DOC《富氧侧吹炉熔池熔炼含铅二次物料的生产实践》

富氧侧吹炉熔池熔炼含铅二次物料的生产实践 甘学龙 (湖南金旺铋业股份有限公司,湖南 郴州 423000) 摘要:分析了富氧侧吹炉熔池熔炼含铅二次物料的工艺技术优势和生产应用特点,通过生产过程的冶金计算和热平衡计算,对优化生产实践、技术指标具有重要的指导意义.

关键词:富氧侧吹炉;

含铅二次物料;

热平衡;

熔池熔炼 中图分类号:TF812 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2019)05-0000-00 Plant Practice of Smelting of Lead-Bearing Secondary Materials in Oxygen Enrichment Side Blowing Furnace GAN Xue-long (Hunan Jinwang Bismuth Industrial Co., Ltd., Chenzhou 423000, Hunan, China) Abstract:Technological advantages and application characteristics of smelting lead-bearing secondary materials in oxygen enrichment side blowing furnace were analyzed. Calculation of metallurgy and heat balance during plant production can provide guide to optimization of production practice and technical indexes. Key words:oxygen enrichment side-blowing furnace;

lead-bearing secondary material;

heat balance;

bath smelting 目前,国内主要富氧单侧吹炉都是用于高铅渣的直接液态还原及铜精矿造锍熔炼,直接进行含铅复杂二次物料的冷料熔炼还属于开发试验阶段. 2015年,湖南金旺铋业公司在充分借鉴了公司富氧双侧吹熔池熔炼含铅铋精矿的生产经验后,研发了富氧单侧吹熔池熔炼处理含铅二次物料技术,该项目经过论证、设计、制造、安装施工、调试等多个环节后于2016年4月实现投产,经过近三年的努力已完全实现对含铅铋二次物料的处理. 本工艺利用富氧单侧吹熔池熔炼技术,综合回收各类铅铜烟灰、铅锑渣、铜浮渣、后期渣、精炼残渣等含铅二次物料,高效分离回收低品位复杂含铅铋物料中的有价金属,真正做到铅铋冶炼厂内二次物料全面综合回收,建立了企业的有价金属大循环,形成了资源能耗消耗率低、污染排放量低、资源综合利用率高的循环经济模式,也是对二次物料综合回收技术的重要提升.

1 工艺特点 本项目建设1台规格3.6 m2的侧吹炉,炉床尺寸3 m*1.2 m,炉身由下部三层铜水套、上部一层钢水套组成,炉体一层铜水套两侧嵌入风嘴水套,炉体外形及结构简图如图1所示.富氧单侧吹熔池熔炼炉集物料干燥、脱硫、熔化造渣、氧化还原于一炉,烟气通过炉身上部接余热锅炉、人字管、沉降斗、布袋收尘器、及风机和脱硫系统,并通过烟囱排放.炉料通过下料口与辅料一起投入炉内后,通过炉身下部浸没于熔渣液面内的两侧风口鼓入富氧空气与投入的物料发生剧烈的搅拌、造渣、氧化还原反应,金属下沉至炉缸,渣浮于金属液上部,实现渣与金属高效分离.由于富氧空气直接通过熔池两侧浸没于渣层的风口直接鼓入,强烈搅拌反应放热,热量来源主要是氧气与无烟煤(颗粒状)发生剧烈反应生成CO2和CO,同时伴随着物料中的少量硫化物生成SO2放热,炉料经过熔体的强烈搅拌熔化,炉内熔体化学反应快速,动力学条件良好,因此炉内熔体温度及成分均匀一致. 收稿日期:2019-01-16 作者简介:甘学龙(1987-)男,四川崇州人,工程师. 图1 富氧侧吹熔炼炉示意图 Fig.1 Sketch map of oxygen enrichment side-blowing furnace 工艺主要含两部分,一是下料熔炼段,即投入含铅二次物料冷料,通过高温熔化造渣,炉内造出液态高铅渣和部分粗铅;

二是还原段,即将炉内前期形成的液态高铅渣通过过量煤的还原将渣中的铅还原到粗铅中,液态高铅渣的直接侧吹炉还原在国内作为配套底吹炉的工艺相对成熟,而二次物料冷料下料熔炼造高铅渣应用相对罕见,也是生产中需要不断改进优化的地方. 侧吹炉熔炼二次物料相较于普通鼓风炉与底吹炉最大的区别是水套采用铜水套冷却挂渣保护,优点是经久耐用不易腐蚀损坏,缺点是铜水套直接接触液态渣层,导致冷却水带走大量热量,对炉内热平衡造成较大的影响.因此有效掌握侧吹炉熔炼二次物料时的热平衡有助于对生产的有效把握,为各类生产效率能耗提升做依据.

2 侧吹炉熔炼物料热平衡计算 工艺的主要难点和关键点在于下料熔炼段,因此摸清此段的物料和热量平衡至关重要.本次计算以投料熔炼段为计算基础,数据均来源于一线实际生产数据,现列出一小时下料熔炼段的物料平衡表,见表1. 表1 侧吹炉下料熔炼段物料平衡表 Table

1 Materials balance of smelting section of side-blowing furnace 物料 数量/kg 水分/% 干重/kg Pb Bi Zn Cu S Fe % kg % kg % kg % kg % kg % kg 投入 混合物料

8 000

14 6

880 39.0

2 683 2.2 151.4 12.5 860.0 2.1 144.5 5.2 357.8 2.6 181.6 无烟煤 1.15 5.1 1.09

0 0

0 0

0 0

0 0 0.6

0 1.6

0 红铁粉

980 4.5 935.9

0 0

0 0

0 0

0 0

0 42.8 400.6 河沙

300 3.5 289.5

0 0

0 0

0 0

0 0

0 2.0 5.6 合计

9 281

8 106

2 683 151.4 860.0 144.5 357.8 587.8 产出 粗铅

1 600

0 1

600 87.5

1 400 6.2 99.2 0.1 1.6 4.1 65.6

0 0 炉渣

4 000

0 4

000 19.5

780 0.1 4.0 16.6 664.0 1.9 76.0 0.2 8.0 14.6 584.8 烟尘

1 600

0 1

600 30.5

488 3.0 48.0 11.5 184.0

0 4.0 64.0 0.4 6.2 损失

0 15 0.2 10.4 2.9 285.8 -3.2 合计

7 200

7 200

2 683 151.4 860.0 144.5 357.8 587.8

3 侧吹炉熔炼二次物料热平衡计算 热平衡的计算给定条件如下: 1)以一小时正常投料熔炼的实际生产情况(表1)作为热平衡的计算基础. 2)一次风口鼓入富氧空气平均氧浓80%,流量2

100 m3/h,二次风口有效鼓入空气量为2

500 m3/h,下料口进风1 038.5 m3,锅炉漏风系数为2%,实际进气量为(2 100+2 500+1 038.5)*1.02=5

750 m3. 3)余热锅炉额定压力为1.25 MPa,设计出口温度220~250 ℃,实际运行压力为1.05 MPa,实际出口温度为240~250 ℃,本次计算假定为250 ℃. 4)由于下料过程鼓入的氧气量及二次风口鼓入空气含氧量过剩,因此煤燃烧产物大部分是二氧化碳,燃烧反应放热生成二氧化碳占比90%,生成一氧化碳占比10%(根据实测烟气成分进行假定);

焦炭中少许碳氢化合物不做考虑,全部折合为固定碳,按固定碳80%计算. 5)造渣反应热按炉渣计为565 kJ/kg,烟尘中铅全部以PbO形态,S全部以ZnS形态存在[1]. 6)入炉物料焦炭、鼓入的空气均为20 ℃,炉内炉渣温度1

250 ℃,锅炉出口烟气温度为250 ℃. 7)水套冷却水带走的热量按进出水平均温差4 ℃计算,冷却水流量为620 t/h,辐射热损失为热量收支差额. 8)锅炉蒸汽压力1.05 MPa,产量3 t/h. 9)表1中混合物料含S 5.2%,假定S均以ZnS形式存在进行计算,烟尘中S也以ZnS形态存在,则ZnS燃烧的量为869.9 kg;

红铁粉中铁以Fe2O

3、其余铁以FeO形态存在,则Fe2O3的Fe量为400.6 kg. 10)产出烟气为5

831 m3,水蒸汽体积不包括在内,各成分体积[2]占比为(%):CO2 25.

15、CO 2.

80、SO2 3.

40、N2 56.

70、O2 11.97. 11)投入总原辅材料量9

281 kg,干重8

106 kg,水分1

175 kg,水蒸气比热容取2.1 kJ/kg. 最终计算得出的热平衡表如表2所示. 表2 侧吹炉熔炼段热平衡表 Table

2 Heat balance of smelting section of side-blowing furnace 项目 热量/kJ 占比/% 热收入 碳燃烧生成CO2

26 643 171.20 77.64 碳燃烧生成CO

888 096.98 2.59 氧化反应热

4 177 259.80 12.17 造渣反应热

2 260 000.00 6.59 空气物理热

153 938.40 0.45 炉料焦炭物理热

193 044.80 0.56 合计

34 315 511.18 热支出 氧化铅还原热 -101 050.24 -0.29 氧化铋还原热

3 949.22 0.01 铁还原热

961 039.40 2.80 水分蒸发

3 044 359.20 8.87 粗铅

168 000.00 0.49 高铅炉渣

5 440 000.00 15.85 蒸汽

8 331 000.00 24.28 烟气250 ℃

2 518 155.82 7.34 烟尘150 ℃

160 560.00 0.47 冷却水

10 366 400.00 30.21 辐射(计算差额)

3 423 097.78 9.98 合计

34 315 511.18 备注:以一小时投入量8

000 kg(湿量)为计算依据 实际生产中,我们可以通过对表2各项能耗的占比进行调节和优化,进而改进包括成本、能耗、炉况在内的各生产技术指标,对生产顺行和指标提升起到重要的指引效果.

4 侧吹炉熔炼含铅二次物料工业应用 4.1 生产应用中出现的一些问题及改进措施 处理二次物料因硫含量低,因此需要的发热源主要是无烟煤,煤的燃烧主要靠碳与氧气发生氧化反应生成一氧化碳和二氧化碳,而同样质量的碳生成二氧化碳释放的热量是生成一氧化碳的3倍,所以控制气氛及煤比,尽量让碳充分燃烧是保证热源的重要手段[3]. 从经济角度考虑,在下料段能尽量还原一部分铅进入粗铅,将对高铅渣液态还原期间的成本和技术指标有一个较好的提升,因此需要有一部分碳生成一氧化碳,以保证铅在以氧化铅造渣过程中,能够将满足造渣需要之外的那部分铅还原进入炉缸,减少后续还原难度及时间. 侧吹炉处理二次物料因其物料成分复杂性,存在大量易挥发物质,因此烟气中含有的大量易挥发物质热焓值高,挥发物凝固时放热等原因使烟气温度降温慢,在布袋收尘器入口仍高于200 ℃,所以烟气在锅炉出口与布袋收尘之间的沉降管道区域适当增加散热面积,或增设水箱冷却,保证布袋进口温度合理,避免布袋烧损. 众所周知,鼓风炉处理复杂含铅二次物料时,因物料含有的易挥发物质如铅、砷、硫、锑、锌等大多在上升过程中遇冷,常见于炉身中部、上部凝结,产生大量炉结,导致下料无法进行而出现停炉的生产事故发生.侧吹炉因其反应剧烈,熔池搅拌强度大,炉内温度高,炉身炉膛内中部、上部温度超过1

100 ℃,加之有二次风补充燃烧剩余CO,在如此高温下可以使炉结难以集聚并不断有炉渣飞溅侵蚀已经形成的少量炉结,因此炉身中部、上部难以形成炉结,这使得侧吹炉可以处理物料成分更加复杂的二次含铅、铋、锌物料,这比鼓风炉具有巨大优势. 4.2 主要工艺参数及指标 侧吹富氧熔池熔炼技术处理含铅二次物料的主要工艺参数与指标:侧吹炉炉床面积3.6 m

2、床能力40 t/m

2、熔炼温度1 220~1

280 ℃、烟尘率20%~30%、渣率30%~40%、炉子作业率92%、富氧浓度72%~80%,粗铅含铅80%~85%、铋5%~8%、锑2%~3%、铜3%~4%.

5 结论 1)在热量保障方面需要根据物料的金属氧化形态控制氧的过剩系数、煤的配入比例,保障碳生成CO和CO2的比例,使热量平衡和金属还原性、造渣合理性方面达到一个动态最佳平衡点,这也是本工艺的重要技术关键点. 2)热支出主要是冷却水、蒸汽、炉渣带走的热量,其次是辐射损失,其中冷却水带走的热量占整个热量的30%以上,这是生产工艺主要改进方向. 3)因物料含水14%,水分的热消耗超过了整个热量的10%,生产过程中在保证物料扬尘可控和制粒要求的原则下尽量控制物料中的水分,原则上物料水分可以控制到8%以下,这可以通过合理的干湿物料搭配,晾晒、烘干等措施予以改进. 4)因二次物料成分复杂,杂质含量高,变化大,因此对配料要求高,生产过程中,掌握不好易形成炉缸炉结,易产生高温烟气烧损布袋,需要技术人员及时掌握并调节炉况. 参考文献 [1] 北京有色冶金设计研究总院. 重有色金属冶炼设计手册:铅锌铋卷[M]. 北京:冶金工业出版社,1996. [2] 北京有色冶金设计研究总院. 重有色金属冶炼设计手册铅:冶炼烟气收尘、通用工程、常用数据卷[M]. 北京:冶金工业出版社,1996. [3] 傅崇说. 有色冶金原理[M]. 北京:冶金工业出版社,2010. ........