回转窑

    回转窑是有色冶金工厂广泛使用的一种热工设备。有色冶金过程中，各种物料如精矿、熔剂、固体燃料、各种渣料等等，往往需要干燥后才能入炉，干燥物料的主要设备就是回转窑。回转窑学是一些特定有色冶金过程中主要的冶炼设备，如一些难选氧化铜矿的离析过程所用的离析回转窑；锌焙砂浸出残渣、含锌的铅、铜鼓风炉渣，在回转窑内进行还原挥发，以得到锌、铅氧化物，回收锌、铅等金属；锌烟尘的二次脱硫焙烧、镍锍的二次焙烧、含硒阳极泥的硫酸化焙烧等许多焙烧过程多在回转窑内进行。这些冶炼过程所用回转窑品种繁多，窑内温度、气氛、压力、烟气量、燃料种类、燃料消耗量等参数差别很大，但总的来说，其基本结构相似，均是一套传动装置通过小齿轮带动一个直筒上的大齿轮，使之不停地转动，而筒体是由两组或更多组托轮支撑，物料从筒体一端进入，从另一端排出，由窑头供给热量或供给自热所需的空气，从而完成干燥或冶炼过程。由于窑内完成的过程不同，处理数量大小不等、窑体的直径和长度差异极大，筒体内砌筑的耐火材料也是各种各样。以往都是用230mm或是250mm长的砖砌筑，近年来使用大砖，回转窑的寿命有显著的提高。

    在一些高温回转窑内，由于抵御高温物料的腐蚀、冲刷、磨损，多使用镁铬砖、镁铝砖、高铝砖等，这些砖的热导率大，窑体散热损失大，为了节约能源，延长窑衬寿命，在工作层外要砌隔热砖。这两种砖只能分别砌成两个互不联结的圆环，不可能使窑砌体形成一个整体。内层砖体经常不是由于磨损和腐蚀损坏，而是因温度波动变化，使之涨缩不均，特别是与隔热层的砖体分离，很容易单块掉落，严重时可引起整环脱落，对窑衬体寿命影响很大。

    为解决上述问题，已研制了复合砖，该砖将重质工作层与轻质隔热层有机地融为一体，即在一块砖上两端用不同性质的材料：一端为抗高温、抗磨损、抗腐蚀的材料组成；另一端则是轻质隔热材料组成。同一块砖，工作层可适应高温、冲刷、腐蚀等窑内恶劣环境的工作状态，隔热层则因热导率小，减少了热损失。由于是一块砖，砖是完整的，不会因工作时的条件变化而影响砌体本身。因此，窑体使用周期延长、窑壳外表面温度降低（降低约50～100℃），热损失大为减少。该砖的理化性能见表1

    铝铬砖是用铝热法炼铬生成的渣做原料，它的成分主要是铝铬尖晶石，具有极好的耐冲刷、耐腐蚀性，耐火度大于1800℃，因是炼铬的融渣，其性质与电熔镁砂一样。用这种原料经过粉碎加上不同的结合剂，高温烧成不同品牌的铝铬砖。其优点是耐高温、耐冲刷、抗酸碱渣性能好，因炼铬渣数量较少，砖量不大，在一些特殊窑炉。如锌浸出渣挥发回转窑高温部位，使用这种砖，寿命从7～10天，延长到100天以上。

表1　　HF－755复合砖理化指标

 

项目	工作层	隔热层
A12O3%	>75	48
耐火度/℃	>1770	1750
体积密度/g·cm－3	>2.5	<1.8
耐压强度/MPa	>65	>20
热导率/W·(m·K)－1		0.75

回转干燥窑

    回转窑干燥均有窑头燃烧室，燃烧室内产生的高温烟气进入窑内作为干燥物料的热源。由于入窑烟气温度一般在1000℃以上，故燃烧室与窑体之间还有兑入冷风的混合室，燃烧室和混合室均是用粘土砖砌筑，外部用绝热砖保温。

    回转干燥窑窑体内一般不衬耐火材料，只是一些入窑温度在1000℃以上逆流式干燥窑内，高温部分衬一段粘土砖。

挥发回转窑

    锌浸出渣和铅鼓风炉渣挥发回转窑是各类回转窑中对耐火材料损坏最严重的一种回转窑，窑衬寿命非常短。由于炉料中ZnO·Fe2O3分解还原成FeO,与耐火材料中的SiO2起造渣反应，严重腐蚀耐火材料，在高温下腐蚀程度更大。高铁炉渣物料中生成的低熔点硫化物，极易渗透到耐火材料中，使砌体腐蚀面膨胀疏松，易受炉料冲刷而剥落。挥发回转窑中的还原剂多用焦炭，焦炭虽然以粉状掺入炉料中，但在反应前，它仍然是硬度很大的颗粒料，对砌体腐蚀面的非常厉害。在挥发回转窑中以上几种作用同时存在，窑体内衬的高温带在这些作用的综合影响下，工作条件非常恶劣。

    挥发回转窑分为干燥带、预热带、高温反应带、冷却带，总长45m的窑体，前面17～20m为干燥带和预热带，其后约16m为高温反应带，后是冷却带，各带的工作条件不同，对耐火材料的损坏程度差别很大。如干燥带，无论是用粘土还是普通高铝砖，其寿命都可达到1年以上，而锌浸出渣挥发回转窑的高温反应带用粘土砖寿命为7～10天，高铝砖为15～20天，镁铝砖为60～80天，铝铬砖可达100天以上。不同的炉料对炉衬的腐蚀程度差别也很在。如预热带同样用粘土砖，锌浸出挥发回转窑寿命为1～2个月，铅鼓风炉渣挥发回转寿命为100～200天，罐渣挥发回转窑寿命可达1年。几种主要渣挥发回转窑各带用砖见表2

表2　主要渣挥发回转窑各带用砖

 

项目	干燥带	预热带	高温反应带	冷却带
锌浸出渣挥发回转窑	粘土砖	镁铝砖	镁砖或铝铬砖	镁铝砖
铅鼓风炉渣挥发回转窑	粘土砖	高铝砖	镁铝砖	高铝砖
罐渣挥发回转窑	粘土砖	粘土砖	粘土砖	粘土砖

其他各种回转窑

    各种焙烧窑如锡氯化焙烧窑、锌氧化焙烧窑、硫化铜精矿氧化焙烧窑等，焙烧温度都小于1050℃，且没有造渣反应，因此内衬粘土砖其寿命也达1年以上，可以适用，若在高温带衬以高铝砖，则窑的寿命将可以更长些。

    难选氧化铜矿析窑，虽然也有焦炭掺入作还原剂，但由于温度不高，因此干燥带用粘土砖，其他各带砌高铝砖。