（冶金工程专业论文）isf鼓风炉影响因素分析及相关数模的建立.pdf

摘要 分析、总结了中国铅、锌冶炼技术及可持续发展，介绍了密闭鼓风炉炼铅锌 技术在鼓风烧结、铅液冷却、节能、回收有价元素、自动化控制、配料顺序、备 料冷焦的运输及环保等方面的一些技术进展。并结合韶冶二系统的设计和生产实 践进行了论述。 基于密闭鼓风炉铅锌冶炼生产过程特点：物理化学反应十分复杂，操作条件 比较严格，入炉物料的配比要求也非常精确，是典型的复杂连续生产过程；论文 分析了炉内各带的温度变化：料预热带、再氧化带、还原带、炉渣熔化带；分析、 总结了影响鼓风炉生产的因素；鼓风制度( 富氧熔炼、预热鼓风熔炼) 、炉料的 性质对熔炼过程的影响( 烧结块、焦炭的性质及消耗) 、鼓风炉操作的影响因素 ( 鼓风炉系统、鼓风量与风温调节、炉前操作、冷凝分离系统、煤气洗涤系统、 电热前床) 。 炉料的软化点和软化区间是影响鼓风炉熔炼的关键因素，它是衡量烧结块质 量的一项比较综合的物理参数，可以用来考察烧结块在高温下的抗软化能力；而 粗锌产出直接关系到产能和效率的问题。基于上述分析、总结，结合鼓风炉的内 部因素，采集各种信息、加工和处理，选取烧结块软化点和鼓风炉粗锌生产，进 行多元线性回归分析，建立相关数学模型： 1 ) 烧结块软化点与成份的关系模型： t 3 = 1 5 7 4 2 5 1 s + 9 5 9 丰c a 0 s i 0 2 + 3 3 半f e s i 0 2 3 5 1 隼p b 2 ) i s f 密闭鼓风炉粗锌产出模型 w n = 一1 7 2 0 + 2 7 3 9 v 一3 3 6 2 k m + o 4 1 7 木t 3 2 6 6 9 目c a s 相关显著性r = 0 8 7 ，大于相关显著系数o 7 的要求，回归方程是显著的。 实际运行结果表明，各变量之间存在较显著的线性关系，与生产实践相吻合。 关键词：密闭鼓风炉，铅锌冶炼，数学模型 a b s t r a c t i nm i sp 印e r ，t 1 1 es m e l t i i l gt e c h n o l o g i e so fl e a da i l dz i n ca n d t 1 1 e i r s u b s t 础“d e v e l o p m e n t a r ea n a l y z e da n ds u m m a r i z e d ，廿l ed e v e l o p m e n t o fi ，s pt e c h n i q u ew h i c hi su s e di nb l a s ta g g l o m e r a t i o n ，1 e a dc 0 0 1 i n g ， e n e r g yc o n s e r v a t i o n ，v a l u a b l ee l e m e n tr e c y c l i n g ，a u t o m a t a ，a 山n e a s u r e s e q u e n c e ，仃a n s p 嘣a t i o no f c o l dc o k ea n de n v i r o n m e m a lp r o t e c t i o ni s i n t r o d u c e dh e r e t h ed e m o n s 仃a t i o ni m e 掣a t e st l l ed e s i g na i l dp r a c t i c ei n i is y s t e mo f s h a o g u a l l s m e l t e r i s p i s 也e 母p i c a lc o m p l e xa n d c o n t i n u o u sp m d u c t i o np r o c e s s b a s e do nt h ep e c u l i a r i t yo fi s ，p ：p h y s i c a lc l l e m i s t r yr e a c t i o ni s q u i t e c o m p l e x ，叩e r a t i o nc o n m t i o n i sc o m p a r a t i v e l y r i g i d ，协ec h a 玛i r 培r a t i o n n e e d st ob ee x a c _ t i t u d e t e r n p e r a t u r ev a r i e t y o fz o n e s访f h m a c e i n c l u d i n g ：w a 衄- u pc h a r 西n gz o n e ，r e o x i d a t i o nz o n e ，r e v i v i f i c a t i o n z o n e ，s l a gs m e l t i n gz o n e ， t h es o f tp o i ma n ds o rz o n ea r et 1 1 ek e y f - a c t o r s ，w h i c hh a v e a ne 丘b c t o nt 1 1 es m e l t i n go fi s pa 1 1 di ti sa c o n l p r e h e n s i v ep a r a m e t e r 印p r a i s i n gt h e q u a l 毋o f s i n t e r e da g 铲e g a t e t h ea n t i s o f l e na b i l i 够o f a g g r e g a t e sm a y b e i n v e s t i g a t l 蛆b y - ta tt l l eh i 曲t e m p e r a t l l r e t h eo u t p u to fc m d ez i n ci s c l o s e l yr e i a t e dt oo u 印u tc 印a c 时a n de 街c i e n c y 。b a s e do nm ea b o v e a n a l y s i sa i l ds 眦蛳鲥z a t i o n ，c o m b i n e dw i t hi i l i l e rf h c t o r so fi s p ， m a n y 2 i n f o r m a t i o ni sc o i l e c t e da n dp r o c e s s e d ，锄ds o 盘p o i n to fa g g r e g a t ea 1 1 d c m d ez i n c o u t p u t o fi s pa r ec h o s e n ，a n dt h er e l a t e dm o d e l sa r e e s t a b l i s h e d ： 1 ) r e l a t i o n s h i p m o d e lo fs o rp o i n ta n dc o m p 跚e n to fs m t e r e d a g g r e g a t e s ： t 3 = 1 5 7 4 2 5 1 + s + 9 5 9 + c a 0 s i 0 2 + 3 3 4 f e s i 0 2 3 5 1 8p b 2 ) o u t p u t m o d e lo fc r u d ez i n c p r o d u c t sb y i s f p r o c e s s w z 。= l - 7 2 0 + 2 7 3 9 v 二3 3 6 2 4 1 0 1 + o 4 1 7 + t 3 2 6 6 9 + a s 1 m er e l a t e ds 打i k i 董1 9i sr = o 8 7 ，w 1 1 i c hi s h i g h e r 廿l a n0 7 ，a n dt l l i s s h o w sm a tm e e q u a ：t i o ni ss t r i l ( i r 瑁。a n dm ep r a c t i c er e s u l ts h o w st h e y a r e v e 巧e 髓c t i v e t oc o n t r o la 1 1 dm o n i t o rt h ep r o d u c t i o n k e y w o i m s ：i s p ，p b - z ns m e l t i n g ，m o d e l 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在在论文中作了明确的说 明。 作者签名： 日期：趁2 叫月日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：! 盔垄笙导师签名邋日期：丛翌锥月 日 工程硕士学位论文第一章文献评述及本研究设想 第一章文献评述及本研究设想 1 ，1我国铅锌冶炼现状n 。4 1 1 1 1 铅冶炼现状 近年来我国铅冶炼工业有很大发展。2 0 0 2 年年产电铅1 3 2 5 万吨( 包 括再生铅回收) 。其中矿产铅1 2 2 8 万吨( 包括进口含铅物料) 。国产铅精矿 含铅6 4 ，l 万吨，再生铅9 7 万吨( 见表1 1 ) 。 表1 1我田铅产量( 万t ) 全国已建成铅冶炼厂4 0 0 多家，含国有企业6 6 家，集体企业2 0 0 多家，股 份制企业1 4 家，联营企业1 5 家，私营企业3 4 家，三资企业2 1 家和个体企业 1 9 家a 这些铅冶炼厂中，单一的粗铅冶炼厂、单一的电解精炼厂、既有粗炼又 有电解精炼的综合铅冶炼厂大体上各占三分之一。在铅冶炼厂中，年产粗铅1 0 万t 以上者仅一家，5 万吨以上的大型企业有8 家( 见表1 z ) 。 三塑堡主堂垡笙苎i 丘童苎堕塑堕墨查堕! 堕兰塑 表1 2 我四主要铝冶炼企韭锯产量( 万t ) 一 企业名称 1 9 9 51 9 9 6 1 9 9 71 9 9 8 1 9 9 92 0 0 0 2 0 0 l2 0 0 2 河南豫光金铅集团公司 2 1 84 1 5 o6 28 2 1 1 21 3 - 7 5 株洲冶炼厂 安阳豫北金属冶炼厂 中金岭南韶关冶炼厂 3 1 64 45 15 56 3 7 4t b r 目 水口山金属有限责任公司 2 6 93 34 34 3 5 o6 16 66 8 徐州春兴舍金有限公司 云南新立有色金属公司 老河口汉江有色金属公司 年产粗铅能力1 4 万吨的共计1 6 家。其余均为年产粗铅能力1 万吨以下。 我国铅冶炼工艺，2 0 0 2 年以前，除西北铅锌冶炼厂引进了德国鲁奇公司q s l 炼铅技术外，其余全部是烧结、鼓风炉熔炼和电解精炼。韶关冶炼厂、株洲冶 炼厂、河南豫光金铅集团及安阳豫北金属冶炼厂等采用烧结机烧结外，其余均 采用烧结锅或烧结盘进行烧结。冶炼烟气只有韶关冶炼厂( 铅锌混合精矿烧结， 用i s p 工艺生产铅锌) 采用单转单吸制酸外，河南豫光金铅集团及豫北金属冶炼 厂采用国内开发的非定态低浓度s 0 2 烟气转化技术制酸，株冶铅系统烟气引进 了托普索工艺制酸，其他铅冶炼厂的烟气都直接排放至大气。2 0 0 2 年矿产铅中 约5 0 6 0 万ts 0 。排入大气，严重污染环境。烧结机或烧结锅的操作及多段返 粉破碎，铅粉尘及s o 。的低空污染同样十分严重，劳动条件恶劣。 随着各国环保政策要求日益严格，对于满足环保要求，生产成本低廉的炼 铅新工艺的需求日益突出，在2 0 世纪8 0 9 0 年代，有关国家研究开发出几种 三翌堕主堂垡堡塞 笙= 童壅堕堡堕垄奎竺壅堡塑 新的炼铅工艺，已应用于工业生产。这就是众所周知的基夫赛特法、顶吹浸没 熔炼法( t s l 法) 、q s l 法、卡尔多法等。 1 1 2 锌冶炼现状1 近年来我国锌冶炼与铅冶炼一样产量迅速增长。1 9 9 0 年产锌为5 5 1 8 万t ， 1 9 9 5 年为1 0 7 6 7 万t ，2 0 0 2 年达到2 1 5 5 万t ，产量居世界第一位，同时锌的 出口量及消费量均居世界第一，是名符其实的锌的生产和消费大国。1 9 9 5 2 0 0 2 年我国锌产量，年均增长率达1 0 4 2 。 表l - 3我国主要锌企业锌产量及占全国锌产量 企业名称 1 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 2 葫芦岛锌厂 株洲冶炼厂 中金岭南韶关冶炼厂 白银公司 银荔集团龙城化工总 厂 水口山有限公司 云南驰宏有限公司 四川宏达有限公司 柳州锌品公司 柳州有色冶炼股份公 司 总计 全国总计 2 4 0 6 1 3 1 3 6 4 5 1 0 7 3 2 5 2 6 9 3 5 3 1 2 3 3 2 0 3 73 1 12 7 8 32 8 3 63 2 2 1 7 72 4 22 4 8 92 6 32 7 9 8 8 5“81 3 0 01 51 6 6 l o 81 2 11 3 0 71 4 21 4 2 3 33 34 56 3 0 83 44 1 256 ，2 5 15 45 66 3 3 34 o4 14 o9 6 3 23 33 64 1 2 8 7 2 8 2 1 6 9 1 4 7 8 9 7 7 6 o 2 4 9 4 4 8 2 2 1 2 6 7 1 7 0 1 3 5 8 9 6 9 6 3 6 7 4 2 3 6 9 - 4 8 6 4 19 8 z9 9 o l ：0 6 5 1 2 3 11 2 7 71 1 4 4 ；0 7 6：1 8 t 4 ：4 3 4 4 8 6 i 7 0 3 t 9 5 、7 ：0 3 7 2 t 5 5 点全里望芒量堑! ! ：! ! 坠：! ! ! ! ：塑! ! ：! i ! ：塑墼：! ! ：! ! i i ：1 2 我国锌冶炼工艺，以湿法冶炼为主，火法其次。据2 0 0 2 年统计全国锌产量 中，其中湿法炼锌占7 0 ，火法炼锌占3 0 。火法中竖罐法占1 8 ，i s p 法约占 9 5 ，其余约占2 5 ( 包括电热法、平罐、马槽炉、马鞍炉和四方炉) 。 我国开发利用的锌资源，以硫化矿为主，氧化矿由地方小厂处理一部分， 3 三矍堡主堂堡堡壅 篁二兰壅苎堡垄墨! 堕! i 兰! 垫 数量有限。云南兰坪的大型氧化锌矿，尚处于筹备开发阶段。厂坝铅锌矿上部 亦有锌含量5 2 0 的氧化矿，金属储量达2 6 万t ，未予开发利用。氧化锌 矿难于选矿富集，低品位氧化矿多通过回转窑挥发焙烧，得到品位较高的氧化 锌尘作为火法或湿法炼锌原料。氧化锌矿直接湿法冶炼，在云南建设了万t a 级电锌生产厂，处理含锌1 8 的氧化锌，仍可获得较好的经济效益。 我国锌产量6 0 以上集中在几家大中型冶炼企业见表1 3 。 这些企业的工艺、装备水平、生产指标，和世界同类企业不相上下，有的 处于世界先进水平。2 0 0 2 年这几家大型企业多数减产，致使其集中度降至5 3 。 我国万t a 级以上的锌冶炼厂共计2 5 家，与铜、铅、锑等冶炼厂相比，相 对较为集中。尽管锌冶炼的原料9 5 以上是硫化矿，硫化矿脱硫，除i s p 工艺 采用烧结外，其余几乎全部采用沸腾焙烧炉。沸腾炉焙烧多用微负压操作，车 间劳动条件较好，低空污染轻微。锌沸腾产出烟气s o 。含量波动在8 1 0 ， 可以满足双转双吸制酸要求，尾气能达标排放，硫的利用率高达9 5 ，是对 环境高空污染较轻微的金属。 1 2 密闭鼓风炉炼铅锌的技术进展 密闭鼓风炉炼铅锌( 简称i s p ) 技术于5 0 年代源于英国帝国熔炼公司，至 6 0 年代在世界范围内逐渐推广使用。该技术具有提高选冶综合回收率、对原料 的适应性强、能有效地利用能源、有效地综合回收有价元素、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，愈来愈多的国家已把它作为现 代有色冶金的主要生产手段。据统计，已先后在英、澳、德、日、罗、南、法、 意、波、中、印等国家发展起1 8 座密闭鼓风炉( 1 s f ) ，产出的锌铅量已超过世 界锌铅总量的1 2 。由于技术上的不断改进，单炉产能极大提高，原来产粗锌铅5 1 0 4 t 的标准炉，有的已达到1 2 1 0 5 t ，有的仅产粗锌就已超过1 1 0 5 t ，随着 三堡堡主堂垡堡茎 篁二童奎堕堡垄墨奎堡塑堡堡 铅锌企业的发展，该技术正在不断发展和目趋完善。 近年来各i s p 企业对i s p 技术都有所改进，并取得了一定的效果，其内 容是多方面的，在此，仅就其中的几个方面简述如下a 1 2 1 工艺过程方面 1 l2 1 1 鼓风烧结 为了提高烧结料中硫汞的利用率，减少其对环境的污染，目前，一些工s p 企业已将含硫、汞较低的烧结机头尾的通风排气返回烧结，作空气使用。通常这 部分气体中so2 浓度较低，仅o 3 2 ，含o2 2 0 9 6 左右。将这部分烟气返回烧 结机中部，可提高s o 2 浓度。为保证烧结的顺利进行，最好配入工业氧，使氧含 量达到2 l 以上，这样既可强化烧结过程，提高烧结块产量以及烧结脱硫能力与 烟气s 0 2 浓度，也有利于提高烧结块质量。中金岭南韶关冶炼厂( 以下简称“韶 冶”) 已将烧结机( 1 1 0 m 2 ) 头尾的通风排气6 0 0 0 0 m 3h 作为新鲜空气使用。并考 虑增加一个可供两个系统返回气体补充氧气的氧压站( 3 0 0 0 m 3h ) ，预计烧结机 脱硫强度可提高1 5 2 0 ，烧结成品烟气中的s 0 2 浓度将提高0 5 。在日本播 磨冶炼厂、八户冶炼厂和德国的杜依斯堡等厂已有这方面的经验。八户冶炼厂 在烧结机尾部烟气返回的2 # 、3 # 风机后加入2 0 m 3m in9 3 的氧气，烧结块产量 提高了5 ，烟气s o2 浓度也提高了o 5 。 1 2 1 2 铅液冷却 由鼓风炉冷凝器产出的含锌铅液，通过冷却溜槽降温后铅锌分离。传统的冷 却做法是采用水套式冷却溜槽冷却，其耐腐蚀性和冷却效果均较差。自7 0 年代 中期浸没水管式( 能提升的水冷却管组) 冷却溜槽问世以来，多数i s p 厂均已 改用该技术。近年来，在浇筑砼内衬的基础上，又加大壳体，改用耐火砖砌筑内 衬。浸没式与水套式冷却比较，有如下优点：( 1 ) 冷却面积大，占地面积小：( 2 ) 调 整冷却面积方便：( 3 ) 在生产过程中可对部分浸没式水管进行清理、检修和更 换；( 4 ) 准确控制铅液冷却温度：( 5 ) 寿命较长，可达1 0a 以上。韶冶二系统已应 用这一新技术。努瓦耶勒高道特厂原采用水套式冷却溜槽。该厂采用的是双 冷凝器，一台冷凝器有一条水套式冷却溜槽，只有1 9 2 m 2 的换热面积，每天只能 排出2 6 1 0 ”j 热量。随着生产能力的增长，每天生产2 5 0 t 粗锌，要求一条溜槽 工程硕士学位论文 第一章文献评述及本研究设想 每天能排除4 1 9 1 0 1 。j 热量，改用浸没式冷却溜槽后，仅一条溜槽的换热面积 增至4 7 m 2 ，就能满足全部含锌铅的冷却。另外，八户厂已将浸没式水管冷却改为 在冷却溜槽中以低熔点合金为冷却介质的冷却盘，通过这种冷却介质预热锅炉 供水，产生过热蒸气发电这一技术成果为铅液的冷却又提供了新的途径。 1 2 1 3 配料顺序的改进 i s p 原常规的配料顺序为“于精矿一杂料一熔剂一返粉”，制粒效果不够 理想，后来将顺序改为“返粉一杂料一熔剂一干精矿”，这样可使返粉作为制粒 的核心，其它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，提高了烧结机的脱硫能力和产块率，提高了烧结块的质 量。韶冶二系统采用改进后的配料顺序，取得了良好的效果。 1 2 1 。4 备料冷焦系统的突破 韶冶二系统与一系统相比，在冷焦系统的配置上，增加了焦炭仓厂房内的皮 带运输，仅用延长一条倾角约1 7 。的皮带代替了两台八轴筛、两台提升箕斗和 原有的一条皮带，这样，由于运转环节的简化，减少了筛分后焦炭的再粉碎，从而 有利于提高焦炭予热器的生产能力和热焦质量，进而达到了优化工艺过程、方便 操作管理和节约投资的目的。这对世界i 。s p 厂家来说都是独特的设计。 1 2 2 装备及自动化控制方面 随着电子技术的日新月异，各i s p 企业对生产工艺过程和企业管理的控 制采用了较先进的控制系统。韶冶二系统设计采用了以计算机技术为基础的可 编程序控制器( p l c ) 代替传统的继电器一接触器系统。计算机控制具有功能强、 性能好、可靠性高、操作方便等特点。鼓风炉上料采用以p l c 为核心的自控系 统，对8 个物料仓的闸门、振动给料机、振动筛、称量漏斗以及料罐运输车、加 料吊车、鼓风炉顶料钟和底料钟等进行监控和管理，使上料装置简化、灵活方便、 可靠性高，并配有d c s 计算机工作站及工业电视。另外，在烧结生产线上1 0 0 多 台设备也采用了上述类似系统。其他如热风炉阀门自动切换、电除尘除灰振打、 焦炭予热及煤气站上煤等则采用小型p e 组成的控制系统。考虑到料罐运输车和 加料吊车正反转换向频繁，要求调速平滑、低速稳定及停车准确，故采用了与烧 结机主传动相同的全数字晶闸管直流调速装置。所有具有降压启动要求的设各 三矍堡主堂垡笙奎 兰二童塞蔓塑笙墨奎堑! 堂一 均采用软启动器。对精馏和电解则分别由数据采集系统进行数据采集、监视和 管理。各系统设专用通讯口和计算机联网，形成主要生产过程以微机为基础的计 算机网络，以控制工艺过程，并进行能源和经营管理控制，为提高生产率、节约能 源和减少环境污染提供了有利条件。 1 23 节能与综合回收方面 1 2 3 1 节能 近年来能耗已成为中外冶金工作者极为关注的重要问题。随着能源价格上 涨和矿石品位下降，能源费用有继续提高的趋势。虽然i s p 技术在能源单耗方 面较其它冶炼技术低，但是各i s p 厂家仍在采取措施降低能耗，特别是在余热 利用方面取得了明显的效果。早在1 9 8 3 年，八户厂就利用i s f 炉气( 又称 l c v 煤气) 和循环铅冷却溜槽余热发电，两项合计可供全厂用电量的7 5 。 l c v 煤气的利用已达到1 0 0 9 6 ，其中5 3 3 用于供给热风炉，3 6 用于发电，约 6 7 用于焦炭予热器，4 用于精馏塔及附属炉。近年来，韶冶采用的几项节能措 施有：( 1 ) 将原来手动操作的考贝式热风炉( 套简烧咀) 改为蘑菇形球顶的霍戈文 式热风炉。这样加强了炉身上部的保温，延长了炉子寿命：( 2 ) 热风炉采用陶瓷 燃烧器代替套筒烧咀，使煤气燃烧更完全：( 3 ) 由于热风炉废气含有大量显热，故 在烟道中安装我国自行研究的分离式热管换热器，这样约可回收烟气余热 9 7 5 5 1 0 9 jh ：( 4 ) 实现了烟化炉和余热锅炉一体化的余热回收，产出中压蒸 汽并网发电，改变了过去烟化炉水冷水套余热浪费的状况；( 5 ) 锌精馏由于采用 了1 3 7 2 m 7 6 2 舢的大塔盘，使单塔生产能力提高2 5 以上，通过换热器结构的 改进，能耗比用小塔盘节约了8 1 0 ：( 6 ) 建立1 1 0 1 0 5 v 企业总降压变电站 和采用节能变压器等：( 7 ) 串用或循环用水，实现“废水零排放”：( 8 ) 建立微机管 理的能源科学管理机构：( 9 ) 利用l c v 煤气、炉渣及煤屑等二次能源发电，建 成有装机6 0 1 0 6 w 的机组三台，可满足全厂自用电一半以上：( 1 0 ) 采用新型 落地式点火炉，使用混合型烧咀并增加烧咀数量，设立引火烧咀，从而与以前相 比，节约了l o 1 5 的煤气：( 1 1 ) 对点火炉空气进行预热，即将烧结机中后部几 节大烟罩设计成夹套式，助燃空气鼓入夹套，高温烟气将其预热至2 0 0 以上 再送点火炉烧咀，此项措施每年可节约7 0 0 t 以上的标准煤。 1 2 3 2 有价元素的回收 三堡堡主堂堡垒茎 塑二童壅堕塑堕墨查堑壅塑 原料中有价元素的综合回收，实际上等于减少了矿山开采费用，节约资源。 回收率的提高可直接降低冶炼费用，节约能源。同时，也有利于改善或减少重金 属对环境的污染，与湿法炼锌相比，i s p 对锌精矿中金、银、锗等的回收率要 高。国外i s p 厂家对原料中的镉、铟回收率均接近9 0 ，银9 1 9 6 ，金9 4 ， 硫的利用率9 5 。韶冶对这些元素回收取得了很好的效果，对锗、汞的回收均有 独到的方法，如采用碘络合法从s o2 烟气中提汞，用真空蒸馏法从硬锌中提锗 并同时生产锌粉等。有关这方面的详细情况在此不作赘述。下面着重介绍精炼 系统中铟回收的情况。 铟的主要来源是闪锌矿。随着i s p 厂家对小矿山锌矿的使用量和矿源的 增加，物料中的稀有元素铟含量增加。在湿法炼锌中，威尔茨氧化物和铜镉渣通 常是生产铟的原料：在锌精炼系统中，铟主要富集于b # 锌中。当b 抖锌加入b # 塔时，约8 0 9 6 的铟富集于b # 塔产出的b # 锌中，约8 的铟分布在硬锌中，约6 的 铟分布在粗铅中：在铅电解精炼系统中，粗铅中铟量的约9 l 富集于熔铅锅的浮 渣中：当熔铅锅浮渣加入反射炉熔炼时，约5 0 的铟富集于反射炉炉渣，约2 8 的 铟富集在烟灰中。上述物料，诸如硬锌、b # 塔产粗铅、反射炉炉渣和烟灰都是 回收铟的原料。从反射炉烟灰中回收铟，韶冶已进行到了工业规模的试验，采用 的流程是溶解一沉淀一溶解一除杂一置换一熔铸一电解精炼一精铟。采用的设 备和原材料是普通的，无需特殊要求，工艺符合环保要求，从烟灰到粗铟，直收率 可达8 5 。对从硬锌、b # 塔产粗铅及反射炉炉渣中回收铟，韶冶目前也取得了 一定进展，其技术还有待进一步的研究试验。 1 2 4 环境保护方面 环保问题是全球共同关注的问题，许多国家制订了有关环保的法律。冶炼厂 作为“三废”排放的大户，环保问题一直被放在重要的位置，并积极进行综合治 理。不断寻求解决该问题的有效途径。近年来，各i s p 厂家也不例外地积极努 力，收到了良好效果。韶冶作为广东省环保先进单位，在环保方面大胆采用新工 艺新技术，取得了环境、经济和社会效益的协调统一。其比较突出的措施有：( 1 ) 将一部分水份较低的精矿直接进入一混，灵活地摆脱了干燥工序，减少了粉尘外 排和汞金属的散失所造成的污染：( 2 ) 将烧结机头尾烟气返回烧结系统，大大减 少了s 0 2 和hg 的外泄危害：( 3 ) 净化后的烟气采用碘络法吸收汞，避免了汞的 工程硕士学位论文 第一章文献评述及本研究设想 污染：( 4 ) 大胆采用串用或循环用水方案，使二系统用水重复率达8 6 以上，而且 还将原一系统的直流供水改为全闭路循环用水，使全厂耗水量下降了，废水排放 量也由原来一系统的4 0 0 0 m 3h 减少至两个系统共外排废水量2 0 0 0 m 3h ，这里 需要特别提到的是过去l c v 洗涤的泰圣机一直使用的是新水，现在韶冶已全 部使用循环水，效果亦不错，韶冶二系统投产后，两个系统的“三废”排放已实现 了“1 + 1 ( 1 ”的目标。目前全厂“废水零排放”工程正在实施中。通过以上措施， 该厂“十五”期间要达到的环保指标为：污染物排放总达标率1 0 0 ，废水零排放， 工业用水复用率 9 5 ，废气粉( 烟) 尘排放量为1 0 0 0 ta ，so2 排放量为2 7 0 0 t a ，s 0 2 排放浓度为3 0 0 1 0 一6 。 1 3 本研究设想 韶关冶炼厂是世界上屈指可数的大型鼓风炉炼锌厂，建有2 台l l o m 2 大型烧 结机，两台1 8 4 i n 2 的鼓风炉，全厂综合设计能力，铅加锌2 0 万t a ，2 0 0 2 年 实际产锌1 7 万t ，锌的总回收率达9 3 8 。采用了双转双吸制酸，硫的利用率 达9 0 5 。制酸尾气采用氨吸收，排放浓度 9 8 ) ，其中包含了金、银等贵金属。粗铅经电解而得到精铅 ( p b 9 9 9 9 5 ) ，炉渣送烟化炉处理，回收其中的有价金属。密闭鼓风炉还原产 生的锌蒸气，从炉子的上部进入铅雨冷凝器，经冷凝后得到粗锌( z n 9 8 ) ， 在经蒸馏精炼得到精锌( z n 9 9 9 9 5 ) 。密闭鼓风炉的废气经冷却、洗涤、升压 后送热风炉、电站做燃料使用。含硫的铅锌精矿在烧结过程中产生的s 0 2 烟气， 送入制酸系统生产硫酸。 盈 一破一 +占f 硕士学位论文第二章韶关冶炼厂密闭鼓风炉特点及影响因素分析 2 1 2 2 熔炼过程简介 i s p 的熔炼过程是采用i s f ( i m p e r i a ls m e l tf u r n a c e ) 做为熔炼炉， 具有同时炼铅锌的特点。炉体基本上与铅鼓风炉相同，但其炉顶部系用双层料 钟密封装置加料，以保持高温和防止炉气逸出。烧结块趁热加入，同时加入的 焦炭也必须预热到1 0 7 3 k 。炉顶还设置若干炉顶风口，以便鼓入热风使炉气中 的c o 部分燃烧，确保离开炉顶时的炉气温度不低于1 2 7 3 k 。高温密封炉顶的这 些措施避免了锌蒸气在炉内冷凝和氧化。离开炉顶进入冷凝器时的炉气成分为 z n 6 、c o 。1 0 、c 0 2 0 ，其余为n 。用锌液飞溅冷凝器不可能从这种含大量二氧 化碳的低锌炉气中将锌冷凝下来，必须采用铅雨冷凝器。 铅雨冷凝器系因铅具有蒸气压低、熔点低，对锌的溶解度随温度的变化大， 以及热容大等特点，给炉气急冷创造了良好的条件。在盛有液态铅的冷凝池中， 铅液被迅速转动的转子叶片扬起形成铅雨，不仅将炉气急剧冷却，也将冷凝的 锌捕集，溶解形成铅锌合金，防止锌被c o 。氧化生成z n o ，因此用铅雨冷凝更优 越。在冷凝器的炉气入口端，温度为9 0 0 k ，约含z n 2 2 6 ( 未饱和) 的铅液被 泵抽出送到冷却流槽，通过冷却，分离，变为7 1 0 k 含z n 2 0 2 的铅再次返回冷 凝器内。 鼓风炉炼锌同鼓风炉炼铅相比，还原过程要求供给化学反应更多的热量， 因为铅的还原反应为放热反应，而锌还原反应是吸热反应。还要求比铅鼓风炉 有更强的还原气氛。i s p 仿照高炉炼铁的办法，用含c 0 的炉气来预热鼓风，使 鼓风温度提高到1 0 0 0 k 以上，甚至高达1 2 7 3 k ，使得这一矛盾得到较理想的解 决。 i s f ( i m p e r i a ls m e l tf u r n a c e ) 熔炼炉与高炉相比有一个显著的特征是， 它是在一个密闭的炉子里完成金属的还原反应，并且可以同时还原两种主要的 金属铅和锌。i s f 系统框图如图2 2 所示。直升烟道俗称为方箱，方箱内的压 力在料钟加料时其压力是否回零的这种现象可作为判断炉喉是否结瘤的一个标 志。炉内是否有炉结更多是从生产现象中去分析判断。当炉内炉结生长到一定 程度后，生产会呈现如下征兆：炉料下行受阻，易出现偏料，炉气分布不均匀， 气流速度增大，铅和硫的挥发率增加，随炉气带出的粉料增加，引起冷凝器浮 渣量增多；大块炉结在炉内产生很大的应力，使炉体受到破坏，如炉壳破裂， 硕士学位论文第二章韶关冶炼厂密闭鼓风炉特点及影响因素分析 炉身上移等现象。生产过程中出现这种现象时，需休风停炉处理炉结，这是密 闭鼓风炉冶炼铅锌的缺点之一。 i s p 工艺最终的目的是还原出一定质量的铅、锌，而熔炼过程最终产品是 粗铅和粗锌，只有熔炼过程顺利进行，才能保证一定产量的粗铅、粗锌和较高 的技术经济指标。因此，熔炼过程是否顺利进行，是能否提高i s f 生产水平的 关键所在。密闭鼓风炉熔炼工艺流程图如图2 3 所示。 田2 2i s f 系统熔炼设备连接框圈 硕士学位论文第二章韶关冶炼厂密闭鼓风炉特点及影响因素分析 i 皇垫煎盎j 厂1 煌渣盟 图2 3 密闭鼓风炉熔炼工艺流程图 铅锌密闭鼓风炉熔炼是用冶金焦碳作为还原剂的还原过程，它和铅鼓风炉 熔炼相似，又与炼铁高炉相似。为了使炉料中的锌尽量被还原又防止炉料中 的铁被还原金属铁，造成炉缸积铁和放渣困难，整个熔炼过程中控制的还原气 氛比炼铅鼓风炉强，比炼铁高炉弱，即炉料中的铁最终只能被还原成氧化亚铁， 使其进入炉渣。 炉料中的氧化锌有4 0 是在固体中被还原，而6 0 是在液态炉渣中被还原。 因此，炉料中氧化锌被还原的程度，最终取决于炉渣中氧化锌被还原的程度。 炉料在密闭鼓风炉内熔炼过程中从上向下移动，产生一系列复杂的物理化 学变化，为了叙述方便，可按炉子高度大致分成四个带，炉内各带的温度变化如 图2 4 所示。 1 ) 料预热带 1 7 卤盖 硕士学位论文第二章韶关冶炼厂密闭鼓风炉特点理墅堕因i ! ! 逝 在风口水平面往上5 、6 米处，是炉料的最上层。温度为4 0 0 左右的烧结块 加入炉内后，在此带大量吸收炉气中的热量，被迅速加热，而从料面逸出的炉 气温度为8 0 0 9 0 0 。炉气中的锌可发生再氧化反应而放出热量：烧结块中的 p b o 开始还原，放出部分热量。所以，加热炉料所需要的热量主要来自炉气的 显热，锌蒸气在氧化和p b o 还原放出的热。为了保证进入冷凝器的含锌炉气具 有高于锌蒸气再氧化平衡温度2 0 左右的温度，炉顶鼓入二次风，使得炉气中 的c o 燃烧，放出热量，以补偿加热炉料所消耗的热量。此带温度在8 0 0 1 0 0 0 范围，如果烧结块高温软化点t 。低于1 0 0 0 时，此带将会形成大量的由烧结 块包裹焦炭的炉结。 2 )再氧化带 在风口水平面上4 1 5 m 处，炉料与炉气的温度相近。炉料从炉气中吸收热量 后，进行碳的氧化，炉气中的部分蒸气也被氧化而放出热量，温度几乎不变， 在1 0 0 0 左右。 在氧化带，炉料中的氧化铅大量被还原。p b s o 。被c o 还原成 p b s 。p b s 与锌蒸气发生硫化反应，生成硫化锌和铅，此硫化锌部分沉积在炉壁 上，助长炉身炉结的形成：一部分随固体物料下至高温带。如果烧结块含硫高， 此带的炉身炉壁将会形成大量的硫化物炉结。 3 )还原带 在风口区水平面往上1 4 m 处的温度为1 0 0 0 1 2 5 0 ，是炉料中的氧化锌与 炉气中的c o 和c o 。保持平衡的区域。炉料中的z n 0 大量被c 0 还原，炉气中的锌 的含量达到最大值：少量的c 0 2 被固体碳还原，此两个反应吸热，所需的热量由 炉气来提供，炉气通过此带后，温图降低3 0 0 左右。希望z n o 在此带以固态 还原愈多愈好，因为通过此带的炉料将熔化造渣，z n o 会熔解于渣中，这使z n o 的还原变得更加困难，致使渣含锌增加。z n o 能否以固态尽量被还原，主要取 决于炉渣的熔点。部分硫化锌随固体物料下至此带也会在炉壁上沉积，助长炉 身炉结的形成。 4 ) 炉渣熔化带 在风口水平面以上1 m 处的温度为1 2 5 0 。主要进行焦碳的燃烧，熔于熔 渣中的z n o 的还原和脉石成份的造渣等过程。约有6 0 的z n 0 在此带从液态炉 渣中被还原。 硕士学位论文第二章韶关冶炼厂密闭鼓风炉特点及影响因素分析 z n 0 的还原和炉渣的熔化需要消耗大量的热量，这些热量主要依靠焦碳的 燃烧和热风供给。在风口区造成1 4 0 0 的高温来保证炉渣熔化和过热，炉渣中 的z n o 在此带被迅速还原。鼓入热风可以使过程获得高温和合适的还原气氛。 此带的炉结的多少与物料含硫有关外，还与炉子的结构和风口的插入深度 有关。 1 5 0l 0 1 2 5 01 5 0 01 7 5 0最度 图2 4 炉内各带的温度变化图 2 2 影响鼓风炉生产的因素 2 2 1 鼓风制度 锌鼓风炉粗锌产量通常按下式表示。式中v 一底部风口鼓风量，c z n 一 炭锌比，v c 风炭比及p 一炉子利用率。 z n 1 0 0 0 = ( v t 7 2 0 ) ( c z n v c ) 从上式可以看出，鼓风炉粗锌产出量与底部风口鼓风量、炉子利用率( 即 送风率) 、风炭比和炭锌比有关e 鼓风炉粗锌产出量与底部风口鼓风量、炉子利 1 9 堡主堂堡笙塞 茎三童塑羞堕笙 查塑墼垦塑鲎盛垒墅堕垦耋坌堑 用率( 即送风率) 成正比，与风炭比、炭锌比成反比。对于鼓风炉来说，风炭 比是一个常数。因此，要想提高鼓风炉产量必须要提高底部风口鼓风量、炉子 利用率( 即送风率) 和降低炭锌比。对一定结构的鼓风炉额定风有明确上限， 所以，对一定结构的鼓风炉，提高炉子利用率( 即送风率) 和降低炭锌比是提 高其生产水平的重要因素。 要保持鼓风炉正常作业，对一定结构的鼓风炉和炉料必须选择额定风量。 如果鼓风量控制过小，焦炭的大部分会燃烧成c o ，结果急剧地降低热的收入及 生产率，同时引起炉缸中部形成“龙骨”。反之，鼓风量控制超过额定风量时， 最初虽因燃烧所产生c o 。量增加，而提高生产率并获得温度较高的炉渣，但是 若不及时调整，降低风量，发展下去，就会使焦点区上移而影响炉况。 2 2 1 1 预热鼓风熔炼 比较反应：2 c + o 。= 2 c 0 和反应：c + 0 2 = c 0 ：的热效应可以看出，鼓风炉炼锌应 尽可能从反应c c 0 z 获得热量，以降低焦炭的消耗。但是炉渣中的z n o 还原又 需要炉气中有较高的c o 的浓度，就希望提高炉料的炭锌比。这样不仅消耗更多 的焦炭，也要防止f e o 还原所不允许的。这一矛盾的解决有赖于生产实践中不 断总结，确定适当的炭锌比与鼓风量。预热鼓风是解决鼓风炉炼锌这一矛盾的 重要措旌，也是提高鼓风炉产量的手段之一。 随着工厂废热的综合利用、热风炉结构改进和热风炉自动切换装置的实施， 为高预热风温熔炼创造了有利的条件。研究和实践表明，采用高温预热鼓风熔 炼时，由于预热空气带入炉内的物理显热的增加，使反应物质的活性增加，熔 炼过程进一步强化，同时产物的过热程度增大，炭锌比降低，吨热焦产量得到 提高。 国外某厂预热鼓风熔炼结果如图2 5 和2 6 所示。 硕士学位论文第二章韶关冶炼厂密闭鼓风炉特点及影响因素分析 吨焦炭( 热) 犬 图2 5 不同预热鼓风温度的焦炭消耗量 广量( t ) 热焦炭( t ) 图2 6 预热鼓风温度与吨燕焦产量的关系 从结果表明，预热鼓风温度升高1 0 0 ，焦炭消耗约减少4 ，每吨热焦炭 增加产量约5 ，这一结果已得到理论上证实。目前国外许多先进的i s p 厂家预 热鼓风温度已达到9 5 0 以上。 2 掣列区壤 恻嘣区 硕士学位论文第二焉! 塑差迨鉴 童围墼墨生塑盛垦墅堕里壅坌堑 表2 2 一些国外i s p 厂拳实际预热鼓风温度 2 2 1 2 富氧熔炼 有些i s p 厂的锌鼓风炉生产己采用了富氧鼓风试验，它具有下列优点：( 1 ) 富氧鼓风中氧的分压( p o z ) 大，所以燃料燃烧的反应速度加快，强化了熔炼过 程，提高了炉子生产率：( 2 ) 由于风口区焦炭燃烧速度加快，因而获得高更为 集中的焦点区，这样熔体得到了充分的过热；( 3 ) 由于焦点高度集中，料面温 度降低，烟尘率也减少。 但是富氧鼓风熔炼也存在如下缺点：( 1 ) 要采用相对低的预热鼓风温度操 作，避免黄渣的大量产生和风嘴冷却问题；( 2 ) 热风压力上升。这些问题有待 进一步进行生产实践，并作出技术上的评价。 2 2 2 炉料的性质对熔炼过程的影晌 鼓风炉主要的炉料有烧结块、焦炭。另外有兰粉及其它杂料压制的团块、 熔剂浮渣、块状炉结等，它们的质量好坏直接关系到炉子的生产率，冷凝分离 效率和其它技术经济指标。 2 2 2 1 烧结块 这是炼锌鼓风炉料的主要组成部分。其质量的好坏直接影响到炉子的生产 率及铅、锌直收率。对烧结块有下列严格的要求： ( 1 ) 具有相当大的热强度和机械强度，以免在输送及入炉过程中压碎，保 ， 硕士学位论文第二章霹羞冶龌 堕圆壁垦塑壁生垄墅堕里室坌堑 证固体炉料与炉气之间有充分的接触时间； ( 2 ) 具有良好的孔隙度，以保证炉内有良好的透气性。烧结块孔隙度大于 2 0 ： ( 3 ) 烧结块要具有均匀的化学成份，铅含量不大于2 2 ，硫含量小于1 ， 烧结块中造渣成份符合于选定的熔炼渣型：其次，烧结块中的砷应小于0 4 ， 避免大量的砷进入冷凝器与锌形成高熔点的物质z n 3 a s ：、z n 3 a s 并伴随着高熔点 的杂质金属c u 、f e 、b i 等随温度的变化分别在浸没式冷却流槽、分离槽中析出， 形成“牙膏状”的渣物，恶化冷凝分离系统，降低锌产出； ( 4 ) 热烧结块应采取良好的保温措施，保证入炉烧结块熔炼有较高的温度， 以减少焦炭消耗，提高炉顶温度，减少入炉水份和强化熔炼过程； ( 5 ) 具有较高的软化点。炉料的软化开始温度和软化终了温度是炉料的物 理化学性能的一个关键参数，它影响鼓风炉内软熔带的分布和鼓风炉的炉况。 烧结块具有较高的软化点，可避免在到达风口区前过早软化，有利于还原炉料 中的锌。如果烧结块的软化点偏低，进入鼓风炉后会在鼓风炉炉身上部软化， 会引起鼓风炉的上部结瘤，减少了炉身的有效横截面积，缩短了鼓风炉的运行 周期，影响鼓风炉的生产水平，严重时会造成鼓风炉的偏料、悬料以及无法运 转；软化区间过大，会使软熔带上移和加厚，使透气性变坏，使炉压升高，影 响鼓风量，影响鼓风炉的产量。 ( 6