密闭鼓风炉炼铅锌技术改进及展望

作者简介:王志刚(1962-),男,高级工程师,从事有色冶炼工艺设计与试验研究。

・冶　炼・密闭鼓风炉炼铅锌技术改进及展望王志刚(长沙有色冶金设计研究院,湖南长沙　410011)摘　要:阐述密闭鼓风炉炼铅锌技术在鼓风烧结、ISF 熔炼及配套设施方面的主要技术改进。

并对ISP 技术发展进行了展望。

关键词:ISP ;烧结;熔炼;技术改进中图分类号:TF806121 文献标识码:A 文章编号:1003-5540(2003)06-0019-04 密闭鼓风炉炼铅锌技术(简称ISP )是由英国帝国熔炼公司于五十年代发明的在一台密闭鼓风炉内同时熔炼铅、锌的方法。

该技术具有对原料适应性强、有价金属选冶综合回收率高、能源综合利用率高、易于实现过程的自动化以及“三废”治理效果显著等优点。

所以,越来越多的国家已把它作为现代有色冶金的主要生产手段和先进工艺。

至九十年代末,先后在13个国家建了18座铅锌密闭鼓风炉,产量已占世界铅锌总产量的14%以上。

近十年来,ISP 技术日趋完善,耗炭系数由0.76降至0.66,单台炉子年粗铅锌产量不断增加,原来产粗锌铅5×104t 的标准炉,现已达到112×105t ,有的仅产粗锌就已超过1×105t 。

我国工程技术人员从20世纪60年代开始对ISP 生产工艺和设备进行研究,在消化吸收国外技术的基础上,进行了许多技术改进,达到了提高生产能力、降低生产成本、提高经济效益、改善环境和操作条件的目的。

1　主要技术改进近年来,我国工程技术人员对ISP 生产工艺和设备不断技改创新,各项指标大幅提高,节能降耗效果明显,基本达到国际先进水平。

现将韶关冶炼厂(简称韶冶)ISP 工艺及设备所作的技术改造主要内容简述如下:1.1　鼓风烧结工艺改进1.1.1　全返烟烧结铅锌焙烧普遍采用鼓风返烟烧结,以提高烟气中SO 2浓度。

为了提高烧结料中硫汞的利用率,减少其对环境的污染,韶冶已将含硫、汞较低的烧结机尾的通风排气返回烧结,作为新鲜空气使用。

通常这部分气体中SO 2浓度较低,仅013%～2%,含O 220%左右。

将这部分烟气返回烧结机中部,可提高制酸烟气中SO 2浓度。

由于机尾气量较大,故不能全部返烟。

11112　加大主反应区的鼓风强度烧结机3#～5#风箱为烧结焙烧化学反应的主要区域,若鼓风能力不足,则料层中氧的分压较低,炉料反应时间短,焙烧反应不完全,导致炉料温度不够,使得主体相ZnO 、ZnFe 2O 4生成量不足,最终降低烧结块强度,影响烧结块产量、质量。

韶冶原此区域鼓风强度仅13～14m 3/m 21min ,后加大到约18m 3/m 21min ,从而加快炉料的焙烧速度,提高炉料脱硫的彻底性,为提高料层厚度创造了条件。

改进前后的生产情况表明,烧结块Pb 、S 、CaO/SiO 2合格率增加2%～3%,其软熔温度提高200℃以上。

11113　烧结配料顺序的改进ISP 原常规的配料顺序为“干精矿→杂料→熔剂→返粉”。

生产实践证明,制粒效果不太理想。

韶冶二系统改配料顺序为“返粉→杂料→熔剂→干精矿”,这样可使返粉作为制粒的核心,其他物料均匀地包在外面,从而避免或减少了皮带的粘结,改善了制粒效果和物料的透气性,为高料层作业创造了条件,进而提高了烧结机的脱硫能力和产块率、保证了烧结块的质量,取得了较好的效果。

112　烧结设备改进虽然我国铅锌烧结机本体采用了刚性滑道密91第19卷第6期2003年12月湖南有色金属HUNAN NONFERROUS METAL S封,但头、尾部密封有待改进。

国内烧结机尾部烟气量高出日本八户冶炼厂一倍多,因此不能全部返烟,不得不设置庞大的收尘及烟气治理系统。

从烟罩到电除尘出口处的漏风率为20%(日本八户为1213%),而烧结成品烟气SO2浓度(大烟罩出口)仅为5%～6%,比八户低4%～6%,加大了制酸的负担和难度。

另外国内烧结机单位面积生产能力也较低,返粉破碎、混合制粒效果不太理想。

针对这些不足,结合最近设计的两个ISP冶炼工程对烧结设备进行了设计改进。

11211　烧结机主要改进烧结机主传动采用最先进PF T结构,传动更稳定可靠,结构紧凑,重量减轻50%～60%;改进布料形式,确保台车料面分布更均匀,从而有效地减少了风量的边缘效应,使台车断面烧结速度趋于一致;设计新式高挡板台车,以适应厚料层、慢车速烧结工艺的需要;台车与风箱之间采用新的刚性滑道结构,烟罩与台车间采用迷宫密封;改进台车材质和结构,增加台车刚度,以增强抗热变形的能力,使台车滑板和滑道面紧密贴合;机尾增设锁气装置,提高密封效果;合理减少炉篦条厚度,增强台车透气性。

通过一系列改进和优化,将进一步减少烧结机的漏风,有利于提高成品烟气SO2浓度和实现机尾烟气的全返烟烧结,并使作业率进一步提高。

11212　圆筒混合制粒机主要改进圆筒制粒机和圆筒混合机主传动采用新的BF 型柔性传动或实心胶轮传动,运行平稳、可靠、震动少、噪音小,维修方便;采用稀土含油尼龙材料作衬板,始终保持内衬表面形成一层料衬,并且不会逐渐增厚,档轮结构形式以及喷水系统设计也作了较大改进,以期强化制粒功能,延长圆筒寿命。

11213　破碎设备主要改进单辊破碎机采用柔性传动,爪盘采用螺旋排列,以克服烧结机间断卸料引起的冲击荷载;轴及轴承座均采用水冷,以减少其热变形;锤头表面堆焊耐磨材料以提高其耐磨性。

改进齿辊破碎机齿形结构,加大弹簧保护装置的弹簧调速范围,使于调整,确保两辊间隙稳定,降低物料过粉碎,使其粒度均匀。

光辊破碎机采用双电机驱动,液压保护,辊皮采用便于装卸的组合式结构,选用高硬度耐磨材料。

通过这一系列设计改进,将提高破碎设备的传动效率,并使其运行平稳,维修方便,延长使用寿命。

113　鼓风炉熔炼改进11311　ISF技术改进密闭鼓风炉(ISF)是ISP的技术核心,只有ISF 运行正常,前后工艺和设备才能发挥作用。

围绕着ISF的炉缸、炉壳、炉身、炉喉、炉顶、风口等主要部件实施了多次改进。

主要内容是:采用喷淋炉壳代替水套炉壁,减簿炉墙厚度,减少炉腹角,使鼓风炉风口区截面积由10m2扩大到16108m2;加深炉缸,以减少放铅次数即减轻劳动强度;从提高炉子的反应性和减少炉体熔损的危险性综合考虑,优化风口设计;改进炉顶结构及材质,延长炉顶寿命;扩大炉喉口,加大斜坡烟道的角度并改变其结构,减少结瘤,方便操作。

通过一系列改进和完善,使产量增加25%以上,焦率降低315%,送风率提高1145%,炉大修周期由1a改为2a。

11312　铅雨冷凝器技术改进铅雨冷凝器是与鼓风炉配套的关键设备,其功能是利用挥扬的铅雨将炉气带出的锌蒸汽迅速冷凝成液态锌。

冷疑效率的高低直接影响锌的直收率。

冷凝器的材质和结构的合理性不仅对使用寿命和清理周期影响很大,而且对安全生产有重要影响(存在着低热值煤气泄露中毒、爆炸的危险)。

因此,在对ISF实施改进时,也改进了冷凝器横跨烟道的结构,以减少烟道结瘤,延长清理周期;内衬采用优质耐热混凝土,特别是转子下部采用高耐热混凝土,防止液态金属铅的腐蚀而造成漏铅;改进盖板及壳体的材质,防止受热变形和裂痕。

改进后的生产实践表明,冷凝分离效率提高215%以上,浮渣减少118%,兰粉率降低115%,内衬寿命延长一倍,达4a以上。

11313　冷却流槽技术改进冷却流槽是冷凝器的配套设备,其作用是将冷凝器排出的铅锌混合液体(530℃)经冷却流槽冷却至450℃,再送分离系统进行铅锌分离。

原来采用水套式冷却流槽,存在着冷却效果差,冷却温度不易控制,耗水量大,易损坏,水套更换和浮渣清除极其困难的缺点。

为此,改为浸没式冷却流槽,其浸入液体深度、水流速度均可调,使用组数可灵活改变,前端还设有扒渣机。

使用情况表明,冷却效果明显提高,冷却水量比水套式流槽减少35%～40%,流槽使用寿命延长3a。

11314　分离系统技术改进分离系统是冷凝器不可缺少的配套系统,由冷却流槽送来的铅锌混合液在此进行铅锌分离,铅液02湖南有色金属第19卷返回冷凝器,粗锌液送锌精馏精炼。

生产中发现熔析槽经常结瘤堵死通道,因而技改中将其取消,并重新分配熔剂槽、分离槽、贮锌槽的面积,既得到最佳分离效果,又保证了熔炼与精炼合理衔接;将各槽外壳和机架整体加固,顶盖板内衬改用耐热混凝土浇铸;将煤气燃烧器全部改用颜氏烧嘴。

这些改进起到了节能降耗、方便操作的效果,各槽的使用寿命也延长3a以上。

11315　电热前床技术改进电热前床的作用是将鼓风炉排出的渣铅混合物在其内分离,得到粗铅产品,同时也满足了与鼓风炉配套的烟化炉间断操作的需要。

随着生产能力的扩大,原有电热前床不能满足生产要求,同时也存在着炉墙、炉顶、进渣和放渣流槽寿命短,电极夹持和升降装置调控欠灵等问题。

为此将前床面积扩大到1915m2,并对其骨架、外壳进行修改和加固,内衬材料改为铝铬钛砖;进、放渣流槽改为水套式结构,内衬改用铬镁砖;电极夹持、转动装置和升降平台作相应修改。

经改进后,不但满足了ISF扩产需要,又满足了烟化炉的生产要求,而且渣铅分离效果好,渣含铅降至1%以下,使用寿命延长至3a以上。

11316　炉气净化系统技术改进ISF冷凝炉气(含CO、CO2和尘粒)经直升烟道进入洗涤塔和湍球塔净化后,得到低热值煤气,再经升压后送用户使用。

技改中将洗涤塔下部的挖泥船取消,改为搅拌槽,使蓝粉直接进入浓密池,再以底流形式送烧结的冷却圆筒,以代替圆筒补充水。

同时改进洗涤塔和湍球塔的结构,既满足了ISF扩产的需要,又降低了低热值煤气的含尘量,提高了煤气质量及利用率。

114　炉渣烟化改进电热前床排出的渣含锌8%、铅1%,尚有回收价值。

在烟化炉挥发,并经收尘系统捕集后,可回收铅锌。

与韶冶合作开发出烟化炉-余热锅炉-体化装置,用其取代传统的烟化炉、余热锅炉结构。

此装置在韶冶二系统的应用表明,各项指标远优于传统烟化炉,主要有如下特点:11余热回收量高,比传统烟化炉、余热锅炉多产两倍蒸汽。

21劳动强度降低,操作环境得到改善。

一体化装置是将烟化炉与余锅炉设计成一个整体,烟化炉上部成为余热锅炉的辐射室,炉顶适当加高,取消了烟化炉烟气进余热锅炉的斜烟道,从而省去斜烟道集灰的清理工作。

31产品质量提高。

由于炉顶升高,飞溅的熔渣重新落入熔池的几率增加,带入余热锅炉对流室的熔渣量减少,既减轻锅炉粘结程度,又提高了烟化氧化锌产品质量。

41渣处理能力提高。

与韶冶一系统同规格传统烟化炉相比,渣处理能力提高30%以上。

51烟化炉使用寿命延长。

韶冶一系统烟化炉下部水套使用近3个月,一体化装置采用新的炉体结构和材质后,下部水套使用寿命达1a以上,与ISF同步作业率大大提高。

61余热锅炉烟气温度降低。

由于一体化装置的余热回收率提高,经省煤器出口的烟气温度为250℃左右,可直接进入布袋收尘器。