂紋,甚至垮頂
(2)爐墻部分:渣線以下部位耐火磚侵蝕速度過快,爐墻常在短時間內(nèi)被燒穿。
(3)爐底部分：鐵水滲入耐火磚間,將耐火磚浮起。
2 產(chǎn)生問題的原因
2.1 爐頂部分
產(chǎn)生裂紋甚至塌垮的直接原因是強度不夠,主要問題在于：
(1)操作不當(dāng),造成爐頂長時期溫度太高。
(2)爐頂電極孔,加料孔,測溫孔,測壓孔,探渣孔布置不合理,嚴(yán)重影響爐頂強度。
(3)爐頂采用高鋁磚砌筑時,球形拱頂中心角選取不合理
(4)爐頂用耐熱鋼筋混凝土時,厚度不夠,混凝土標(biāo)號偏低。
2.2 爐墻部分
渣線磚部位侵蝕速度過快的直接原因有：
(1)爐膛面積不夠,極心圓布置不合理,電極與爐墻間距離太小造成熔池溫度過高,接近爐墻耐火材料軟化點；
(2)造渣制度不正確,渣熔點過高,為使渣流動性好易放渣而提高爐渣溫度,熔融渣對爐墻沖刷嚴(yán)重；
(3)渣型不正確,熔融渣與爐墻的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),造成爐墻迅速剝落；
(4)爐墻砌筑質(zhì)量不好,熔融渣從磚縫間快速侵蝕；
(5)爐墻耐火材料質(zhì)量欠佳,一些指標(biāo)不能達到要求。
2.3 爐底部分
鐵水滲入耐火磚間,將磚浮起的原因是爐底耐火磚的砌筑方法不正確,熔渣從磚縫間快速侵蝕。
3 提高耐火材料使用壽命的措施
3.1 爐頂
(1)嚴(yán)格控制爐頂溫度,爐頂溫度主要取決于電弧爐爐氣出口溫度,煉鋅電弧爐中飛濺式鋅雨冷凝器部分決定了電弧爐爐氣出口溫度不得低于1000℃,否則鋅蒸氣會在飛濺式鋅雨冷凝器前冷凝或氧化后沉積,大大降低鋅金屬直收率甚至堵塞煙道,同時,該溫度又不能太高,否則爐內(nèi)整體溫度都將提高,對爐頂,爐墻,爐氣中雜質(zhì)含量等都將產(chǎn)生
不利影響。
(2)提高爐頂各孔布置的合理性,以2000kVA圓形煉鋅電弧爐為例,爐頂有3個電極孔,3個加料孔,1個測溫孔,1個測壓孔,1個探渣孔,9個開孔分別布置在以爐頂中心為圓心的3個直徑不同的同心圓上,角度錯開,所有相近孔間距離都在1000mm左右,這樣,既方便爐頂操作,又不影響爐頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)強度
(3)嚴(yán)格控制球拱中心角在60°左右,爐頂采用高鋁質(zhì)耐火磚砌筑時,球形拱頂中心角采用60°爐頂承受壓力狀況比較好,云南某廠曾將電爐球形拱頂中心角定為90°,生產(chǎn)不久即產(chǎn)生嚴(yán)重裂紋,最后垮頂。
(4)采用國外的耐熱鋼筋混凝土爐頂技術(shù)。該技術(shù)已經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐,爐頂使用壽命大都在兩年以上
3.2 爐墻
(1)各廠家多年的生產(chǎn)實踐表明,將200kVA煉鋅電弧爐爐膛面積,極心圓直徑控制在一定范圍,爐墻使用壽命將大大延長。
(2)電爐煉鋅的還原反應(yīng)在1000℃以上能迅速進行,而實際要求熔化溫度在1000~1200℃以上,故渣型滿足1000~1200℃的熔化溫度即可。
(3)渣型的選擇一定要適應(yīng)爐襯材質(zhì),否則爐襯被侵蝕的速度很快。
(4)爐墻的砌筑,必須由專業(yè)施工人員進行，對磚的表面,耐火泥漿,磚縫嚴(yán)格要求,爐墻磚縫不能大于2mm。
(5)在國內(nèi)應(yīng)用效果較好的爐墻耐火磚有碳磚,鋁鉻磚,對耐火磚的質(zhì)量要求相當(dāng)嚴(yán)格。
3.3 爐底
爐底耐火磚被鐵水滲入將耐火磚浮起的問題可用反拱砌筑法解決,砌筑方法根據(jù)磚的不同而不同,用鋁鉻磚砌爐底時,一種采用反拱型砌法,在爐底砌筑3層鋁鉻磚,另一種采用鋁鉻質(zhì)搗打料作底后再用反拱砌筑法砌一層鋁鉻磚,選用碳磚時,采用2層磚反拱砌法即可。
4 結(jié)語
(1)電弧爐煉鋅最大的缺點就是受規(guī)模限制并且能耗過高。而能耗往往又取決于規(guī)模,這也就是國外電弧爐煉鋅發(fā)展停滯的主要原因。電弧爐煉鋅最大的優(yōu)點就是能處理一些別的冶煉方法所不能處理的含Cu、Fe、Si高的礦石,利用電弧爐煉鋅原料適應(yīng)性相對較強的特點,處理一些其它冶煉方法尚無法處理的礦石,應(yīng)作為我國今后電爐煉鋅的一個發(fā)展方向。
(2)雖然我國在2000kVA以下煉鋅電弧爐的工藝流程,設(shè)備配套,操作控制等方面取得了很大進展,但由于規(guī)模限制,缺乏科研資金投入及缺乏溝通交流等原因,很多生產(chǎn)廠家過分依賴對爐襯材料,尤其對渣線磚的高要求,對原料鋅焙砂高質(zhì)量的要求甚至超過其它冶煉方法等,通過這些手段來延長爐墻使用壽命,提高金屬回收率,這使得電弧
爐煉鋅技術(shù)最根本的優(yōu)點正逐步失去。
(3)電弧爐煉鋅的產(chǎn)品是鋅錠,鋅粉,還是氧化鋅,在國外只是一個市場選擇問題,技術(shù)上也只是冷凝系統(tǒng)選取的問題,我國電弧爐煉鋅粉起步相對較早,技術(shù)較成熟,云南某廠1250kVA鋅粉爐采用較低廉的高鋁磚其成本只是碳磚,鋁鉻磚的1/5~1/3，爐墻壽命可達1a,爐頂壽命可達3a,爐底幾乎不用換,今后應(yīng)在生產(chǎn)中多交流,互相借鑒好的經(jīng)驗,使電弧爐煉鋅少走彎路。
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