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指导教师：邹强老师,年处理10万吨铅精矿的顶吹熔炼炉,姓名：苏丽婷班级：冶金1026班学号：1000000147,本次设计的目的,1、全面应用已经学过的专业知识，熟悉有色冶金工艺及设备的计算过程与方法，初步学会怎样选择、应用、分析技术经济指标及各种技术参数，初步培养设计计算及查阅文献资料的能力。2、提高识图能力及绘图能力，初步锻炼编写设计说明书的能力；提高有关计算的能力。3、初步经受工程设计方法和独立工作能力的培养。,目录,第一章绪论第二章铅生产概述第三章铅冶金计算第四章铅环境保护,摘要,本次设计主要是年处理10万吨铅精矿的铅顶吹直接熔炼炉，通过对铅及其主要化合物的物理化学性质和用途的认识、铅生产方法的了解、铅直接熔炼原理及工艺流程的选择、计算熔炼炉炼铅的物料平衡与热平衡计算。对铅顶吹直接熔炼炉进行选择计算，根据计算出的尺寸对熔炼炉进行定型，通过尺寸定型画出熔炼炉的结构图。设计方案以技术新、效益高为原则，充分体现了先进、灵活、多功能的特点。关键词:铅顶吹直接熔炼炉、年产10万吨、工艺流程的选择、物料平衡与热平衡计算、尺寸定型、画结构图。,第一章绪论,在所有金属的冶炼中，铅冶炼一直是个难点。世界已查明的铅资源储量为150万吨，中国的铅储量为9万吨，在世界上居第二位。中国的铅产量接近世界的，居世界第一位。中国的铅消费也在增加，成为世界第二大消费国，仅次于美国。2003年中国的铅消费量为116.8210吨。随着铅工业的发展，中国铅冶炼的技术装备水平也在提高，但与国外相比仍有差距，主要体现在以下几个方面：、铅冶炼企业的规模较小；、技术装备相对落后；、再生资源利用率低；、环境污染比较严重；、技术经济指标偏低。目前，世界上以，硫化铅矿为原料铅，冶炼生产仍以烧结-还原熔炼工艺为主，其产量占世界铅产量的70%以上，密闭鼓风炉熔炼工艺约占10%,新炼铅工艺占10%-15%。中国铅冶炼的情况与上述情况大致相同，对矿产铅而言，烧结-还原熔炼工艺占65%，ISA工艺占12%，新工艺占23%。ISA工艺将铅精矿混合冶炼，一般铅锌比例为1:2，烧结烟气中SO2浓度为5%左右，可采用两转两吸接触制酸工艺回收其中的SO2，烟气可达标排放。中国采用的铅冶炼新工艺有氧气底吹技术、氧气顶吹技术和卡尔多法。这些方法的共同特点是取消了硫化铅的烧结脱硫过程，采用富氧熔炼脱硫，烟气SO2浓度可达到10%以上，均采用常规制酸工艺进行烟气处理，回收其中的SO2，尾气可达标排放。所不同的是氧气底吹和氧气顶吹技术仍需鼓风炉进行还原熔炼，卡尔多法可直接产出粗铅。现世界各国争相学习和接纳中国的炼铅新技术并取得了不俗的产量和效果。按工艺交流学习其氧气顶吹的鼓风炉直接熔炼，掌握其原理，对我们将来的发展有着重要作用。,第二章铅生产概述,铅从原矿开始，经过采矿和选矿，得到含铅45%70%的铅精矿，然后送入冶炼厂进行冶炼。目前世界上铅的冶炼方法有火法和湿法两种，主要以火法为主，湿法炼铅还未实现工业化。火法冶炼又可分为直接冶炼法和传统冶炼法。直接炼铅法直接冶炼法主要有以下几种：（1）基夫塞特法(Kivcet)炼铅（2）氧气底吹炼铅法（QSL）（3）水口山炼铅法（SKS)；（4）氧气顶吹炼铅法：传统炼铅法传统炼铅法主要为烧结鼓风炉熔炼法，而鼓风炉炼铅历史悠久，到19世纪已出现较大规模的生产，主要是将烧结块和焦炭从炉顶分层加入鼓风炉内进行还原熔炼。粗铅和炉渣从各自的放出口间断或连续放出。粗铅品位为96%98%，需进一步精炼。炉渣进行烟化处理，回收其中的锌、铅和其它有价金属后弃去。由于该法工艺简单、生产稳定、回收率高等优点，多年来被广泛采用，所生产的铅占世界铅产量的80%以上。,一、铅直接熔炼,金属硫化物精矿直接熔炼的特点之一是利用工业氧气,二是采用强化冶炼过程的现代冶金设备,从而使金属硫化物受控氧化熔炼在工业上应用成为可能。在铅精矿的直接熔炼中，根据原料主成分PbS的含量,按照PbS氧化发生的基本反应PbS+O2=Pb+SO2,控制氧的供给量与PbS的加入量的比例(简称为氧/料比),从而决定了金属硫化物受控氧化发生的程度。实际上,PbS氧化生成金属铅有两种主要途径：一是PbS直接氧化生成金属铅，较多发生在冶金反应器的炉膛空间内；二是PbS与PbO发生交互反应生成金属铅，较多发生在反应器熔池中。为使氧化熔炼过程尽可能脱除硫（包括溶解在金属铅中的硫），有更多的PbO生成是不可避免的，在操作上合理控制氧/料比就成为直接熔炼的关键。在理论上，可借助Pb-S-O系硫势氧势化学势图（图2-1）进行讨论。,二、铅直接熔炼的基本原理,在图4-1中，横坐标和纵坐标分别代表Pb-S-O系中的硫势和氧势，并用多相体系中硫的平衡分压和氧的平衡分压表示，其对数值分别为lgPs2和lgPo2.图中间一条黑实线（折线）将该体系分成上下两个稳定区（又称优势区）。上部PbO-PbSO4为熔盐，代表PbS氧化生成的烧结焙烧产物。在该区域，随着硫势或SO2势增大，烧结产物中的硫酸盐增多；图下部为Pb-PbS共晶物的稳定区，由于Pb和PbS的互溶度很大，因此在高温下溶解在金属铅中的S含量可在很大范围内变化。如图所示，在低氧势、高硫势条件下，金属铅相中的硫可达13%，甚至更高，这就形成了平衡于纵坐标的等硫量（S%)线。随着硫势降低，意味着粗铅中更多的硫被氧化生成SO2进入气相。在这里，用点实线（斜线）代表二氧化硫的等分压线（用PSO2表示）。等PSO2线表示在多相体系中存在的平衡反应1/2S2+O2=SO2.在一定PSO2下，体系中的氧势增大，则硫势降低。反之亦然。,三、铅直接熔炼工艺流程,铅精矿、熔剂、烟尘和含铅渣料等按配料比例充分混合并经制粒后由皮带运输机从炉顶加料口送入炉子,PbS氧化反应所需的氧气和空气及燃油通过喷枪直接以旋涡状喷射到熔池渣层中,并使熔池剧烈搅动。由于喷枪以漩涡状高速喷出气体,使炉料在高氧位的条件下和有限的空间内,进行气-固-液三相的充分接触和迅速反应,加速了冶炼过程的传热和传质速度,大大强化了炉内熔炼的氧化过程。氧气由氧气站供给,纯度为90%93%。操作温度一般控制在1050左右。熔炼过程中硫化铅和氧气反应生成氧化铅,硫化铅和氧化铅反应生成粗铅、富铅渣和高浓度SO2烟气。ISA熔炼炉产出的高浓度SO2烟气通过余热锅炉回收余热、收尘系统收尘后,送往硫酸车间制酸。整个反应释放出大量的热,加入的炉料被迅速加热熔化并完成冶金过程的反应,所生成粗铅从排铅口排出,采用圆盘铸锭机浇铸后送电解精炼。富铅渣由铸渣机铸成渣块,冷却后经重型槽式输送机送至鼓风炉车间进行还原熔炼。工艺流程如图1-1所示。,四、艾萨-鼓风炉还原熔炼工艺流程,主程序流程图如下图所示,五、铅直接熔炼中各主要组分的行为,铁的硫化物铜的硫化物硫化锌、硫化镉砷的硫化物锑的硫化物银的硫化物、金铋的硫化物,六、铅直接熔炼主要产物,粗铅在整个熔炼系统中，相对于还原熔炼所产粗铅而言，称其为一次粗铅。一般含：Pb94%-98%、Cu1%、S1%、As+Sb2%，还含有Ag、Au、Bi、Sn等有价元素。一次粗铅产率（或一次沉铅率）35%左右，随精矿铅品位的提高而提高。高铅渣相对于下步还原熔炼所产炉渣而言，称其为初渣。是熔炼系统中诸多金属氧化物的共熔体，主要成分为PbOZnOFeOFe2O3SiO2CaO，其含量占渣量的90%以上，另外还含有MgO、Al2O3及Cu、As、Sb、Bi、Cd等元素的氧化物。一般含：Pb38%-50%、Zn6%-10%、S1%、Fe8%-15%SiO27%-14%、CaO4%-10%。烟尘富氧底吹熔炼烟尘率（相当于铅精矿）一般15%左右，有时高达20%以上，相对而言，重复冶炼费用较高。系统烟尘（含余热锅炉尘、电收尘）成分：Pb60%-70%、S10%-15%、Zn1.5%-2.0%。通过烟尘输送系统返回圆盘制粒。烟气氧气顶吹熔炼烟气温度高，烟气量大，烟气热焓量高，含尘170g/Nm3（锅炉入口）.含SO2浓度（20%-25%），应当经过余热回收和收尘（含收砷）后，再送制酸系统。,七、铅直接熔炼主要设备结构,艾萨熔炼主体设备有艾萨炉、喷枪、余热锅炉、烧嘴、喷枪卷扬机等，辅助系统有供风、收尘、铸造、铸铅、制酸等外围系统。艾萨炉的炉体结构,艾萨炉喷枪喷枪是艾萨炉的核心技术。艾萨炉喷枪由三层同心圆管组成。最里层是测压管。第二层是柴油或粉煤的通道，通过控制燃料燃烧可快速调节炉温。最外层是富氧空气，供艾萨炉熔炼需要的氧。为使熔池允分搅动，喷枪末端设置有旋流导片，保证鼓风以一定的切向速度鼓人熔池，造成熔池上下翻腾的同时，整个熔体急速旋转，从而加速反应并减少对炉衬耐火材料的径向冲刷力。气体作旋向运动，同时强化气体对喷枪枪体的冷却作用，使高温熔池中喷溅的炉渣在喷枪末端外表面粘结、凝固为相对稳定的炉渣保护层延缓高温熔体对钢制喷枪的浸蚀，另外，呈旋流状喷出的反应气体对熔体产生的旋向作用强化了对熔体/炉料的混合搅拌作用，为熔池中气、固、液三相的传热传质创造了有利条件。,八、艾萨炉的熔体排放和艾萨熔炼操作要点,艾萨熔炼炉采用间断排放熔体。其优点是排液瞬时流量大，排液溜槽不易冻结，对熔体过热温度要求较低。渣线上下波动范围较大，炉衬磨损和腐蚀相对较分散，渣线区炉衬寿命较长。其缺点是需要设置泥炮，定期打孔、放液、堵孔；清理溜槽，操作较繁琐。熔体高度周期性上下波动，喷枪需要随时进行相应调整，需精心操作控制。艾萨熔炼操作分为点火烘炉和正常熔炼。、烘炉。、熔炼操作。、渣型控制。、喷枪的检查和更换。、保温烧嘴作业。、艾萨炉及余热锅炉的清理。,第三章冶金计算,物料平衡计算混合铅精矿的物相组成富氧顶吹物料计算加入成分和产出成分熔炼空气量的计算物料中理论耗氧量计算热平衡计算、燃料带入热、硫化物生成热、鼓风带入热、炉料带入热、粗铅带出热、渣带走热、烟气带走热、烟尘带走热、水分蒸发、分解吸热,艾萨熔炼炉的炉型计算鼓风机引风机（具体详见毕业设计说明书),第四章铅环境保护,一、铅冶炼的三废治理废渣的治理、烟尘、炉渣、铅阳极泥、浮渣废气的治理、熔炼烟气、烟化烟气废水的治理、冶炼废水、冷却废水、洗设备及冲地面废水,二、加强综合利用，提高企业效益,改进废水治理，提高水复用率在冶炼生产中产出的废水多样且量大，今后必须研制废水的处理新技术。特别是含重金属的废水治理新工艺，以提高废水处理水平。因此，今后一方面加强废水管理，如对废水分别集中时防止漏失，保护废水的容量；另一方面要提高治理作业的水平，严格监督制度。通过这些措施，将原来水的复用率70%-75%提高到80%-85%，以达到国家废水复用率的标准要求。注意铅的危害，提高防铅水平铅金属是一种毒性较高的物质，在生产铅的过程中，要高度注意其对人和环境的危害。如在铅生产作业中作业人员吸收高铅量时就会患急性中毒症，而吸入低铅量且时间较长就会患慢性中毒症，最终引起生命消亡。因此，在铅生产过程中，要选用先进工艺，设备系统要严格密闭化，防止铅泄露于作业场所中，或污染周边环境，以确保文明安全的生产，保证作业人员的健康。,总结,在大学的学习过程中，毕业设计是一个重要的环节，是我们步入社会参与实际建设的一次极好的演示。毕业设计是三年学习的总结和提高，和做科研开发工作一样，要有严谨求实的科学态度。毕业设计有一定的学术