廖愛民

（沈陽有色冶金設(shè)計(jì)研究院 遼寧沈陽 110000）

鉛氧氣底吹熔煉工藝的開發(fā)及應(yīng)用研究

廖愛民

（沈陽有色冶金設(shè)計(jì)研究院 遼寧沈陽 110000）

隨著國家對(duì)環(huán)保事業(yè)的重視，高效節(jié)能項(xiàng)目推廣與研究已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)一種十分重要的工作。盡管我國已經(jīng)開發(fā)出了氧氣底吹熔煉——鼓風(fēng)爐還原煉鉛工藝，但在實(shí)際應(yīng)用中卻發(fā)現(xiàn)，它的節(jié)能效果卻不是很好，因此，相關(guān)工作人員從未停止過對(duì)鉛氧氣底吹熔煉工藝的研究。所以，本文將對(duì)氧氣底吹容量新工藝基本情況入手，結(jié)合其特點(diǎn)，重點(diǎn)研究鉛氧氣底吹熔煉新工藝的開發(fā)與應(yīng)用。

鉛氧氣底吹；熔煉工藝；開發(fā)；應(yīng)用

前言

為做好鉛的冶煉工作，國內(nèi)外專業(yè)人士從未停止過鉛冶煉工藝的研究，但在利用這些工藝的過程中卻發(fā)現(xiàn)，它們的所需投入較大，使用過程也較為復(fù)雜，尤其是在消化與吸收上存在較多困難，后來，我國自主研制了氧氣底吹熔煉-鼓風(fēng)爐還原煉鉛工藝，并在全國范圍內(nèi)得以應(yīng)用，盡管解決了煉鉛問題，但節(jié)能效果卻很差，所以，這就需要開發(fā)出新型工藝。

1 氧氣底吹熔煉工藝概述

以前的氧氣底吹熔煉工藝效果存在較多問題，難以與現(xiàn)代發(fā)展要求相符，所以，開發(fā)新型鉛熔煉工藝就成為了必然。河南新鄉(xiāng)中聯(lián)公司與時(shí)俱進(jìn)，聯(lián)系我國當(dāng)前狀況，開發(fā)出來了氧氣側(cè)吹金屬熔融還原爐，它的應(yīng)用使直接聯(lián)鉛成為了可能，不僅工作效果較好，操作也十分簡單，并獲得廣泛好評(píng)[1]。

氧氣側(cè)吹金屬熔融還原爐不僅可以使液態(tài)直接還原，還實(shí)現(xiàn)了以煤代焦，降低了煤率，還讓氧化爐、側(cè)吹爐以及煙化爐等三個(gè)爐連接在一起，有利于高溫爐渣直接進(jìn)入到另一個(gè)爐內(nèi)，在更好的利用了熱能的同時(shí)，減少了能耗，在實(shí)際利用中也發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)的節(jié)能環(huán)保性也很好，不需要投入過多人力，真正實(shí)現(xiàn)了低碳煉鉛的目標(biāo)，最重要的是該技術(shù)中所使用的設(shè)備均是我國自主研發(fā)的[2]。氧氣側(cè)吹還原爐屬于熔融熱渣連續(xù)冶煉的中心設(shè)備，它的應(yīng)用支撐著整個(gè)設(shè)備的運(yùn)用。熔融熱渣連續(xù)冶煉結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 熔融熱渣連續(xù)冶煉結(jié)構(gòu)圖

其中數(shù)字1～17分別代表底吹爐、側(cè)吹還原爐、煙化爐、溜槽或渣包、爐缸、爐基、支撐架、支撐調(diào)節(jié)桿、排煙口、備用下料口、爐料下料口、液態(tài)高鉛渣下料口、次風(fēng)口、二次風(fēng)口、三次風(fēng)口高爐底、低爐底[3]。

2 鉛氧氣底吹熔煉工藝的特點(diǎn)

鉛氧氣底吹熔煉工藝的特點(diǎn)具體來講主要有以下幾點(diǎn)：①環(huán)保性能好。在氧氣側(cè)吹金屬熔融還原爐的設(shè)計(jì)中，以富氧熔煉為主，所排放的煙氣相對(duì)于以前要少很多，在節(jié)省了很多資金投入的同時(shí)，還降低了不良?xì)怏w向大氣的排放率，很多帶有污染性的氣體大部分都可以得到轉(zhuǎn)化，而二氧化硫等，尾氣的排放量也可以達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，可見，該技術(shù)的應(yīng)用有利于環(huán)境保護(hù)，更有利于建設(shè)社會(huì)主義節(jié)約型社會(huì)。②現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境好。由于該工藝整體結(jié)構(gòu)較為緊密，不需要大量排放源，再加上應(yīng)用了很多先進(jìn)技術(shù)，凈化了工作環(huán)境，尤其是粉塵污染得到了妥善解決，冶煉過程更顯綠色化。國家環(huán)境保護(hù)部門在做過實(shí)驗(yàn)以后得知，利用該技術(shù)完成鉛的冶煉，工作環(huán)境中每立方米鉛塵的含量不足0.04mg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家要求標(biāo)準(zhǔn)。③該技術(shù)的利用所需能耗較少。氧氣側(cè)吹金屬熔融還原爐的應(yīng)用，在很好的完成鉛熔煉的過程中，還能及時(shí)回收高溫?zé)煔庥酂?，所產(chǎn)生的渣量也很少，有利于節(jié)省對(duì)焦炭的使用。④原材料的適應(yīng)能力較強(qiáng)。由于氧氣側(cè)吹金屬熔融還原爐可以讓液態(tài)直接還原，可見它對(duì)原材料的適應(yīng)能力較強(qiáng)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)再生鉛的生產(chǎn)，更有利于集約化的實(shí)現(xiàn)，更可以減少對(duì)環(huán)境的污染。⑤氧氣側(cè)吹金屬熔融還原爐在鉛冶煉中的應(yīng)用，所需成本較少，生產(chǎn)效率卻很高，能夠滿足現(xiàn)代生產(chǎn)需要，相對(duì)于后來的氧氣底吹熔煉-鼓風(fēng)爐還原煉鉛工藝要好很多，具有多種優(yōu)勢(shì)，更有效彌補(bǔ)了氧氣底吹熔煉-鼓風(fēng)爐還原煉鉛工藝的不足。

3 鉛氧氣底吹熔煉工藝的開發(fā)與應(yīng)用

氧氣側(cè)吹金屬熔融還原爐的開發(fā)為河南萬洋，一經(jīng)問世就投入使用，在使用中發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)不僅生茶較為穩(wěn)定，還能為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，其工作流程如圖2所示。

圖2 氧氣側(cè)吹金屬熔融還原爐工作流程示意圖

氧氣側(cè)吹金屬熔融還原爐共分為四個(gè)區(qū)域，主要由爐缸區(qū)、熔池區(qū)、鼓泡區(qū)以及再燃燒區(qū)四部分構(gòu)成，由于區(qū)域的不同也就具有不同的作用：

（1）對(duì)于爐缸區(qū)來說，它的作用是促進(jìn)熔渣和鉛的分離，然后分別將其排除爐內(nèi)，在設(shè)計(jì)爐缸區(qū)的過程中，其外形是屬于矩形鋼質(zhì)焊接容器，同時(shí)還對(duì)爐低進(jìn)行了高低設(shè)計(jì)，通過這樣的設(shè)計(jì)是為了縮減爐內(nèi)空間，確保爐深，在爐內(nèi)空間縮小以后，底鉛量也會(huì)隨之減少，這對(duì)加快底鉛更新等具有重要作用，更可以避免渣鉛層的形成。而保證爐深則有助于爐渣流動(dòng)看，控制好含鉛量與厚度，不至于發(fā)生溜渣等情況，這樣的設(shè)計(jì)十分有利于側(cè)吹還原熔煉。

（2）熔池區(qū)。它是鉛冶煉中重要組成部分，主要是利用爐渣熔體鼓風(fēng)完成有氧空氣的運(yùn)輸，再燃燒燃料實(shí)現(xiàn)對(duì)熔體的加熱，同時(shí)也可以做好氧化鉛的冶煉，如果生成爐渣等，也可以將其分離，并將形成的各種物質(zhì)排出爐內(nèi)，這樣不僅可以大大減少爐料顆粒，還能夠讓熔體液滴及時(shí)流出機(jī)械內(nèi)部。在氧氣側(cè)吹金屬熔融還原爐的底部，通常被認(rèn)定為第一層水套，其形狀為長方形，材質(zhì)為銅，在其內(nèi)部還設(shè)有環(huán)形銅管，將水套固定在角鋼所制成的支架上，有利于支架相互間的聯(lián)系，進(jìn)而構(gòu)成爐墻。由于水套所處位置不同，也就有不同的尺寸和形狀。對(duì)于銅水套來說，其表面上設(shè)有很多槽溝，這樣的設(shè)計(jì)主要是為了強(qiáng)化水套的掛渣能力，不僅可以保護(hù)水套不受影響，還能有效防止熱量流失。一般來講，冷卻水很容易將水套上熱量帶走，在熱量流失以后，水套表面就會(huì)出現(xiàn)冷凝渣殼，厚度多在2～4cm之間，這樣也可以保護(hù)水套不受化學(xué)物質(zhì)的腐蝕，更可以防止水套被沖刷。

（3）鼓泡區(qū)。它主要分布在熔池區(qū)靜渣面到二次風(fēng)口的底端，在有氧空氣的影響下，氣體就會(huì)讓熔渣快速翻動(dòng)，甚至發(fā)生噴濺的情況，這也是完成鉛還原的必經(jīng)流程。在此過程中，勢(shì)必對(duì)產(chǎn)生二次燃燒高溫氣體加熱，也可以通過這種方式完成熱能再次利用。

（4）再燃燒區(qū)。主要是在爐側(cè)墻的水套上安裝一些風(fēng)嘴，以此為爐內(nèi)提供空氣和必要的鼓風(fēng)，這樣做的意圖在于充分燃燒爐內(nèi)殘留的一氧化碳，同時(shí)將燃燒中產(chǎn)生的熱量送回到熔池中。

通過對(duì)比氧氣側(cè)吹金屬熔融還原爐與鼓風(fēng)爐還原工藝可以發(fā)現(xiàn)，前者可以將液態(tài)高鉛渣直接灌入到爐中，鉛渣的利用也更加高效，同時(shí)還可以大大縮減煙化提昕所需時(shí)間，在減少了煤炭消耗的過程中，還有利于生產(chǎn)效率的提升。再加上新工藝中不再設(shè)有電熱前床，所需電能消耗也因此減少，在應(yīng)用該技術(shù)的過程中還發(fā)現(xiàn)，煤炭與焦炭的價(jià)格要地很多，企業(yè)的投入成本也會(huì)因此降低，這對(duì)企業(yè)獲得更多經(jīng)濟(jì)效益無疑是十分有利的。此外，在新工藝中也不再應(yīng)用鑄渣機(jī)，在改善了生產(chǎn)環(huán)境的同時(shí)，也節(jié)省下了不少資金，還避免了水汽等物質(zhì)的產(chǎn)生，對(duì)凈化工作環(huán)境較為有利。

4 結(jié)束語

通過以上研究得知，原有的鉛冶煉工藝已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代生產(chǎn)需求，還會(huì)污染環(huán)境，所需投入也較大，為解決好這一問題，就需要相關(guān)工作人員開發(fā)出新型鉛冶煉工藝與技術(shù)，氧氣側(cè)吹金屬熔融還原爐就是該工藝的典型代表，不僅可以為企業(yè)節(jié)省大量資金，還能減少對(duì)大氣的污染，同時(shí)還能夠及時(shí)回收與利用再燃燒所產(chǎn)生的熱量，實(shí)現(xiàn)能源的充分利用，更可以凈化工作環(huán)境，減少粉塵等對(duì)人體的威脅，再加上所需投入較少，操作簡單，也不需要投入過多人力，這也是其被廣泛應(yīng)用的主要原因之一。

[1]廖立樂，郭學(xué)益，王親猛，田慶華，張永柱.基于METSIM氧氣底吹煉銅工藝性能分析[J].有色金屬科學(xué)與工程，2014，05：49～55.

[2]姚建明，李東波.氧氣底吹工藝處理復(fù)雜鉛物料的生產(chǎn)實(shí)踐[J].中國有色冶金，2015，02：30～33.

[3]許欣.氧氣底吹連續(xù)煉銅技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用[J].世界有色金屬，2015，04：25～27.

TF812

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1004-7344（2016）25-0256-02

2016-8-21

廖愛民（1983-），男，江西樟樹人，工程師（2012年9月發(fā)證），2003～2007年就讀于江西理工大學(xué)（原南方冶金學(xué)院）冶金工程專業(yè)，2007年8月～至今，在沈陽有色冶金設(shè)計(jì)研究院從事冶金設(shè)計(jì)工作。冶金室副主任。工作至今，參與設(shè)計(jì)的項(xiàng)目達(dá)40余項(xiàng)，其中獲得省部級(jí)咨詢?cè)O(shè)計(jì)三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)咨詢?cè)O(shè)計(jì)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，省部級(jí)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。身份證號(hào)：362203198308027315。