卡尔多炉又称氧气斜吹转炉，1957年由瑞典的卡林教授(BoKalling)与该国的多姆纳维特钢厂(Domnarvet)共同开发出这种转炉，取两者的第一个音节kal和do命名，故称为卡尔多炉(Kaldofurnace)。卡尔多炉有多种类型，但基本结构类似，其炉体与炼钢氧气顶吹转炉的形状相似，由圆筒形的下部炉缸和喇叭形的炉口两部分组成，炉体在电机、减速传动机的驱动下，可沿炉缸的轴作回转运动。在正常作业倾角的部位，设有烟罩和烟道，将炉气引入收尘系统，输送燃油和氧气的燃烧喷枪以及输送精矿的加料喷枪通过烟罩从炉口插入炉内。卡尔多炉的结构如图1所示。本文主要叙述卡尔多炉炼铅用耐火材料的选择。

　　1、卡尔多炉用耐火材料

　　卡尔多炉用耐火材料可以分为两部分：一部分是熔池用耐火材料，另一部分是烟道用耐火材料。目前，熔池用耐火材料以直接结合镁铬砖为主，而烟道选用的耐火材料则不固定，西部矿业公司曾先后使用过高铝浇注料、高铝砖、铬铝尖晶石和铬渣磷酸捣打料，结果均不理想。为此，本课题主要对卡尔多炉烟道用耐火材料展开研究。

　　2、卡尔多炉烟道用耐火材料的要求

　　卡尔多炉烟道用耐火材料比熔池用耐火材料寿命要短，究其原因有以下几点：

　　1)卡尔多炉的熔炼过程是周期性的操作，炉子处于周期性的工作状态：氧化→还原→倒渣→出铅，温度从1200℃~1300℃和300℃~500℃之间来回升降，如此周而复始，炉衬耐火材料处于强热震状态，很容易脱落。

　　2)烟气中含有大量的烟尘。含有大量液态成分的烟尘在上升过程中互相碰撞，结成较大颗粒落下，对耐火材料造成冲刷。

　　3)化学侵蚀。烟尘中含Pb70%左右，主要以PbO和部分PbSO4形式存在，熔融态的PbO和Pb与耐火材料中的SiO2反应生成低融物而使耐火材料损毁。综上可见，卡尔多炉烟道用耐火材料应具有良好的热震稳定性，抗冲刷性以及抗富铅渣侵蚀性。

　　3、卡尔多炉烟道用耐火材料材质选择

　　氧化铅(PbO)又名密陀僧，熔点886℃，沸点1472℃。PbO属于两性氧化物，既可以与SiO2、Fe2O3结合形成硅酸盐或铁酸盐；也可与CaO、MgO等形成铅酸盐；还可以与Al2O3结合形成铝酸盐。

　　从PbO-SiO2二元系相图(如图2所示)可以看出，SiO2与PbO能形成一系列低熔点硅酸铅，如：PbO·SiO2(熔点864℃)、2PbO·SiO2(熔点670℃)等，因此，硅砖与含SiO2高的耐火材料都不适合。

　　含Cr2O3耐火材料如镁铬砖、铝铬砖等在氧化气氛下，其中的Cr2O3会转变成CrO3。从氧化物酸碱性强弱次序可知，PbO具有较强的碱性，极易与酸性强的CrO3形成低熔点的铬酸铅化合物，如PbO·CrO3(熔点844℃)等，因此，含Cr2O3耐火材料也不适合。

　　Al2O3与PbO可形成PbO·6Al2O3，但从Al2O3-PbO二元系相图(如图3所示)可知，虽然Al2O3可吸收26.7%的PbO形成PbO·6Al2O3，但形成的PbO·6Al2O3在1200℃的高温下仍处于固态。这说明刚玉具有较好的抗铅渣侵蚀性。

　　此外，陈肇友等还对ZrO2-PbO二元系相图(见图4)进行了分析，指出ZrO2可吸收64.4%的PbO形成PbO·ZrO2，在1570℃下依然以固态形式存在，即ZrO2具有很好的抗铅渣侵蚀性。

　　众所周知，石墨与熔渣润湿性不好，导热系数大，加入到耐火氧化物中可以提高耐火材料的抗渣性和热震稳定性。因此，含碳耐火材料在钢铁工业中得到广泛应用并取得了很好的使用效果。但研究表明：在含有大量SO2气体的条件下，含碳耐火材料使用效果不理想。

　　从上述分析可知：

　　1)在含有大量SO2气体的条件下，含碳耐火材料使用效果不理想。因此，不能选用石墨作为添加剂。

　　2)含Cr2O3、SiO2高的耐火材料不抗富铅渣的侵蚀。

　　3)刚玉和ZrO2具有较好的抗富铅渣侵蚀性。

　　纯ZrO2耐火材料不仅生产成本高，而且生产难度大。纯刚玉质耐火材料虽然可以生产，但热震稳定性较差。因此，为了兼顾抗铅渣侵蚀性和热震稳定性，本课题选用Al2O3含量较高的特级矾土为主原料，制备卡尔多炉烟道用低水泥Al2O3-SiO2系浇注料。并在此基础上，通过引入添加剂来改善Al2O3-SiO2系浇注料的抗铅渣侵蚀性和热震稳定性。添加剂的选择与考虑如下：

　　如前所述，ZrO2具有较好的抗富铅渣侵蚀性；因此，本课题通过引入ZrO2来改善耐火材料的抗铅渣侵蚀性。此外，还可以利用ZrO2的马氏体相变来改善耐火材料的热震稳定性。

　　非氧化物因具有导热系数大，热膨胀系数小，与炉渣不润湿等特点而广泛用于钢铁冶炼中。

　　由于卡尔多炉烟道结构较为复杂，因此该处用耐火材料以不定形耐火材料为宜，这在以前所用耐火材料中也有所体现。

来源：鑫地耐材