白 樺

(長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410001)

我國(guó)鉛鋅渣連續(xù)煙化已有生產(chǎn)實(shí)例。廣西某冶煉廠的鉛系統(tǒng)采用富氧側(cè)吹氧化、富氧側(cè)吹還原、富氧側(cè)吹煙化三聯(lián)爐工藝，還原爐的熱渣連續(xù)流入富氧側(cè)吹煙化爐連續(xù)煙化。該富氧側(cè)吹煙化爐投產(chǎn)以來兩個(gè)主要生產(chǎn)指標(biāo)一直不理想，一是渣含鋅始終降不到常規(guī)期望值，二是煤耗偏高。

這兩個(gè)現(xiàn)象是同一個(gè)因素造成的。富氧側(cè)吹煙化爐煤粒是從爐頂加料口自由落到爐內(nèi)鉛鋅渣熔融體的表面，靠熔融體的翻騰將煤粒與熔融體混合。問題是煤的比重遠(yuǎn)低于鉛鋅渣熔融體的比重，盡管鉛鋅渣熔融體在高速(200～250 m/s)富氧空氣流的攪拌下激烈的翻騰，煤粒與鉛鋅渣熔融體的混合均勻程度遠(yuǎn)沒有想象的好，在熔融體中會(huì)形成一個(gè)從上到下煤的分布逐漸減少的趨勢(shì)，而我們希望的是大多數(shù)煤粒能被熔融體帶到風(fēng)口區(qū)。從而可以推斷出，從風(fēng)嘴噴出的富氧空氣中的氧與煤粒中的碳發(fā)生反應(yīng)生成的一氧化碳(還原劑)在鉛鋅渣熔融體內(nèi)也不均勻，會(huì)形成從下到上一氧化碳濃度逐漸遞增的趨勢(shì)，部分會(huì)很快的逸出熔融體表面進(jìn)入爐體的上部空間，完全沒有起到還原劑的作用。熱渣(或部分冷料)雖然同樣是加到爐內(nèi)熔融體的表面但隨著熔融體的翻騰會(huì)在短時(shí)間內(nèi)趨于均勻化，還可能存在下沉的傾向，因?yàn)樾碌臒嵩?或冷料)的比重比爐內(nèi)已揮發(fā)掉部分鉛鋅的熔融體的比重略大。

可以確定爐內(nèi)縱向面從下到上渣熔融體中含鉛鋅濃度是逐漸減小的，而一氧化碳濃度逐漸增加，這種相反的濃度梯度影響到渣中鉛鋅氧化物被一氧化碳還原的還原度。

傳統(tǒng)煙化爐是粉煤從風(fēng)口噴入爐內(nèi)，還原劑(粉煤和一氧化碳)在渣熔融體中的移動(dòng)軌跡是從下到上,隨著還原劑與渣熔融體中的鉛鋅氧化物的接觸將鉛鋅氧化物還原,濃度從下到上逐漸減小,最終逸出渣熔融體表面時(shí)煙氣中的還原劑濃度最低，說明還原劑被充分利用。

在經(jīng)過多次對(duì)各種工藝參數(shù)氧濃、煤量、溫度、煙氣中CO含量等的摸索試驗(yàn)之后，最終決定將富氧側(cè)吹煙化爐改成從風(fēng)口噴粉煤的傳統(tǒng)煙化爐形式。

江西銅業(yè)鉛鋅金屬有限公司鉛系統(tǒng)基夫塞特爐之后配了一臺(tái)18m2傳統(tǒng)煙化爐，該煙化爐是目前我國(guó)爐床橫斷面積最大的煙化爐，風(fēng)口區(qū)長(zhǎng)7.5 m，寬2.4 m，筆者曾應(yīng)該廠要求對(duì)該煙化爐放渣口進(jìn)行改造，并進(jìn)行連續(xù)煙化試驗(yàn)。

連續(xù)煙化試驗(yàn)的結(jié)果并不理想，除了實(shí)現(xiàn)蒸汽的連續(xù)供給，渣含鋅同樣偏高，該廠已恢復(fù)煙化爐間斷作業(yè)。

這兩個(gè)連續(xù)煙化生產(chǎn)的實(shí)例，說明了兩個(gè)問題。第一個(gè)實(shí)例說明，煤粒加到渣熔融體的表面靠熔融體自身的翻騰是混合不均勻的，期望熔融體的翻騰能將大多數(shù)煤粒送到風(fēng)口附近更是不可能；第二個(gè)實(shí)例說明，傳統(tǒng)煙化爐爐體結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)只適宜間斷操作工藝。

筆者多年前就著手開發(fā)設(shè)計(jì)連續(xù)煙化爐[1],當(dāng)時(shí)只專注于爐體結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)而未考慮煤粒在爐內(nèi)熔融體的行為及產(chǎn)生的效果。通過上述廣西某冶煉廠的生產(chǎn)實(shí)例，可以認(rèn)為在找到煤粒與熔融體能很好混合的方法之前，從風(fēng)口噴粉煤(或其它燃料)仍是最好的選擇。

分析上述2個(gè)生產(chǎn)實(shí)例，并參考《有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)》[2]、《有色金屬熔池熔煉》[3]，設(shè)計(jì)出產(chǎn)業(yè)化的連續(xù)煙化爐。

1 連續(xù)煙化爐設(shè)計(jì)原則

連續(xù)煙化爐的設(shè)計(jì)原則是：①粉煤從風(fēng)口噴入爐內(nèi)；②爐床為隧道式；③為100～120 kt/a鉛系統(tǒng)規(guī)模配套；④生產(chǎn)過程為還原爐熱渣連續(xù)流入煙化爐，考慮配加冷料；⑤生產(chǎn)過程中要求可不停爐更換風(fēng)嘴。

其中，設(shè)計(jì)原則⑤在傳統(tǒng)煙化爐間斷生產(chǎn)過中是不需要的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)煙化爐是加料、還原吹煉、放渣周期性作業(yè),如要更換風(fēng)嘴,可在放渣周期結(jié)束后進(jìn)行。連續(xù)煙化爐是連續(xù)加料、連續(xù)吹煉、連續(xù)放渣，風(fēng)嘴始終淹沒在厚渣層中，按傳統(tǒng)煙化爐風(fēng)口形式要更換風(fēng)嘴必須將爐內(nèi)的渣放掉，需要停爐。

2 爐子主要尺寸及結(jié)構(gòu)的確定

2.1 風(fēng)口區(qū)寬度(B床)

風(fēng)口區(qū)寬度設(shè)定為B床=1 100 mm。

風(fēng)口區(qū)寬度的設(shè)定是從兩方面考慮。首先連續(xù)煙化爐風(fēng)口為單邊錯(cuò)位布置(傳統(tǒng)煙化爐風(fēng)口為雙邊對(duì)吹布置)，風(fēng)口噴出的氣流能基本達(dá)到對(duì)面水套的內(nèi)側(cè)即可；其次風(fēng)口區(qū)爐床形狀應(yīng)設(shè)計(jì)成類似隧道窯結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)條形。

2.2 風(fēng)口區(qū)長(zhǎng)度(L床)

風(fēng)口區(qū)長(zhǎng)度為L(zhǎng)床=16 320 mm，由13塊水套排列而成。

風(fēng)口區(qū)長(zhǎng)度的確定原則，首要考慮的是滿足單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入爐子的料需要在爐內(nèi)停留的時(shí)間；其次應(yīng)是單個(gè)風(fēng)口水套寬度的整數(shù)倍(包含水套接縫寬度)。

2.3 風(fēng)口水套

風(fēng)口水套寬1 250 mm，高1 500 mm，厚150 mm。

每塊風(fēng)口水套上設(shè)置2個(gè)風(fēng)口，風(fēng)口中心距為620 mm，第1個(gè)風(fēng)口離水套側(cè)邊160 mm(或470 mm)。因?yàn)檫B續(xù)煙化爐風(fēng)口為錯(cuò)位布置，當(dāng)煙化爐一側(cè)是布置的第1個(gè)風(fēng)口離水套側(cè)邊160 mm的水套，其正對(duì)面就應(yīng)布置第1個(gè)風(fēng)口離水套側(cè)邊470 mm的水套，形成相對(duì)錯(cuò)位的風(fēng)口布局。

2.4 風(fēng)口座結(jié)構(gòu)

煙化過程是空氣和粉煤通過風(fēng)嘴噴入爐內(nèi)熔融的渣中，風(fēng)嘴是通過煙化爐風(fēng)口水套上的風(fēng)口座插入煙化爐內(nèi), 傳統(tǒng)煙化爐風(fēng)口座是由風(fēng)口法蘭與風(fēng)口套管構(gòu)成。風(fēng)嘴伸入爐內(nèi)的部分受到爐內(nèi)高溫熔融爐渣的侵蝕很容易損壞，操作不當(dāng)時(shí)爐內(nèi)的熔融爐渣會(huì)倒灌進(jìn)風(fēng)嘴，這都需要更換風(fēng)嘴。

為滿足設(shè)計(jì)原則⑤的要求,將風(fēng)口座設(shè)計(jì)成由帶氣封連接口的三通套管與帶自鎖件套管構(gòu)成的風(fēng)口座。當(dāng)要更換某個(gè)風(fēng)嘴時(shí)，將該風(fēng)口座氣封連接口三通套管上與壓縮空氣源相連的支管上的閥門打開，這時(shí)可以卸出風(fēng)嘴，壓縮空氣通過三通套管上風(fēng)口管鼓入爐內(nèi)阻止?fàn)t內(nèi)熔融體的倒灌。同時(shí)，當(dāng)風(fēng)嘴被卸出時(shí)帶自鎖件套管上的自鎖件會(huì)自鎖，使壓縮空氣只能噴入爐內(nèi)。

將備用的新風(fēng)嘴插入風(fēng)口座，自鎖件中的自鎖滾珠被風(fēng)嘴推開，啟動(dòng)新風(fēng)嘴后關(guān)閉與壓縮空氣源相連的支管上的閥門即完成一次風(fēng)嘴的更換。

2.5 上部水套

上部水套寬1 250 mm，高1 800 mm，厚150 mm。上部水套與風(fēng)口水套一樣寬、一樣厚，比風(fēng)口水套高300 mm，因?yàn)轱L(fēng)口水套較易損壞，一般設(shè)計(jì)矮些。在后段(排煙段) 第二層上部水套上開三次風(fēng)口。

2.6 端部水套

端部水套寬1 400 mm，高1 500(或1 800)mm，厚150 mm。

風(fēng)口水套層的端部水套高1 500 mm，上部水套層的端部水套高1 800 mm。

在前段上部水套層的端部水套(1 800 mm)中上部設(shè)熔渣注入口。在后段風(fēng)口水套層的端部水套(1 500 mm)開有放渣孔，放渣孔與端部水套外的壩式放渣池相連接。

2.7 爐頂水套

爐頂水套寬1 400 mm，長(zhǎng)1 250 mm，厚150 mm。

在加料口端的前兩塊爐頂水套上開有冷料加入口。

2.8 爐子的高度

爐子的高度沿風(fēng)口長(zhǎng)度方向分為兩段。前段(加料口端)高度由爐底水套層+風(fēng)口水套+一層上部水套+爐頂水套(內(nèi)空腔高度約3 300 mm), 前段長(zhǎng)由8塊水套連接而成；后段(排煙段)高度由爐底水套層+風(fēng)口水套+兩層上部水套(內(nèi)空腔高度約5 100 mm), 后段長(zhǎng)由5塊水套連接而成。

后段爐頂結(jié)構(gòu)有2種形式，一是在第2層上部水套上連接一段由膜式壁圍成的與其后余熱鍋爐連成一體的直段，直段高約2米；二是在第2層上部水套上再加一層煙口水套, 煙口水套上加爐頂水套。

2.9 爐底水套層

爐底水套層結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)煙化爐一樣，不再論述。

2.10 風(fēng)嘴

風(fēng)嘴與傳統(tǒng)煙化爐風(fēng)嘴結(jié)構(gòu)基本相同，只是因風(fēng)口座結(jié)構(gòu)的不同，連續(xù)煙化爐風(fēng)嘴其前部的噴嘴管要長(zhǎng)一些。

3 連續(xù)煙化爐的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

風(fēng)口區(qū)爐床形狀一定要是隧道式(長(zhǎng)條形)；風(fēng)口為單邊錯(cuò)位布置；可不停爐更換風(fēng)嘴；排煙口在后段的直升段上。

圖1是連續(xù)煙化爐示意圖，其中后段爐頂在第2層上部水套上再加一層煙口水套。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)單個(gè)鉛鋅冶煉廠的規(guī)模不斷加大, 鉛鋅渣

1—排煙口；2—三次風(fēng)口；3—上部水套；4—垻式放渣池；5—爐底水套層；6—一次風(fēng)口(風(fēng)口座與風(fēng)嘴)；7—風(fēng)口水套；8—端部水套；9—熱渣注入口；10—冷料加入口；11—爐頂水套；12—煙口水套圖1 連續(xù)煙化爐示意圖

的連續(xù)煙化會(huì)越來越為人們所接受。設(shè)計(jì)出一臺(tái)適用的連續(xù)煙化爐是實(shí)現(xiàn)鉛鋅渣連續(xù)煙化的前提，也是業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)者們應(yīng)該去努力的一個(gè)方向。