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煉鉛用奧斯麥特爐特點及耐火材料內襯介紹
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煉鉛用奧斯麥特爐特點及耐火材料內襯介紹

發布時間:2022/7/11 16:16:59
奧斯麥特法熔煉技術被廣泛應用於各種金屬提取過程中,可以熔煉銅精礦產出銅鋶、直接熔煉硫化精鉛礦生產粗鉛、熔煉錫精礦生產錫,也可以處理冶煉廠的各種渣料及再生料等。奧斯麥特法是在熔池內的熔體—爐料—氣體之間造成強烈的攪拌與混合,大大強化熱量傳遞、質量傳遞和化學反應速率,以便在燃料需求和生產能力方麵產生較高的經濟效益。奧斯麥特法的噴槍豎直浸沒在熔渣層內,噴槍結構較為特殊,爐子尺寸比較緊湊,整體設備簡單。

奧斯麥特技術是在原有賽羅熔煉法和艾薩熔煉法的基礎上,進行了大量的應用性技術開發,特別是增加了噴槍外層套筒,使爐內所需二次燃燒風可以直接從同一支噴槍噴入爐內,使熔池上方的金屬蒸氣和未完全燃燒的碳質顆粒得以充分燃燒,並由激烈攪動的熔體將其吸收,較大幅度地提高爐內反應的熱效率,同時也改善了煙氣性質。

奧斯麥特爐結構是由爐殼、爐襯、爐底、爐牆、爐頂、噴槍、噴槍夾持架及升降裝置、加料裝置、上升煙道以及產品放出口等組成。上升煙道設計一是保證煙氣通暢,二是盡量防止黏結堵塞,而且確保發生黏結後容易清理。煙道的結構形式有傾斜式和垂直式。煙道內襯耐火材料,目的是使進入煙道的熔渣可自流回到爐內。傾斜式煙道黏結嚴重,而且不易清理。垂直式煙道是餘熱鍋爐受熱麵的一部分,這種形式的煙道內壁溫度低、煙塵易黏結,但黏結層易脫落,好清理。

奧斯麥特爐熔煉速度快,生產率高,建設投資少,生產費用低,原料適應性強,與已有設備配套靈活、方便,操作簡便,自動化程度高,燃料適應範圍廣,有良好的勞動衛生條件。但是爐壽命較短,噴槍保溫要用柴油或天然氣,價格較貴。

1、奧斯麥特煉鉛熔煉工藝流程
1)車間布置

車間布置如圖1所示。
圖片圖1注:煉鉛熔煉車間布置
2) 煉鉛熔煉工藝流程
煉鉛熔煉工藝流程如圖2所示。由圖2可知,在第一階段(熔煉),鉛精礦、鉛殘渣以及硫酸鉛殘渣混合二氧化矽以及石灰石一起添加到爐內。燃料煤、噴槍空氣、噴槍氧氣以及保護氣通過噴槍進行供給。所有階段的煙塵會在熔煉階段加入。

圖片圖2注:煉鉛熔煉工藝流程
鉛金屬以及含鉛40wt.%的殘渣會在這一階段產生,當金屬被階段性排除後,殘渣留作下一階段反應。當爐內殘渣容量達到上限時,給料會暫停。熔池會降低,起初通過添加鉛精礦與塊煤(還原1),隨後隻是添加塊煤(還原2)。在此兩個還原階段,殘渣中的氧化鉛含量減少形成鉛金屬,殘渣中的鉛含量在過程結束後會從40wt.%降至5wt.%。氧化還原段所加物料時段如圖3所示。

圖片圖3注:氧化還原段所加物料時段
2、奧斯麥特爐結構概況
奧斯麥特爐結構如圖4所示,分為三部分:底壁(包括爐床和排放口)、上壁和錐體。爐殼由鋼板軋成並根據設計尺寸焊接。頂部包括噴槍口、進料口、備用燒嘴口、取樣口和餘熱鍋爐口,如圖5所示。

圖片圖4注:奧斯麥特爐結構示意圖

圖片圖5注:奧斯麥特爐爐頂示意圖
所有的受熱麵都襯有耐火磚。爐床底部主要由高級粘土質耐火磚和搗打混合物組成。除了出渣口周圍區域,爐殼和椎體的整個外部表麵為由垂直套管焊接在表麵的水冷式。爐殼下部有一個出渣口和一個排鉛口,由雙層套管(非垂直套管)圍繞。爐體由格床結構支撐。
1) 排放口
奧爐熔煉過程產品可通過排放口排出。排放口可通過吹氧管或風鎬打開,要關閉排渣口可使用“泥塞”人工關閉或通過泥炮槍噴入粘土關閉排放口,包括金屬排放口,熔渣排放口。
奧爐使用的排放口含兩層(外部或內部)水冷銅擋板。排放口用於排出熔爐內的熔化物。排放口擋板冷卻係統在熔爐排放時對排放口擋板進行冷卻,如圖6所示。
降低排放口插入物被腐蝕的程度,保護水冷降低內部排放口擋板後的防火材料的磨損,並能在停止排放後冷卻熔化物,從而幫助排放口關閉。

圖片圖6注:奧斯麥特爐排放口示意圖
由於排放口擋板插入物承受的熱循環非常快同時被腐蝕嚴重,所以它是奧斯麥特爐磨損最快的部件之一。對排放口擋板插入物進行水冷能降低其磨損率,因此能降低更換它們的頻率。奧爐使用的插入物由加工過的石墨製成,並置於一個帶彈簧的楔形係統中。在熔爐關閉前或在“緊急排放”時,使用金屬排放口作為完全排放口將熔爐內的熔化物全部排出。
2)電熱前床
電熱前床是用於容納奧爐產出的含鉛5%左右的終渣,終渣經過渣溜槽流入20×3.162m?的電熱前床,電熱前床使鉛進一步沉澱後送入煙化爐進行鋅渣的煙化作業,設計渣高1.3m,沉澱出的鉛經鉛排放口排入鉛包,經鉛包吊運注入鉛鍋,渣排放口定期將渣放入煙化爐,煙化爐檢修時前床渣可通過水淬堆存,然後返回煙化爐。電熱前床通過三根石墨電極對熔渣進行保溫,電源引自鼓風機房10kV配電室,正常工作時基溫度的控製是通過控製伸入前床的電極和前床變壓器進行控製,三隻電極通過位於9米高的三隻卷揚機進行控製。
3)風冷底板
奧爐底部由支撐在格床上的鋼質底板組成。在熔爐設計和安裝時,為熔爐鋼質外殼受熱膨脹留有富裕量。底部通過爐床上安裝的一層耐火材料進行隔熱。風冷防止底板因持續受熱而發生變形。風冷由自然對流產生。敞開的格床便於底部空氣流通。因此需要特別注意的是底部不可覆蓋,密封或封閉,如圖7所示。

圖片圖7注:風冷底板示意圖
4)水冷外殼
熔爐內部使用耐火襯裏,同時外部外殼也需要進行冷卻, 以防止持續受熱而發生變形。這一低強度的冷卻方法並不會對由耐火襯裏傳出的熱量有太大影響,而隻能冷卻凝固外殼“熱麵”的一薄層爐渣並在耐火材料失效的情況下保護外部鋼質外殼,從而為安全停爐贏得時間。水冷外殼設計采用了並行水冷環路設計,因此在其中一個環路失效後水冷係統還能繼續運行,從而能在可控條件下安全停爐。
5)Ausmelt 噴槍
奧斯麥特噴槍結構如圖8所示,內部由四隻不鏽鋼同心套管組成。噴槍內部的燃料(粉煤)、混氧風,噴槍風,套筒風都會連接到屬於各自 的管道中,噴槍大體上可以分為兩個功能區:噴槍安裝板以上部分和噴槍安裝板以下部分。安裝板以上部分提供了工藝管道的連接,該部分對噴槍的提升和固定起著重要的作用。支撐板下部是插入到熔爐的同心管。噴槍全長20.86m,爐內長度低於12.6m。其中混氧風管最短,噴槍風管最長,套筒風管止於旋流器上方,粉煤管延伸至旋流器下方。

圖片圖8注:噴槍示意圖
6)保溫燒嘴
保溫燒嘴的作用有:一是新爐襯的烘烤和預熱;二是冷、熱爐的再熱;三是拆除噴槍後的保溫。爐子壓力總是維持在-250~50Pa(表壓),火焰形狀保持長而窄是非常重要的,因為如果火焰直接衝擊爐壁,則會導致爐襯的嚴重剝蝕。在到達爐膛前,長焰還可以得到充分的燃燒,減小浪費。燒嘴將使用輕柴油作為其主要燃料來源,使用空氣作為助燃物。在爐子升溫過程中,燒嘴必須以較大的助燃空氣流量和燃料流量以使爐子升溫,強度從小火流量升至升溫末期的最大流量,備用燒嘴的“標稱額定參數”確定應可將爐溫保持在1200℃,供應的熱量應足以補充爐子的總熱量損失。其中爐子的總熱量損失不包括廢氣排放帶走的熱量。
7)噴槍位置

圖片圖9注:噴槍位置示意圖
噴槍位置示意圖如圖 9 所示。
位置1為停靠位。噴槍完全從爐子裏縮回,噴槍內所有物料流停止,進行槍頭內部檢查。
位置2為尖端進入位。噴槍頭部位於噴槍口中。噴槍從位置2下降過程中,開啟外部空氣(噴槍風)以保證噴槍適當的冷卻。
位置3為清洗位,主要功能是移除相應噴槍管道中所有剩餘燃料和氧氣。
位置4為點火位。通入噴槍燃料,接著噴槍著火。在位置4,噴頭處在一個使用保溫燒嘴狀態。
位置5為保持位。噴槍使爐子維持在保持條件下的操作溫度。保溫燒嘴工作時,不允許把噴槍降至位置5以下。
位置6為噴濺位,是奧爐噴濺噴塗的最高位置,主要是為了使噴槍掛渣,以達到對其隔熱的目的,這樣會增加噴槍的使用壽命。
位置7為操作位,指噴槍的“操作位”,其包括位置6以下噴頭所處的所有位置,但一般不使噴槍到達距爐底150㎜處。
3、煉鉛奧斯麥特爐使用過程中存在的問題
1)噴槍使用壽命短且材料價格非常昂貴
奧斯麥特爐煉鉛是一種高溫強化冶煉過程,鉛具有腐蝕性,同時采用噴煤技術,加速縮短噴槍壽命。為解決該問題,噴槍使用的材料價格非常昂貴。
2)煙氣溫度較高
這使得煙氣逸出爐內時會攜帶大量煙塵,給尾氣淨化增加了負荷。
3)冶煉溫度高
爐子耐火材料消耗快,成本較高。
4、煉鉛奧斯麥特爐的發展趨勢
1)加強噴槍冷卻製度
通過噴槍冷卻,加速掛渣,從而利用渣層保護噴槍本體。
2)優化爐內結構
主要通過增設擋牆等措施來改變煙氣流動軌跡,進而充分利用慣性除塵,放大重力除塵的作用,以減少煙塵量。
3)引進濺渣護爐環節
充分利用渣層來保護爐襯。
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