炼锌电炉通常分为两种：一种为电阻炉,另一种为电弧炉。
电阻炉炼锌的特征是以炉料（由锌烧结矿与焦炭组成）作电阻,电流通过炉料时产生的热量即可供反应使用。生产中,炉料在炉内不需要处于完全熔融状态,因此电阻炉具有炉内温度低、电耗低、热效率高、耐火材料使用寿命长等优点,但由于其工艺复杂,技术要求高,投资大,国内尚无工厂采用此技术。
炼锌电弧炉准确的应称为电弧电阻炉,该炉是将电极埋在熔融体中,依靠电极与熔融体交界面上产生的微电弧,熔融体电阻的双重作用使电能转化为热能提供反应所需的热量。炼锌电弧炉由于工艺流程短,设备简单,基建期短,投资省,见效快,近年来在我国西部地区发展较快。
1 炼锌电弧炉炉体生产过程中耐火材料出现的主要问题
炼锌电弧炉的炉体部分在生产过程中各部位主要存在以下问题：
(1)炉顶部分:易产生裂纹,甚至垮顶
(2)炉墙部分:渣线以下部位耐火砖侵蚀速度过快,炉墙常在短时间内被烧穿。
(3)炉底部分：铁水渗入耐火砖间,将耐火砖浮起。
2 产生问题的原因
2.1 炉顶部分
产生裂纹甚至塌垮的直接原因是强度不够,主要问题在于：
(1)操作不当,造成炉顶长时期温度太高。
(2)炉顶电极孔,加料孔,测温孔,测压孔,探渣孔布置不合理,严重影响炉顶强度。
(3)炉顶采用高铝砖砌筑时,球形拱顶中心角选取不合理
(4)炉顶用耐热钢筋混凝土时,厚度不够,混凝土标号偏低。
2.2 炉墙部分
渣线砖部位侵蚀速度过快的直接原因有：
(1)炉膛面积不够,极心圆布置不合理,电极与炉墙间距离太小造成熔池温度过高,接近炉墙耐火材料软化点；
(2)造渣制度不正确,渣熔点过高,为使渣流动性好易放渣而提高炉渣温度,熔融渣对炉墙冲刷严重；
(3)渣型不正确,熔融渣与炉墙的成分发生化学反应,造成炉墙迅速剥落；
(4)炉墙砌筑质量不好,熔融渣从砖缝间快速侵蚀；
(5)炉墙耐火材料质量欠佳,一些指标不能达到要求。
2.3 炉底部分
铁水渗入耐火砖间,将砖浮起的原因是炉底耐火砖的砌筑方法不正确,熔渣从砖缝间快速侵蚀。
3 提高耐火材料使用寿命的措施
3.1 炉顶
(1)严格控制炉顶温度,炉顶温度主要取决于电弧炉炉气出口温度,炼锌电弧炉中飞溅式锌雨冷凝器部分决定了电弧炉炉气出口温度不得低于1000℃,否则锌蒸气会在飞溅式锌雨冷凝器前冷凝或氧化后沉积,大大降低锌金属直收率甚至堵塞烟道,同时,该温度又不能太高,否则炉内整体温度都将提高,对炉顶,炉墙,炉气中杂质含量等都将产生
不利影响。
(2)提高炉顶各孔布置的合理性,以2000kVA圆形炼锌电弧炉为例,炉顶有3个电极孔,3个加料孔,1个测温孔,1个测压孔,1个探渣孔,9个开孔分别布置在以炉顶中心为圆心的3个直径不同的同心圆上,角度错开,所有相近孔间距离都在1000mm左右,这样,既方便炉顶操作,又不影响炉顶的结构强度
(3)严格控制球拱中心角在60°左右,炉顶采用高铝质耐火砖砌筑时,球形拱顶中心角采用60°炉顶承受压力状况比较好,云南某厂曾将电炉球形拱顶中心角定为90°,生产不久即产生严重裂纹,最后垮顶。
(4)采用国外的耐热钢筋混凝土炉顶技术。该技术已经过多年的生产实践,炉顶使用寿命大都在两年以上
3.2 炉墙
(1)各厂家多年的生产实践表明,将200kVA炼锌电弧炉炉膛面积,极心圆直径控制在一定范围,炉墙使用寿命将大大延长。
(2)电炉炼锌的还原反应在1000℃以上能迅速进行,而实际要求熔化温度在1000~1200℃以上,故渣型满足1000~1200℃的熔化温度即可。
(3)渣型的选择一定要适应炉衬材质,否则炉衬被侵蚀的速度很快。
(4)炉墙的砌筑,必须由专业施工人员进行，对砖的表面,耐火泥浆,砖缝严格要求,炉墙砖缝不能大于2mm。
(5)在国内应用效果较好的炉墙耐火砖有碳砖,铝铬砖,对耐火砖的质量要求相当严格。
3.3 炉底
炉底耐火砖被铁水渗入将耐火砖浮起的问题可用反拱砌筑法解决,砌筑方法根据砖的不同而不同,用铝铬砖砌炉底时,一种采用反拱型砌法,在炉底砌筑3层铝铬砖,另一种采用铝铬质捣打料作底后再用反拱砌筑法砌一层铝铬砖,选用碳砖时,采用2层砖反拱砌法即可。
4 结语
(1)电弧炉炼锌最大的缺点就是受规模限制并且能耗过高。而能耗往往又取决于规模,这也就是国外电弧炉炼锌发展停滞的主要原因。电弧炉炼锌最大的优点就是能处理一些别的冶炼方法所不能处理的含Cu、Fe、Si高的矿石,利用电弧炉炼锌原料适应性相对较强的特点,处理一些其它冶炼方法尚无法处理的矿石,应作为我国今后电炉炼锌的一个发展方向。
(2)虽然我国在2000kVA以下炼锌电弧炉的工艺流程,设备配套,操作控制等方面取得了很大进展,但由于规模限制,缺乏科研资金投入及缺乏沟通交流等原因,很多生产厂家过分依赖对炉衬材料,尤其对渣线砖的高要求,对原料锌焙砂高质量的要求甚至超过其它冶炼方法等,通过这些手段来延长炉墙使用寿命,提高金属回收率,这使得电弧
炉炼锌技术最根本的优点正逐步失去。
(3)电弧炉炼锌的产品是锌锭,锌粉,还是氧化锌,在国外只是一个市场选择问题,技术上也只是冷凝系统选取的问题,我国电弧炉炼锌粉起步相对较早,技术较成熟,云南某厂1250kVA锌粉炉采用较低廉的高铝砖其成本只是碳砖,铝铬砖的1/5~1/3，炉墙寿命可达1a,炉顶寿命可达3a,炉底几乎不用换,今后应在生产中多交流,互相借鉴好的经验,使电弧炉炼锌少走弯路。
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电阻炉炼锌的特征是以炉料（由锌烧结矿与焦炭组成）作电阻,电流通过炉料时产生的热量即可供反应使用。生产中,炉料在炉内不需要处于完全熔融状态,因此电阻炉具有炉内温度低、电耗低、热效率高、耐火材料使用寿命长等优点,但由于其工艺复杂,技术要求高,投资大,国内尚无工厂采用此技术。
炼锌电弧炉准确的应称为电弧电阻炉,该炉是将电极埋在熔融体中,依靠电极与熔融体交界面上产生的微电弧,熔融体电阻的双重作用使电能转化为热能提供反应所需的热量。炼锌电弧炉由于工艺流程短,设备简单,基建期短,投资省,见效快,近年来在我国西部地区发展较快。
1 炼锌电弧炉炉体生产过程中耐火材料出现的主要问题
炼锌电弧炉的炉体部分在生产过程中各部位主要存在以下问题：
(1)炉顶部分:易产生裂纹,甚至垮顶
(2)炉墙部分:渣线以下部位耐火砖侵蚀速度过快,炉墙常在短时间内被烧穿。
(3)炉底部分：铁水渗入耐火砖间,将耐火砖浮起。
2 产生问题的原因
2.1 炉顶部分
产生裂纹甚至塌垮的直接原因是强度不够,主要问题在于：
(1)操作不当,造成炉顶长时期温度太高。
(2)炉顶电极孔,加料孔,测温孔,测压孔,探渣孔布置不合理,严重影响炉顶强度。
(3)炉顶采用高铝砖砌筑时,球形拱顶中心角选取不合理
(4)炉顶用耐热钢筋混凝土时,厚度不够,混凝土标号偏低。
2.2 炉墙部分
渣线砖部位侵蚀速度过快的直接原因有：
(1)炉膛面积不够,极心圆布置不合理,电极与炉墙间距离太小造成熔池温度过高,接近炉墙耐火材料软化点；
(2)造渣制度不正确,渣熔点过高,为使渣流动性好易放渣而提高炉渣温度,熔融渣对炉墙冲刷严重；
(3)渣型不正确,熔融渣与炉墙的成分发生化学反应,造成炉墙迅速剥落；
(4)炉墙砌筑质量不好,熔融渣从砖缝间快速侵蚀；
(5)炉墙耐火材料质量欠佳,一些指标不能达到要求。
2.3 炉底部分
铁水渗入耐火砖间,将砖浮起的原因是炉底耐火砖的砌筑方法不正确,熔渣从砖缝间快速侵蚀。
3 提高耐火材料使用寿命的措施
3.1 炉顶
(1)严格控制炉顶温度,炉顶温度主要取决于电弧炉炉气出口温度,炼锌电弧炉中飞溅式锌雨冷凝器部分决定了电弧炉炉气出口温度不得低于1000℃,否则锌蒸气会在飞溅式锌雨冷凝器前冷凝或氧化后沉积,大大降低锌金属直收率甚至堵塞烟道,同时,该温度又不能太高,否则炉内整体温度都将提高,对炉顶,炉墙,炉气中杂质含量等都将产生
不利影响。
(2)提高炉顶各孔布置的合理性,以2000kVA圆形炼锌电弧炉为例,炉顶有3个电极孔,3个加料孔,1个测温孔,1个测压孔,1个探渣孔,9个开孔分别布置在以炉顶中心为圆心的3个直径不同的同心圆上,角度错开,所有相近孔间距离都在1000mm左右,这样,既方便炉顶操作,又不影响炉顶的结构强度
(3)严格控制球拱中心角在60°左右,炉顶采用高铝质耐火砖砌筑时,球形拱顶中心角采用60°炉顶承受压力状况比较好,云南某厂曾将电炉球形拱顶中心角定为90°,生产不久即产生严重裂纹,最后垮顶。
(4)采用国外的耐热钢筋混凝土炉顶技术。该技术已经过多年的生产实践,炉顶使用寿命大都在两年以上
3.2 炉墙
(1)各厂家多年的生产实践表明,将200kVA炼锌电弧炉炉膛面积,极心圆直径控制在一定范围,炉墙使用寿命将大大延长。
(2)电炉炼锌的还原反应在1000℃以上能迅速进行,而实际要求熔化温度在1000~1200℃以上,故渣型满足1000~1200℃的熔化温度即可。
(3)渣型的选择一定要适应炉衬材质,否则炉衬被侵蚀的速度很快。
(4)炉墙的砌筑,必须由专业施工人员进行，对砖的表面,耐火泥浆,砖缝严格要求,炉墙砖缝不能大于2mm。
(5)在国内应用效果较好的炉墙耐火砖有碳砖,铝铬砖,对耐火砖的质量要求相当严格。
3.3 炉底
炉底耐火砖被铁水渗入将耐火砖浮起的问题可用反拱砌筑法解决,砌筑方法根据砖的不同而不同,用铝铬砖砌炉底时,一种采用反拱型砌法,在炉底砌筑3层铝铬砖,另一种采用铝铬质捣打料作底后再用反拱砌筑法砌一层铝铬砖,选用碳砖时,采用2层砖反拱砌法即可。
4 结语
(1)电弧炉炼锌最大的缺点就是受规模限制并且能耗过高。而能耗往往又取决于规模,这也就是国外电弧炉炼锌发展停滞的主要原因。电弧炉炼锌最大的优点就是能处理一些别的冶炼方法所不能处理的含Cu、Fe、Si高的矿石,利用电弧炉炼锌原料适应性相对较强的特点,处理一些其它冶炼方法尚无法处理的矿石,应作为我国今后电炉炼锌的一个发展方向。
(2)虽然我国在2000kVA以下炼锌电弧炉的工艺流程,设备配套,操作控制等方面取得了很大进展,但由于规模限制,缺乏科研资金投入及缺乏沟通交流等原因,很多生产厂家过分依赖对炉衬材料,尤其对渣线砖的高要求,对原料锌焙砂高质量的要求甚至超过其它冶炼方法等,通过这些手段来延长炉墙使用寿命,提高金属回收率,这使得电弧
炉炼锌技术最根本的优点正逐步失去。
(3)电弧炉炼锌的产品是锌锭,锌粉,还是氧化锌,在国外只是一个市场选择问题,技术上也只是冷凝系统选取的问题,我国电弧炉炼锌粉起步相对较早,技术较成熟,云南某厂1250kVA锌粉炉采用较低廉的高铝砖其成本只是碳砖,铝铬砖的1/5~1/3，炉墙寿命可达1a,炉顶寿命可达3a,炉底几乎不用换,今后应在生产中多交流,互相借鉴好的经验,使电弧炉炼锌少走弯路。
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