密閉鼓風爐煉鉛鋅技術改進及展望

1、 作者簡介 :王志剛 (1962- , 男 , 高級工程師 , 從事有色冶煉工藝設計與試驗研究。 冶 煉密閉鼓風爐煉鉛鋅技術改進及展望王志剛(長沙有色冶金設計研究院 , 湖南 長沙 410011摘 要 :闡述密閉鼓風爐煉鉛鋅技術在鼓風燒結 、 ISF 熔煉及配套設施方面的主要技術改進 。并對ISP 技術發(fā)展進行了展望 。關鍵詞 :ISP ; 燒結 ; 熔煉 ; 技術改進中圖分類號 :TF806121 文獻標識碼 :A 文章編號 :1003-5540(2003 06-0019-04 密閉鼓風爐煉鉛鋅技術 (簡稱 ISP 是由英國帝 國熔煉公司于五十年代發(fā)明的在一臺密閉鼓風爐內(nèi) 同時熔煉鉛 、 鋅

2、的方法 。該技術具有對原料適應性 強 、 有價金屬選冶綜合回收率高 、 高 、 易于實現(xiàn)過程的自動化以及 著等優(yōu)點 。 所以 , 末 , 先后在 1318座鉛鋅密閉鼓風爐 , 產(chǎn) 量已占世界鉛鋅總產(chǎn)量的 14%以上 。 近十年來 , ISP 技術日趨完善 , 耗炭系數(shù)由 0. 76降至 0. 66, 單臺爐 子年粗鉛鋅產(chǎn)量不斷增加 , 原來產(chǎn)粗鋅鉛 5104t 的 標準爐 , 現(xiàn)已達到 112105t , 有的僅產(chǎn)粗鋅就已超 過 1105t 。我國工程技術人員從 20世紀 60年代 開始對 ISP 生產(chǎn)工藝和設備進行研究 , 在消化吸收 國外技術的基礎上 , 進行了許多技術改進 , 達到了提

3、高生產(chǎn)能力 、 降低生產(chǎn)成本 、 提高經(jīng)濟效益 、 改善環(huán) 境和操作條件的目的 。1 主要技術改進近年來 , 我國工程技術人員對 ISP 生產(chǎn)工藝和設備不斷技改創(chuàng)新 , 各項指標大幅提高 , 節(jié)能降耗效 果明顯 , 基本達到國際先進水平 ?，F(xiàn)將韶關冶煉廠 (簡稱韶冶 ISP 工藝及設備所作的技術改造主要內(nèi) 容簡述如下 :1. 1 鼓風燒結工藝改進 1. 1. 1 全返煙燒結鉛鋅焙燒普遍采用鼓風返煙燒結 , 以提高煙氣中 SO 2濃度 。 , 減 , 。通常 2濃度較低 , 僅 013%2%, 含 O 2。 將這部分煙氣返回燒結機中部 , 可提高制酸煙氣中 SO 2濃度 。由于機尾氣量較大 ,

4、故不能 全部返煙 。11112 加大主反應區(qū)的鼓風強度燒結機 3#5#風箱為燒結焙燒化學反應的主 要區(qū)域 , 若鼓風能力不足 , 則料層中氧的分壓較低 , 爐料反應時間短 , 焙燒反應不完全 , 導致爐料溫度不 夠 , 使得主體相 ZnO 、 ZnFe 2O 4生成量不足 , 最終降 低燒結塊強度 , 影響燒結塊產(chǎn)量 、 質(zhì)量 。韶冶原此區(qū) 域鼓 風 強 度 僅 1314m 3/m 21min , 后 加 大 到 約 18m 3/m 21min , 從而加快爐料的焙燒速度 , 提高爐料脫硫的徹底性 , 為提高料層厚度創(chuàng)造了條件 。改進 前后的生產(chǎn)情況表明 , 燒結塊 Pb 、 S 、 CaO/

5、SiO 2合格 率增加 2%3%, 其軟熔溫度提高 200 以上 。 11113 燒結配料順序的改進ISP 原常規(guī)的配料順序為 “ 干精礦 雜料 熔劑 返粉” 。 生產(chǎn)實踐證明 , 制粒效果不太理想 。韶冶 二系統(tǒng)改配料順序為 “返粉 雜料 熔劑 干精 礦” , 這樣可使返粉作為制粒的核心 , 其他物料均勻 地包在外面 , 從而避免或減少了皮帶的粘結 , 改善了 制粒效果和物料的透氣性 , 為高料層作業(yè)創(chuàng)造了條 件 , 進而提高了燒結機的脫硫能力和產(chǎn)塊率 、 保證了 燒結塊的質(zhì)量 , 取得了較好的效果 。 112 燒結設備改進雖然我國鉛鋅燒結機本體采用了剛性滑道密91第 19卷第 6期 200

6、3年 12月湖南有色金屬HUNAN NONFERROUS METAL S封 , 但頭 、 尾部密封有待改進 。 國內(nèi)燒結機尾部煙氣 量高出日本八戶冶煉廠一倍多 , 因此不能全部返煙 , 不得不設置龐大的收塵及煙氣治理系統(tǒng) 。從煙罩到 電 除 塵 出 口 處 的 漏 風 率 為 20%(日 本 八 戶 為 1213% , 而燒結成品煙氣 SO 2濃度 (大煙罩出口 僅 為 5%6%, 比八戶低 4%6%, 加大了制酸的負 擔和難度 。 另外國內(nèi)燒結機單位面積生產(chǎn)能力也較 低 , 返粉破碎 、 混合制粒效果不太理想 。針對這些不 足 , 結合最近設計的兩個 ISP 冶煉工程對燒結設備 進行了設計改

7、進 。11211 燒結機主要改進燒結機主傳動采用最先進 PF T 結構 , 傳動更穩(wěn) 定可靠 , 結構緊湊 , 重量減輕 50%60%; 改進布料 形式 , 確保臺車料面分布更均勻 , 從而有效地減少了 風量的邊緣效應 , 使臺車斷面燒結速度趨于一致 ; 設 計新式高擋板臺車 , 以適應厚料層 、 慢車速燒結工藝 的需要 ; 臺車與風箱之間采用新的剛性滑道結構 , 煙 罩與臺車間采用迷宮密封 ;加臺車剛度 ,滑道面緊密貼合果 ; , 。通過一 系列改進和優(yōu)化 , , 有利 于提高成品煙氣 SO 2濃度和實現(xiàn)機尾煙氣的全返煙 燒結 , 并使作業(yè)率進一步提高 。11212 圓筒混合制粒機主要改進圓

8、筒制粒機和圓筒混合機主傳動采用新的 BF 型柔性傳動或?qū)嵭哪z輪傳動 , 運行平穩(wěn) 、 可靠 、 震動 少 、 噪音小 , 維修方便 ; 采用稀土含油尼龍材料作襯 板 , 始終保持內(nèi)襯表面形成一層料襯 , 并且不會逐漸 增厚 , 檔輪結構形式以及噴水系統(tǒng)設計也作了較大 改進 , 以期強化制粒功能 , 延長圓筒壽命 。11213 破碎設備主要改進單輥破碎機采用柔性傳動 , 爪盤采用螺旋排 列 , 以克服燒結機間斷卸料引起的沖擊荷載 ; 軸及 軸承座均采用水冷 , 以減少其熱變形 ; 錘頭表面堆 焊耐磨材料以提高其耐磨性 。 改進齒輥破碎機齒形 結構 , 加大彈簧保護裝置的彈簧調(diào)速范圍 , 使于調(diào)

9、整 , 確保兩輥間隙穩(wěn)定 , 降低物料過粉碎 , 使其粒 度均勻 。 光輥破碎機采用雙電機驅(qū)動 , 液壓保護 , 輥皮采用便于裝卸的組合式結構 , 選用高硬度耐磨 材料 。 通過這一系列設計改進 , 將提高破碎設備的 傳動效率 , 并使其運行平穩(wěn) , 維修方便 , 延長使用 壽命 。 113 鼓風爐熔煉改進11311 ISF 技術改進密閉鼓風爐 (ISF 是 ISP 的技術核心 , 只有 ISF 運行正常 , 前后工藝和設備才能發(fā)揮作用 。圍繞著 ISF 的爐缸 、 爐殼 、 爐身 、 爐喉 、 爐頂 、 風口等主要部件 實施了多次改進 。主要內(nèi)容是 :采用噴淋爐殼代替 水套爐壁 , 減簿爐墻

10、厚度 , 減少爐腹角 , 使鼓風爐風 口區(qū)截面積由 10m 2擴大到 16108m 2; 加深爐缸 , 以 減少放鉛次數(shù)即減輕勞動強度 ; 從提高爐子的反應 性和減少爐體熔損的危險性綜合考慮 , 優(yōu)化風口設 計 ; 改進爐頂結構及材質(zhì) , 延長爐頂壽命 ; 擴大爐喉 口 , 加大斜坡煙道的角度并改變其結構 , 減少結瘤 , 方便操作 。通過一系列改進和完善 , 使產(chǎn)量增加 25%以上 , 焦率降低 315%, 1145%, 爐 a 改為 a113, 其功。冷疑效率的高低直接影響鋅的直收率 。 冷凝器的材質(zhì)和結構的合理性不僅對使用壽命和清 理周期影響很大 , 而且對安全生產(chǎn)有重要影響 (存在 著

11、低熱值煤氣泄露中毒 、 爆炸的危險 。因此 , 在對 ISF 實施改進時 , 也改進了冷凝器橫跨煙道的結構 , 以減少煙道結瘤 , 延長清理周期 ; 內(nèi)襯采用優(yōu)質(zhì)耐熱 混凝土 , 特別是轉子下部采用高耐熱混凝土 , 防止液 態(tài)金屬鉛的腐蝕而造成漏鉛 ; 改進蓋板及殼體的材 質(zhì) , 防止受熱變形和裂痕 。 改進后的生產(chǎn)實踐表明 , 冷凝分離效率提高 215%以上 , 浮渣減少 118%, 蘭 粉率降低 115%, 內(nèi)襯壽命延長一倍 , 達 4a 以上 。 11313 冷卻流槽技術改進冷卻流槽是冷凝器的配套設備 , 其作用是將冷 凝器排出的鉛鋅混合液體 (530 經(jīng)冷卻流槽冷卻 至 450 , 再

12、送分離系統(tǒng)進行鉛鋅分離 。 原來采用水 套式冷卻流槽 , 存在著冷卻效果差 , 冷卻溫度不易控 制 , 耗水量大 , 易損壞 , 水套更換和浮渣清除極其困 難的缺點 。 為此 , 改為浸沒式冷卻流槽 , 其浸入液體 深度 、 水流速度均可調(diào) , 使用組數(shù)可靈活改變 , 前端 還設有扒渣機 。 使用情況表明 , 冷卻效果明顯提高 , 冷卻水量比水套式流槽減少 35%40%, 流槽使用 壽命延長 3a 。11314 分離系統(tǒng)技術改進分離系統(tǒng)是冷凝器不可缺少的配套系統(tǒng) , 由冷 卻流槽送來的鉛鋅混合液在此進行鉛鋅分離 , 鉛液02湖南有色金屬 第 19卷 返回冷凝器 , 粗鋅液送鋅精餾精煉 。生產(chǎn)中

13、發(fā)現(xiàn)熔 析槽經(jīng)常結瘤堵死通道 , 因而技改中將其取消 , 并重 新分配熔劑槽 、 分離槽 、 貯鋅槽的面積 , 既得到最佳 分離效果 , 又保證了熔煉與精煉合理銜接 ; 將各槽外 殼和機架整體加固 , 頂蓋板內(nèi)襯改用耐熱混凝土澆 鑄 ; 將煤氣燃燒器全部改用顏氏燒嘴 。這些改進起 到了節(jié)能降耗 、 方便操作的效果 , 各槽的使用壽命也 延長 3a 以上 。11315 電熱前床技術改進電熱前床的作用是將鼓風爐排出的渣鉛混合物 在其內(nèi)分離 , 得到粗鉛產(chǎn)品 , 同時也滿足了與鼓風爐 配套的煙化爐間斷操作的需要 。 隨著生產(chǎn)能力的擴 大 , 原有電熱前床不能滿足生產(chǎn)要求 , 同時也存在著 爐墻 、

14、爐頂 、 進渣和放渣流槽壽命短 , 電極夾持和升 降裝置調(diào)控欠靈等問題 。為此將前床面積擴大到 1915m 2, 并對其骨架 、 外殼進行修改和加固 , 內(nèi)襯材 料改為鋁鉻鈦磚 ; 進 、 放渣流槽改為水套式結構 , 內(nèi) 襯改用鉻鎂磚 ; 電極夾持 、應修改 。 經(jīng)改進后 , , 渣含 鉛降至 1%以下 3a 以上 。11316ISF 冷凝爐氣 (含 CO 、 CO 2和塵粒 經(jīng)直升煙道 進入洗滌塔和湍球塔凈化后 , 得到低熱值煤氣 , 再經(jīng) 升壓后送用戶使用 。 技改中將洗滌塔下部的挖泥船 取消 , 改為攪拌槽 , 使藍粉直接進入濃密池 , 再以底 流形式送燒結的冷卻圓筒 , 以代替圓筒補充

15、水 。同 時改進洗滌塔和湍球塔的結構 , 既滿足了 ISF 擴產(chǎn) 的需要 , 又降低了低熱值煤氣的含塵量 , 提高了煤氣 質(zhì)量及利用率 。114 爐渣煙化改進電熱前床排出的渣含鋅 8%、 鉛 1%, 尚有回收 價值 。 在煙化爐揮發(fā) , 并經(jīng)收塵系統(tǒng)捕集后 , 可回收 鉛鋅 。 與韶冶合作開發(fā)出煙化爐 -余熱鍋爐 -體化 裝置 , 用其取代傳統(tǒng)的煙化爐 、 余熱鍋爐結構 。此裝 置在韶冶二系統(tǒng)的應用表明 , 各項指標遠優(yōu)于傳統(tǒng) 煙化爐 , 主要有如下特點 :11余熱回收量高 , 比傳統(tǒng)煙化爐 、 余熱鍋爐多產(chǎn) 兩倍蒸汽 。21勞動強度降低 , 操作環(huán)境得到改善 。一體化 裝置是將煙化爐與余鍋爐

16、設計成一個整體 , 煙化爐 上部成為余熱鍋爐的輻射室 , 爐頂適當加高 , 取消了 煙化爐煙氣進余熱鍋爐的斜煙道 , 從而省去斜煙道 集灰的清理工作 。31產(chǎn)品質(zhì)量提高 。由于爐頂升高 , 飛濺的熔渣 重新落入熔池的幾率增加 , 帶入余熱鍋爐對流室的 熔渣量減少 , 既減輕鍋爐粘結程度 , 又提高了煙化氧 化鋅產(chǎn)品質(zhì)量 。41渣處理能力提高 。 與韶冶一系統(tǒng)同規(guī)格傳統(tǒng) 煙化爐相比 , 渣處理能力提高 30%以上 。51煙化爐使用壽命延長 。 韶冶一系統(tǒng)煙化爐下 部水套使用近 3個月 , 一體化裝置采用新的爐體結 構和材質(zhì)后 , 下部水套使用壽命達 1a 以上 , 與 ISF 同 步作業(yè)率大大提

17、高 。61余熱鍋爐煙氣溫度降低 。 由于一體化裝置的 余熱回收率提高 , 經(jīng)省煤器出口的煙氣溫度為 250 左右 , 可直接進入布袋收塵器711318降低 30%。從 60年代引進消化 ISP 技術 , 建設韶關冶煉廠 開始 , 經(jīng)過我國工程技術人員的不懈努力 , 不斷完善 發(fā)展 , 我國的 ISP 技術在很多方面達到或接近國際 先進水平 。 與此同時 , 各國 ISP 技術都有新進展 , 由 于受專利保護 , 技術交流受到嚴格限制 , 因此適當引 進一些國外成功的技術和先進設備 , 對于提高技術 裝備水平 , 取得好的技術經(jīng)濟指標是有利的 。從國 際 ISP 的技術進展看 , 我們應著重以下

18、幾方面的研 究和引進工作 :211 富氧燒結燒結采用返煙以后 , 返煙中氧氣濃度有所降低 , 將影響燒結焙燒反應的進行 , 采用富氧燒結對提高 單位生產(chǎn)能力和煙氣二氧化硫濃度是一項有效措 施 。 已有日本播磨 、 八戶和德國的杜依斯堡等冶煉 廠采用富氧燒結 , 其中八戶冶煉廠在燒結機尾部煙 氣返回的 2#、 3#風機后加入 20m 3/min 93%的氧氣 , 使燒結塊產(chǎn)量提高了 5%, 煙氣 SO 2濃度提高了 015%。 為了更好地發(fā)揮富氧鼓風的效果 , 必須研究 爐料的物理化學性質(zhì)與采用富氧的關系 。國外生產(chǎn) 情況表明 , 鉛鋅富氧燒結濃度一般為 2115%24%, 鼓入第 2#5#風箱

19、 。當氧濃度超過 24%時 , 燒結 塊含硫高 , 脫硫率 、 煙氣 SO 2濃度 、 燒結塊高溫軟化 點和單位燒結能力都有所下降 。 氧濃度從 21%提高 到 2315%時 , 燒結機脫硫強度可提高 20%, 成品煙 氣中的 SO 2濃度提高約 015%, 結塊率增加 , 大于 12第 6期 王志剛 :密閉鼓風爐煉鉛鋅技術改進及展望 10mm 的燒結塊增加 6%。212 二次物料制團或氧化物噴吹入鼓風爐ISP 工藝自身產(chǎn)出含鋅鉛二次物料有收塵煙灰 、 電塵 、 蘭粉 、 浮渣 、 煙化氧化鋅等 。將這部分物料全 部返回燒結機處理 , 一方面加重了燒結的負擔 , 使燒 結和熔煉生產(chǎn)能力不平衡

20、; 另一方面由于其透氣性 、 親水性 、 成球性 、 傳熱性 、 結塊性能較差 , 增加了燒結 過程控制難度 , 表現(xiàn)在燒結效果上則是結塊率降低 , 塊強度變差 。 國外 ISP 廠 (如日本的八戶 , 德國的杜 伊斯堡 , 法國的努瓦耶勒戈達爾特 、 意大利的維斯姆 港等 采用熱壓團的方法將氧化物料和焦粉壓成適 合于直接加入鼓風爐的團礦 , 從而拓展了原料市場 , 甚至可以搭配處理鋼廠廢料含鋅煙灰和鍍鋅灰渣 。 此外 , 由于將鼓風爐篩棄之碎焦加工成焦粉參與壓 團 , 使焦粉取代鼓風爐料中的部分冶金焦 , 可進一步 提高經(jīng)濟效益 。國外也有將氧化物粉料噴吹入鼓風爐的生產(chǎn)實 踐 , 最高噴吹量

21、已達 140t/d 。 噴吹前 ,預處理 , 選出金屬鉛后 ,下降 , , , 還 是經(jīng)濟合算 ?；?, 具有社會和經(jīng)濟雙重效益 。213 冷卻流槽余熱利用鉛鋅混合液體在冷卻流槽內(nèi)從 530 以上冷卻 至 450 , 冷卻過程的余熱利用量非常大 , 我國還未 回收利用這部分能量 。日本八戶冶煉廠 1982年起 采用 “ 流槽鍋爐” 裝置來回收這部分余熱 , 產(chǎn)出蒸汽 用于發(fā)電 。 該裝置有 20個箱體垂直于流槽排列 , 浸 沒在鉛鋅熔體中 , 上有進水管 、 出汽管及提升裝置 , 其換熱器采用特殊材質(zhì)制成 。214 建立生產(chǎn)過程控制的專家系統(tǒng)雖然我們已經(jīng)實現(xiàn)對燒結 、 熔煉等進行初步的 監(jiān)控 , 但與國際先進水平相比還有差距 。借鑒八戶 冶煉廠及黑色冶金的做法 , 燒結過程可實現(xiàn)料層 、 風 量 、 床層阻力的自動控制 , 從而實現(xiàn)作業(yè)過程的進一 步優(yōu)化 。 當然專家系統(tǒng)知識庫的建立是基于對工藝 過程的深入理解 , 基礎數(shù)據(jù)的長時間測定 , 實踐經(jīng)驗 的長期總結而實現(xiàn)的 , 這方面我們還有很多工作要 做 , 也大有潛力可挖 。3 結 語ISP 技術在我國已有近 30a 的生產(chǎn)實踐 , 韶冶從 1981年開始采取 “邊生產(chǎn) 、 、 邊增效