烟化炉喷煤装置的研究及应用

烟化炉喷煤装置的研究及应用
摘要：本文通过研究侧吹炉烟化炉烟化工艺对处理多种含铅锌物料、冷热熔渣、铅锌氧化矿、湿法锌渣的缺陷，介绍了对新型侧吹炉烟化炉喷煤装置的研究及实践改进；通过改进喷煤装置安装方式、密封方式、连接角度、气流方式及材质，改善侧吹炉烟化炉炉内冶炼氛围，有效提高侧吹炉烟化炉处理多种含铅锌物料的能力及效熔炼作业率。

关键词：烟化炉；喷煤装置；连接方式；安装方式；
引言
某公司铅锌联合冶炼过程中，铅冶炼与危废渣处理以火法冶炼为主。

锌冶炼采用半湿法冶炼工艺，以湿法冶炼为主，火法冶炼为辅。

综合处理铅锌硫化矿、低品位铅锌共生氧化矿、湿法浸出渣、净化渣等含铅锌物料，经过火法与湿法相互结合，产出主铅、锌金属，附属产品硫酸、锗金属、银金属。

火法冶炼系统采用“富氧顶吹熔炼+热态富铅渣侧吹还原工艺+侧吹炉熔化工艺+烟化工艺”，处理铅锌渣物料及低品位铅锌共生氧化矿以烟化挥发工艺为主工艺流程，综合回收铅、锌、锗、银等有价金属。

在烟化炉冶炼过程中，喷煤装置的寿命及稳定运行至关重要。

喷煤量直接影响进入炉内的冶炼气氛，在风煤比不正常的情况下，冶炼周期所需的煤量将无法得到有效的控制，导致炉内温度不稳定，粉煤燃烧反应气氛不稳定，炉内温度波动大，容易造成烟化炉死炉、下料口喷渣等事故。

1烟化工艺在铅锌冶炼中的运用
烟化炉回收铅、锌两大系统的渣中的有价金属，是公司发展循环经济、走集约型发展道路的有效工艺，作为资源性的企业，资源的综合利用和产品的精、深加工，为企业创造出巨大的经济效益，同时也使企业的竞争实力增强。

在生产中出现了设备运行率低，水套寿命短、烟化炉作业率低，烟尘产量低及锌金属品位
低等问题。

为充分发挥烟化炉处理铅锌物料的优势，减少设备故障，对烟化炉系统在工艺和设备进行优化，降低设备的故障率，使设备与工艺相匹配，资源得到最大限度的使用，以期达到较好的经济、社会和环境效益。

2 烟化炉挥发工艺喷煤装置的研究
2.1烟化炉及喷煤装置的结构
烟化炉是矩形炉，其炉底、炉顶、四壁全部由铜水套构成,主体炉身由三层水套构成，一层水套（包括风口水套）和二层、三层水套用循环水冷却水套。

炉体四壁的水套之间用螺杆联接，并由千斤顶固定在支框架上，每一块循环水冷却水套上设有进水管（在水套下部）和出水管（在水套上部边缘），内有钢筋作加强筋加固；高压风和粉煤进入炉内的入口——风口设在炉体两侧的风口水套上，每侧水套上有21个风口。

喷煤装置由喷煤咀、喷煤嘴接头、风煤混合器构成，风煤混合器上设有支管，靠水套的支管为一次风管，用于送一次风和粉煤，二次风则由外边支管送入，风嘴的给粉煤结构使用集风箱式给粉煤结构。

2.2烟化挥发工艺喷煤装置的缺陷
烟化炉设有42个风口，最初设计的烟化炉一次风风煤混合箱42个煤管接口与喷煤嘴一次风接口形成120°夹角，在烟化炉冶炼高压鼓风喷煤过程中，加剧粉煤与连接橡胶煤管的冲刷磨损。

在烟化炉冶炼高压鼓风喷煤过程中，喷煤管道由于受到粉煤颗粒流的高速冲刷，磨损十分严重，尤其是喷煤管道、喷煤装置与侧吹烟化炉连接处的风煤混合箱，容易造成喷煤管道、喷煤装置磨损漏煤，从而使得喷煤管道、喷煤装置使用寿命短，需要频繁停炉更换焊补。

新更换耐磨胶管15天后磨损通洞漏煤，操作工每天不得不消耗胶管和铁丝扎漏煤煤管，作业环境差、劳动强度大，严重时需紧急停炉换煤管。

喷煤嘴使用寿命短，需每3个月对通洞的喷煤嘴接头拆卸，防止粉煤冲刷铜水套，每次停产停炉12小时进行检修更换。

频繁漏煤导致冶金炉窑安全稳定性能低，停炉检修喷煤装置使水套连接处的螺栓连接出现螺栓打滑和密封性下降的问题，后续无法再次安装喷煤装置，不得不拆卸炉体冷却水套进行扩孔、人工攻丝等，造成生产时间和材料的浪费，冶炼生产成本上升
2.3烟化挥发工艺喷煤装置的改进
在侧吹炉水套上固定安装短管接头，将内部设有耐磨陶瓷层的风嘴安装在短管接头上并穿过短管接头延伸至烟化炉内，通过在短管接头上安装可拆卸更换的风嘴，可无需更换喷煤装置与侧吹炉的连接件，风嘴和风煤混合管之间通过二次短管接头相连接，通过在风煤混合管末端安装可拆卸的端盖，以便于清理堵塞在管内的粉煤。

喷煤装置的设计如图1、图2、图3所示，其设计基于安装在侧吹炉炉体冷却水套外侧，各部件风煤混合管通过二次短管接头联接与固定于炉体水套外侧的短管接头形成一个整体装置，向炉内供应粉煤。

改进后的装置整体优点：
短管接头：固定于侧吹炉炉体水套外侧风口位，避免喷煤装置因工艺原因频繁拆卸，减少炉体水套螺栓孔的滑牙，保护水套螺栓孔；
风嘴：安装在短管接头上并通过短管接头延伸至侧吹炉内；
二次短管接头：一端与风嘴相连接，另一端与炉体风煤混合管相连接，且风煤混合管的末端安装有可拆卸的端盖（可进行工艺通孔、防堵塞通道捅渣）；为提高喷煤装置使用周期，减少管道磨损，风嘴、二次短管接头、风煤混合管内壁镀有用于降低管道磨损的耐磨陶瓷层。

各零部件设计细节特点：耐磨陶瓷层镀层厚度为9-10mm（根据喷煤量、喷煤速度、粉煤粒径等条件选取），镀层应平整、均匀，无气孔、裂纹，有效延长了喷煤管道的使用寿命、减少了更换频率；端盖选用55°密封管螺纹（圆锥外螺纹R13相啮合的圆柱内螺纹Rp3），当管道发生粉煤堆积、堵塞时，为了能快速有效地清理堆积、堵塞的粉煤；风煤混合管包括总管、煤管、风管，风管与煤管角度选择结合炉体围炉风煤混合管布局及角度，依据输送粉煤流体动力学，可使空气流将粉煤充分、稳定地送入炉内，减少粉煤在管道内发生堆积。

图1：喷煤嘴设计结构示意图
图2：喷煤嘴设计装配图
（1-短管接头，2-风嘴，3-二次短管接头，4-风煤混合管，5-端盖，6-耐磨陶瓷层，7-法兰，8-总管、9-煤管、10-风管）
图3：风煤混合管零件图
3 侧吹炉喷煤装置应用与效果
喷煤装置的优化改进，解决杜烟化炉因煤管磨损通洞破裂漏煤导致的停炉更换煤管，提升冶金炉有效作业率；降低烟化炉因煤管通洞破裂导致熔渣倒回煤管爆炸等安全环保风险。

喷煤装置改进前后运用效果如表1所示：
表1：改进前后关键设备对比
项目改进前改进后
胶管寿命（月）0.510
喷煤嘴寿命（月）311
79.6398.16
烟化炉作业率
（%）
铜水套损伤情况有明显冲刷痕迹未有冲刷痕迹
4 结论
烟化工艺回收废渣中存在的金属资源，有效综合利用金属资源，是冶炼行业可持续发展的重要途径。

烟化炉喷煤装置的研究，并成功运用，解决了烟化炉供煤不畅导致作业率低的问题。

在烟化炉供煤系统上进行推广，进一步提高烟化炉化装备水平，并对烟化炉提升经济技术指标，降低能源单耗发挥巨大作用。

参考文献
【1】设备管理新思维新模式第4版，机械工业出版社，李葆文.
【2】《机械设计手册》第六版，机械工业出版社，闻邦椿 .
【3】铅锌冶炼新技术，长沙湖南科学技术出版社.
【4】铅锌冶金学，北京科学出版社 2003.3.
【5】铅冶金，北京冶金工业出版社 2012.8. 1。