三連爐工藝技術(shù)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應用

李小兵， 張 立， 李偉偉

(濟源市萬洋冶煉(集團)有限公司, 河南 濟源 454691)

三連爐工藝技術(shù)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應用

李小兵， 張 立， 李偉偉

(濟源市萬洋冶煉(集團)有限公司, 河南 濟源 454691)

介紹了濟源市萬洋冶煉(集團)有限公司三連爐直接煉鉛工藝的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應用，分析了該煉鉛法的特點及優(yōu)勢。實踐表明，三連爐工藝生產(chǎn)效率高，節(jié)能效果好，是目前國內(nèi)鉛冶煉最佳組合方式，具有廣闊的推廣前景。

三連爐； 高鉛渣； 側(cè)吹還原爐

底吹爐加鼓風爐工藝已在國內(nèi)鉛冶煉行業(yè)普及應用，雖然相對于過去燒結(jié)加鼓風爐工藝，其節(jié)能降耗優(yōu)勢明顯，但是此工藝只改變了氧化方式，鉛的還原熔煉仍采用落后的鼓風爐，存在著很大的缺陷。近年來我國的直接煉鉛技術(shù)不斷出現(xiàn)，呈現(xiàn)出各自的特點和優(yōu)勢。濟源市萬洋冶煉(集團)有限公司響應國家節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)政策，2009年開發(fā)了熔煉效率高、環(huán)保效果好的三連爐直接煉鉛工藝，淘汰了能耗高環(huán)保差的鼓風爐，為我國鉛冶煉行業(yè)發(fā)展提供了可借鑒的經(jīng)驗。

1 新舊兩種煉鉛工藝對比

萬洋公司有兩套鉛冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)，舊的工藝流程為底吹爐—鼓風爐—電熱前床—渣包—煙化爐，新的工藝流程為底吹爐—側(cè)吹爐—煙化爐。兩種工藝流程見圖1、圖2。

圖1 底吹爐—鼓風爐—電熱前床—渣包—煙化爐工藝流程

圖2 三連爐工藝流程

對比圖1、圖2可以看出，在三連爐流程中，原流程中底吹爐和煙化爐之間的鑄渣機、上料皮帶、鼓風爐、電熱前床、渣包、吊運系統(tǒng)全部取消，只用一臺側(cè)吹還原爐替代。三個爐子緊密布置，流程短，過程連續(xù)化，全部熱渣直流。

三連爐流程，設(shè)備布置緊密，減少了設(shè)備占地，避免了無組織排放，環(huán)保狀況得到改善；取消了渣包吊運，提高了生產(chǎn)安全系數(shù)；簡化了作業(yè)流程，操作簡單，生產(chǎn)效率大幅度提高，真正實現(xiàn)了鉛冶煉的綠色生產(chǎn)[1]。

2 三連爐的作業(yè)制度

三連爐采用間斷作業(yè)，每臺爐子作業(yè)周期100～120 min，每天爐子可完成12～14個循環(huán)周期。

來自原料車間的鉛精礦、輔料經(jīng)過皮帶配料輸送到底吹爐，在爐內(nèi)經(jīng)過反應實現(xiàn)渣鉛分離，加料過程60～70 min，之后進行放渣操作，高鉛渣直接經(jīng)溜槽流入側(cè)吹還原爐，放渣時間40～50 min。底吹爐作業(yè)周期時間100～120 min。

底吹爐放渣期即為側(cè)吹爐進渣期，也稱為提溫期，然后進入還原期，時間為40 min，渣含鉛降至2%以下，這部分含鋅爐渣進入煙化爐，放渣時間20～30 min。側(cè)吹爐一個作業(yè)周期100～120 min。

側(cè)吹爐放渣期即為煙化爐進渣期，然后進入煙化爐吹煉期，時間為60 min，吹煉結(jié)束，渣含鋅降至2%以下，這部分熔渣排放水淬，放渣過程20～30 min。煙化爐一個作業(yè)周期100～120 min。

底吹爐、側(cè)吹爐、煙化爐每個爐子的作業(yè)周期都為100～120 min，三連爐一個生產(chǎn)周期240～280 min。側(cè)吹還原爐還原30 min即可使渣含鉛降至2%以下，有充足的時間調(diào)配底吹爐和煙化爐的生產(chǎn)。每個爐子都有備用系統(tǒng)，如果側(cè)吹還原爐發(fā)生事故，高鉛渣可流至鑄渣機或事故池；如果煙化爐出現(xiàn)故障，還原爐渣可流至事故池或沖渣池。

3 底吹氧化+側(cè)吹還原的特點

3.1 底吹氧化熔煉

氧氣底吹煉鉛法開發(fā)始于1983年，其采用高氧濃富氧空氣，無需燃料，可實現(xiàn)自熱熔煉，充分利用了硫化鉛精礦在底吹爐中的氧化熱。該工藝用底吹爐取代傳統(tǒng)煉鉛工藝的燒結(jié)機，取消了燒結(jié)和返粉破碎工序，避免了鉛揚塵污染；由于底吹爐煙氣SO2濃度高，利于制酸，硫的回收率高；底吹爐產(chǎn)出部分粗鉛捕銀，銀的回收率較高；原料適用性強，不需要對原料進行干燥處理。底吹爐熔煉氧槍插在底鉛里，部分鉛被氧化為氧化鉛，其與加入的硫化鉛進行交互反應，強化了氧化反應過程，更重要的是避免了泡沫渣的形成，從而使生產(chǎn)更穩(wěn)定安全。

氧氣底吹煉鉛法解決了傳統(tǒng)燒結(jié)機工藝的高污染和高能耗問題，與Kaldo法、QSL法、Kivcet法、頂吹法(Ausmelt、ISA)相比，該技術(shù)在國內(nèi)的應用更為廣泛。自2002年第一家應用氧氣底吹爐煉鉛法的工廠建成投產(chǎn)以來，采用該技術(shù)的工廠已達到30余家，設(shè)計產(chǎn)能超過250萬t/a[2]。

3.2 側(cè)吹還原熔煉

氧氣側(cè)吹熔池熔煉煉鉛技術(shù)源于前蘇聯(lián)開發(fā)的瓦紐科夫熔池熔煉爐(屬側(cè)吹爐)，2001年河南新鄉(xiāng)中聯(lián)總公司率先將該技術(shù)引入國內(nèi)并建造了1.5 m2試驗爐。通過多次優(yōu)化摸索、試驗改進，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的氧氣側(cè)吹爐，并于2003年7月獲得國家專利。

氧化段底吹爐產(chǎn)出的高鉛渣通過溜槽流入側(cè)吹爐，從側(cè)吹爐的上部加入煤和石灰石，一次風口從兩側(cè)鼓入富氧空氣進行強烈攪拌，氣—液—固之間的物理化學反應達到或接近熱力學平衡狀態(tài)，還原熔煉過程得到強化。一次風形成的攪拌促使生成的鉛滴相互碰撞聚合下沉到爐子下部，與爐渣分離。

該技術(shù)突破了傳統(tǒng)的粉煤、各種氣體燃料作還原劑模式，簡化了還原劑的種類。經(jīng)多次探索，液態(tài)渣還原僅用煤作為還原劑和發(fā)熱劑取得成功。碎煤價格低廉，制備簡單，容易定量控制，還原能力強，易于運輸。故建廠不受燃氣條件限制。

氧氣側(cè)吹還原爐床能率高，占地面積小，無需沉降區(qū)，年產(chǎn)10萬t鉛系統(tǒng)還原爐僅為8.4 m2。設(shè)備運行率高，采用銅水套和銅風嘴，整體爐壽命長，目前三連爐運行已達兩年以上。風口模塊化組合，便于更換，可靈活起用和關(guān)閉，能夠方便處理異常問題[3-4]。

3.3 新型煙化爐

傳統(tǒng)煙化爐為全水套，包括爐底。新型煙化爐爐底取消水套，改為耐火材料爐缸，其特點如下：

(1)爐子熱損失少，降低了燃料的消耗，避免熔渣沖刷導致爐底水套漏水，壽命長(至少達一年)；安全可靠，檢修次數(shù)少。

(2)煙化爐揮發(fā)熔煉初期不提溫，控制較低的還原氣氛，降低了燃料消耗；煙化后期提溫，控制較強的還原氣氛 使鋅盡量揮發(fā)，提高了鋅的回收率和鋅塵質(zhì)量。

3.4 底吹+側(cè)吹+煙化三爐相連組合

萬洋公司2009年拆除了燒結(jié)機、鼓風爐，與新鄉(xiāng)中聯(lián)公司共同開發(fā)三連爐工藝，其中氧化段為氧氣底吹熔煉爐，還原段為氧氣側(cè)吹爐，用溜槽連接煙化爐。這種方式具有以下優(yōu)點：

(1)氧氣側(cè)吹爐和煙化爐之間取消了電熱前床，減少了人工及材料成本，降低了生產(chǎn)能耗。

(2)氧氣側(cè)吹還原爐攪拌功率強，還原30 min即可使渣含鉛降至2%以下，與底吹爐、煙化爐時間匹配性好，三爐作業(yè)周期均為100～120 min。

(3)側(cè)吹還原爐的高溫爐渣直接流入煙化爐，煙化爐不需要再提溫，充分利用熔渣的熱能直接進行還原提鋅，既節(jié)省了粉煤，又提高了生產(chǎn)效率，得到的氧化鋅品質(zhì)更好。

(4)三爐相連，熱渣直流，占地很少，節(jié)省投資。生產(chǎn)操作簡單，指標易于控制，工人勞動強度小，生產(chǎn)操作環(huán)境好。

萬洋公司與中聯(lián)公司開發(fā)的8.4 m2工業(yè)生產(chǎn)爐一次性試車成功，2011年3月10日開爐以來，生產(chǎn)穩(wěn)定，技術(shù)經(jīng)濟指標均理想，還原爐渣含鉛一直控制在2%以下。

4 三連爐的生產(chǎn)實踐

萬洋公司三連爐煉鉛工藝系統(tǒng)緊湊，流程短，占地很少；DCS系統(tǒng)自動化程度高，工人勞動強度小；環(huán)保效果好，實現(xiàn)了鉛冶煉生產(chǎn)的低碳模式。2011年3月開爐至今，已經(jīng)運行25個月，生產(chǎn)連續(xù)平穩(wěn)，設(shè)備運行率達到94.54%；工藝指標先進，渣含鉛1.84%，渣耗煤88.3 kg/t，粗鉛直接加工費成本只有580元/t，達到了目前煉鉛行業(yè)的較好水平。

目前經(jīng)濟形勢嚴峻，有色行業(yè)困難重重，萬洋公司在這種背景下仍然取得了較好的經(jīng)濟效益。2012年，萬洋公司完成產(chǎn)值70億元，創(chuàng)造利稅5.6億元，生產(chǎn)電解鉛21.2萬t，硫酸22萬t，氧化鋅2.5萬t，白銀687 t，黃金1428 kg。

2012年三連爐工藝通過了中國有色協(xié)會的科技成果鑒定，鑒定結(jié)論為國際領(lǐng)先。該工藝在國內(nèi)首創(chuàng)了以單一煤粒作為還原劑的新工藝，同時將氧化、還原、煙化相連，縮短了流程，減少了占地，實現(xiàn)了真正的綠色冶煉，先進的技術(shù)為經(jīng)濟效益的取得奠定了基礎(chǔ)。目前，萬洋三連爐已有四家六條生產(chǎn)線在運行，六家六條生產(chǎn)線在建設(shè)，正在進行洽談的還包括俄羅斯企業(yè)在內(nèi)的三家企業(yè)。而且水口山有色集團公司也已經(jīng)決定使用三連爐技術(shù)對其現(xiàn)有的底吹爐加鼓風爐工藝進行改造。

5 結(jié)語

河南濟源市萬洋冶煉(集團)有限公司的三連爐工藝取得了很好的技術(shù)指標和經(jīng)濟指標，具有很好的推廣前景，將對我國鉛冶煉技術(shù)水平的提高，鉛領(lǐng)域的節(jié)能降耗、低碳生產(chǎn)起到積極的推動作用。

[1]李小兵, 李元香, 藺公敏, 等.萬洋“三連爐”直接煉鉛法的生產(chǎn)實踐[J].中國有色冶金，2011,(6)：13-16,23.

[2]吳衛(wèi)國, 李東波, 蔣繼穆. 氧氣底吹煉鉛法的發(fā)展及應用[C].全國重有色金屬冶煉資源綜合回收利用與清潔生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗交流會論文集，2011,11.

[3]藺公敏，賓萬達. 硫化鉛精礦氧氣側(cè)吹爐熔池熔煉直接煉鉛新技術(shù)[J].中國有色冶金，2005，(1)：15-17.

[4]張立, 藺公敏, 賓萬達, 等.氧氣側(cè)吹還原爐及高鉛渣熔融還原過程研究[J].中國有色冶金，2012,(2)：12-14,19.

Developmentandcommercialapplicationof“tri-continuousfurnace”process

LI Xiao-bing, ZHANG Li, LI Wei-wei

The development and commercial application of direct lead smelting process with “tri-continuous furnace” in Wanyang smelting Group in Jiyuan were introduced. The characteristics and advantages of the lead smelting process were analyzed. The practice showed that the process has high production efficiency and good energy-saving effects, is the optimal combination ways of lead smelting at home at present, and has a bright prospect in application.

tri-continuous furnace; high lead slag; side-blown reducing furnace

李小兵(1972—)，男，河南濟源人，濟源市萬洋冶煉集團有限公司副總經(jīng)理，負責公司工程設(shè)計工作。

TF812

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