高炉排铅技术实践

陈生利

(广东韶关钢铁股份有限公司炼铁厂，广东 韶关 512123)

1 引言

近年来，随着高炉使用大量地方矿石资源，高炉入炉原料含铅量未能得到有效控制，特别是部分炉容在1000 m3以下的高炉，长期入炉铅负荷偏高，导致铅在高炉内大量富集，给高炉长寿及安全生产带来了严重的不良影响。

2 铅的物理化学性质

2.1 铅的物理性质

铅的元素符号Pb，英文名称Lead，是银灰色金属，其结晶体属于等轴晶体，包括八面体及六面体，原子序数为82，第IV族元素，原子量为207.21。纯铅具有良好的展性，可压制成铅皮，锤制成铅箔；但延性小，不能拉成铅丝。铅的物理性质见表1[1]。

2.2 铅的化学性质

铅的常见原子价为2价和4价。铅在大气、水和常用化学物质体系中均较稳定。常温下，在干燥的空气中，铅不会被氧化；但铅在潮湿含有CO2的空气中，其表面会产生Pb2O，再慢慢转化为3PbC03·Pb(OH)薄膜，此薄膜可阻止铅在大气中进一步氧化，使铅在常温下大气中不被腐蚀。铅在熔融状态下，氧化过程加剧，开始生成Pb20，继续升温最终生成PbO。

铅易溶于稀硝酸(HN03)、硼氟酸(HBF4)、硅氟酸(H2SiF6)和醋酸(CH3COOH)，难溶于稀盐酸和硫酸，缓溶于沸盐酸及发烟硫酸。

3 铅对高炉冶炼的危害

3.1 铅在高炉内的还原

高炉炉料中的Pb主要以PbSO4、PbS的形式存在，Pb容易被还原。其化学反应式如下：

PbSO4+Fe+4C=FeS+Pb+4CO

(1)

PbS+CaO=CaO+PbO

(2)

PbO+CO=Pb+CO2

(3)

3.2 铅对高炉冶炼的危害

Pb主要通过对高炉内部砖衬缝隙进行渗透来破坏高炉炉型结构。由于Pb的密度比铁水密度大，Pb溶于铁水沉于炉底，渗入炉底砖衬，并在炉基内形成一股巨大的膨胀压力，其破坏作用相当严重，严重时使炉底砖衬漂浮，从而影响高炉寿命。

Pb的沸点为1749 ℃，在高炉冶炼条件下，部分随煤气流上升，而后被氧化成PbO随炉料下降，再次被还原，在高炉内部循环富集。

3.3 铅对高炉环境的危害

高炉使用含铅矿石冶炼，当高炉内铅富集量达到一定程度后，在高炉出铁放渣时，部分铅被夹带排放出炉外。在高炉内1500 ℃左右的温度条件下，铅接近沸腾状态，蒸气压较高，出铁时铁沟上方红棕色的浓烟中，有相当数量铅的各种氧化物，都具有不同程度的毒性，这些氧化物经呼吸系统、消化系统进入人体，会使人产生急性和慢性铅中毒，造成神经系统、造血系统以及血管受损，严重影响高炉作业人员健康。

按照国家工矿企业设计卫生标准规定，车间工作现场空气中铅及其无机化合物最高允许浓度为0.01 mg/m3，可见，如不能合理解决高炉铅的危害，将对炼铁工人身体健康构成严重威胁。

4 高炉有效排铅技术

4.1 高炉排铅机理

铅的性质决定了铅在高炉冶炼中的行径。大部分被还原的铅穿过渣铁层，随渣铁滴落至炉缸，由于铅的比重大，在炉缸与渣铁分离沉析，聚集于炉缸底部。加上铅的粘度低，渗透能力强，炉缸底部的铅在炉内高压状态下，在砖衬缝隙处不断向下渗透。当炉底砖衬缝隙渗透量达到饱和后，便随渣铁外排或者使炉底砖漂浮[2]。因此，为了降低铅富集对高炉冶炼的危害，高炉操作者需要在炉底适当位置给沉淀在炉底的铅找一个出路，使炉底的铅有效排出，才能大幅度降低铅的危害。

4.2 高炉排铅工艺

根据生产实践，一般在高炉炉底第二层碳砖上部选择排铅孔。如排铅孔选择过低，则高炉炉底温度不足，影响排铅效果；如排铅孔选择过高，则铅储量少，导致不能最大程度排铅。如高炉未设置排铅孔，需要割开炉皮重新开一个排铅孔，开孔位置既要能顺利实现排铅作业，又要兼顾高炉长寿与安全。临时开排铅孔，需要根据现场炉缸的砌筑特点与炉底侵蚀程度决定。如炉底有废气热电偶测温孔，可视情况在此基础上钻孔[3]。

排铅孔确定后，在排铅孔下沿安装一排铅槽，排铅槽下方需要设置一回收池，回收池距离地面有一定的高度差，便于加热回收池。排铅时，采用烧氧的方法将排铅孔烧通，液态铅随排铅槽流至回收池，然后使用定制好的磨具对铅液进行成型处理。排铅现场工艺布置见图1所示。

4.3 高炉排铅作业步骤

为顺利安全实现高炉排铅作业，其操作步骤必须严谨，各步骤之间的关键节点控制至关重要，主要步骤包括：①钻孔测温：第一次排铅，沿排铅槽向高炉内衬中心钻孔，孔径一般30-60 mm，每钻进深度达50 mm时，采用红外线测温仪测量碳砖温度，如温度超过600℃，即停止钻孔；②孔道清理及加热：将钻孔道产生的杂物清理干净，往孔道内放入燃料，点火加热孔道，加热过程中注意燃料的燃烧情况，防止氧气压力及流量过大而烧坏炉底砖衬；③继续钻孔直至铅液流出：铅液流出后，用排铅槽将铅液引流至回收池，流出铅液的温度一般在350-370 ℃，为保证铅液顺利流入回收池，排铅过程中必须做好保温工作，维持排铅孔足够的热量；④用煤气或者液化气对排铅槽与回收池进行加热，待铅液排净后，用磨具将铅液铸成铅块回收；⑤清理排铅现场，检查能源介质确保关闭。

4.4 高炉排铅安全措施

高炉排铅作业涉及高温有毒场所，排铅作业安全必须放在首位。现场作业人员必须携带煤气报警器，保持现场通风，如现场煤气浓度超标，必须对排铅孔实施紧急封堵，防止造成人员中毒事故。烧氧人员必须佩带防护面罩，穿防高温铝铂服，烧氧过程中必须专人开关阀门，专人操作，相互沟通配合，控制好氧气压力与流量。在使用磨具成型时，要使用专用工具，戴好高温手套及防毒面具，防止烫伤。排铅结束后，排铅孔封堵需要专人检查确认。

5 高炉排铅实践

广西贵港一高炉有效容积450 m3，高炉炉底采用复合棕刚玉陶瓷杯综合砌筑，炉底未设置排铅孔。由于大量使用地方矿石资源，高炉入炉铅负荷高达1.5 kg/t。生产3年时间后，于2017年初，高炉出铁过程中铁沟烟尘逐渐明显，整个出铁场弥漫着一层吹不散的浓雾。在修补铁沟及高炉撇渣器时，发现沟底部有白色金属存在，开铁口时有银白色液体从铁口渗出；铁口维护困难，来风早，渣铁难出干净，炉缸冷却壁水温差大幅度升高，个别水温差超过3 ℃，炉底、炉缸碳砖热电偶温度明显上升，炉缸炉皮有轻微开裂现象。

针对以上情况，2017年夏季，组织对该高炉进行排铅作业。经现场勘察，决定在炉底碳砖第三层表面开孔，利用第二层故障热电偶孔作为开孔位置。开孔直径40 mm，钻孔深度至400 mm时，见少量铅液流出，便停止钻孔；用烧氧方法对准孔道加热，加热30 min后，铅液流量逐步变大，持续排铅12 h，总计排铅量31 t。

6 结语

(1)在高炉入炉铅负荷偏高的情况下，要合理选择排铅时间，当高炉入炉铅总量超过从铁口及高炉炉顶排出的铅量时，铅在高炉内的富集量逐步增加，就会对高炉生产带来严重的危害[2]。

(2)在高炉生产中，高炉操作者需要密切关注炉缸炉底碳砖温度变化趋势，定期检测排铅孔区域温度变化情况，使高炉炉缸安全可控。

(3)大量排铅实践证明，通过排铅技术获得的铅回收率只有60%水平，铅的回收仍然存在较大的潜力，高炉操作者应该进一步就如何提高铅的回收率不断地进行研究。

(4)铅对高炉冶炼的危害必须引起高炉操作者的重视，只有走精料路线，高炉入炉铅含量才能得到有效地控制。在无法改善原料条件的情况下，排铅工艺技术，能使高炉环境得到改善。

参考文献：

[1] 高利坤，戴惠新.铅锌选矿[M]，北京：化学工业出版社，2015：5-18.

[2] 曾锡鹏，韩奕和.高炉炉底排铅的原理及其实践[J].炼铁，1983(02)：23-24.

[3] 王水文，袁铭杰，张怡伟.韶钢2号高炉人工开排铅孔成功排铅实践[J].南方金属，2008(04)：7-8.