還原爐直通式流槽改造實(shí)踐

李艷利，常海鋒，鄭 明（河南豫光金鉛股份有限公司，河南濟(jì)源 459000）

還原爐直通式流槽改造實(shí)踐

李艷利，常海鋒，鄭 明
（河南豫光金鉛股份有限公司，河南濟(jì)源 459000）

通過直通式流槽改造，替代還原爐渣包吊裝進(jìn)渣方式，實(shí)現(xiàn)底吹爐高鉛渣直接流入還原爐，減少磕包渣的中間資金占用，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)創(chuàng)效。

直通流槽；進(jìn)渣方式；磕包渣；占用

河南豫光金鉛股份有限公司Φ3 000×11 500 mm還原爐是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)工業(yè)化生產(chǎn)的鉛冶煉底吹還原系統(tǒng)，建設(shè)初期為減少對(duì)底吹爐生產(chǎn)的影響，該爐試驗(yàn)過程中采取與底吹爐平行布局、渣包吊裝進(jìn)渣的配置模式，倒運(yùn)過程中部分高鉛渣在渣包內(nèi)壁冷卻結(jié)殼，從渣包內(nèi)倒出后成為磕包渣，鼓風(fēng)爐關(guān)停后，1 000 t／月的磕包渣的中間資金占用問題凸顯。

1 還原爐吊包進(jìn)渣

還原爐吊包進(jìn)渣平面布局圖如圖1所示。

圖1 還原爐吊包進(jìn)渣平面布局圖

1.1 還原爐吊包進(jìn)渣的方式

富氧底吹-鼓風(fēng)爐還原系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程為：底吹爐通過流槽將高鉛渣在鑄渣機(jī)冷卻鑄塊，然后進(jìn)入鼓風(fēng)爐重新加熱還原熔煉。為減少對(duì)生產(chǎn)的影響，還原爐是在此布局上進(jìn)行的工業(yè)化試驗(yàn)，底吹爐熔渣通過流槽進(jìn)入鑄渣機(jī)一側(cè)電動(dòng)平車上的渣包內(nèi)，電動(dòng)平車運(yùn)行至吊包行車下方，吊包行車將熔渣傾入還原爐進(jìn)渣流槽，熔渣在還原爐出煙口注入，完成進(jìn)渣過程。

1.2 煉鉛雙底吹的工藝特點(diǎn)

雙底吹煉鉛是將氧化還原過程分成兩個(gè)階段，操作上要求兩爐同步，加料-放渣-放鉛的周期控制在2 h／爐次的范圍內(nèi)。

1.2.1 氧化階段

在底吹爐熔池中，熔池中的PbSO4、PbO可與爐料中的PbS反應(yīng)：

因底吹爐生產(chǎn)是自熱熔煉，主要依靠鉛精礦中金屬硫化物氧化反應(yīng)放熱來(lái)維持爐內(nèi)反應(yīng)進(jìn)行，所以通過控制混合礦含硫可保持爐內(nèi)熱平衡，無(wú)需加或很少另加燃料。其發(fā)熱的氧化反應(yīng)如下：

1.2.2 還原階段

液態(tài)高鉛渣還原反應(yīng)機(jī)理是基于高鉛渣中金屬氧化物在高溫下與還原劑作用，而將其中的金屬還原出來(lái)，其基本反應(yīng)，可用下式表示：

MeO+X＝Me+XO

式中：Me代表金屬，O代表氧，X代表還原劑。

在還原爐生產(chǎn)中，作為還原劑的是碳?；蚪沽＃瑫r(shí)在底部通天然氣及氧氣提高爐溫，頂部下料口斷續(xù)加入石子參與造渣反應(yīng)。在還原爐發(fā)生的主要反應(yīng)過程，概括起來(lái)是：

1.碳質(zhì)燃料的燃燒過程：

C+O2＝CO2

CH4+2O2＝CO2+2H2O

CO2+C＝2CO

2CH4+3O2＝2CO+4H2O

2.還原、沉淀及造渣過程：

2PbO+C＝2Pb+CO2

PbO+CO＝Pb+CO2

CaO+SiO2＝CaO·SiO2

2FeO+SiO2＝2FeO·SiO2

2 還原爐吊包進(jìn)渣的弊端

高鉛渣中間占用，渣包進(jìn)渣、傾包倒渣的冒煙，行車的吊裝安全，以及對(duì)爐況的影響等問題使還原爐改造提上議程。

2.1 高鉛渣的中間占用

吊包進(jìn)渣過程中，部分熔渣在渣包內(nèi)結(jié)殼，需在每次進(jìn)渣后進(jìn)行磕包作業(yè)（行車吊住結(jié)殼的渣包碰撞地上放置的廢舊渣包，靠碰撞的沖擊將渣包內(nèi)結(jié)殼的高鉛渣分離倒出），每天產(chǎn)生近30～40 t的磕包渣，需鏟車及時(shí)將磕包渣進(jìn)行倒運(yùn)，清理磕包的場(chǎng)地空間。鼓風(fēng)爐停產(chǎn)后，每年近5 700萬(wàn)元的高鉛渣中間占用備受關(guān)注。

2.2 渣包進(jìn)渣、傾包倒渣的冒煙

電動(dòng)平車上的渣包距底吹爐渣口4.8 m，落差4.1 m，通過兩級(jí)流槽進(jìn)入渣包內(nèi)；電動(dòng)平車從收塵罩下開至吊包行車下處于無(wú)收塵狀態(tài)；為保障行車操作人員視線，將還原爐傾包進(jìn)渣流槽收塵罩設(shè)計(jì)為側(cè)部敞口式，各收塵點(diǎn)雖設(shè)計(jì)為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，整個(gè)吊裝過程仍無(wú)法避免煙塵的飄逸和無(wú)序排放。

2.3 行車的吊裝安全

進(jìn)渣后的磕包作業(yè)，時(shí)常造成磕包過程中吊鉤與渣包脫落，引起行車小車的劇烈擺動(dòng)，鋼絲繩更換頻繁、卷繩筒磨損嚴(yán)重、卷筒支架故障率高，加之高溫、冒煙、視野差等原因，操作人員紛紛要求調(diào)離。

2.4 對(duì)爐況的影響

底吹爐放渣受電動(dòng)平車上兩臺(tái)渣包容量的限制，每次放滿渣包時(shí)需及時(shí)對(duì)底吹爐渣口進(jìn)行封堵，若封堵不及時(shí)或堵不住，熔渣從渣包內(nèi)溢出將燒損電動(dòng)平車運(yùn)行電機(jī)和電纜，電動(dòng)平車維修將造成還原爐待料轉(zhuǎn)爐；還原爐吊包進(jìn)渣需第2個(gè)渣包進(jìn)渣才能進(jìn)行，待底吹爐封堵渣口時(shí)才能進(jìn)行其它渣包的吊裝進(jìn)渣，造成還原爐進(jìn)渣持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)（40～45 min），有時(shí)還原爐最后一包渣進(jìn)入爐內(nèi)，就需要進(jìn)行放渣作業(yè)，熔渣在還原爐內(nèi)反應(yīng)的時(shí)間較短，造成還原爐渣鉛不易控制。

3 還原爐進(jìn)渣方式的改進(jìn)

3.1 改進(jìn)方案

針對(duì)吊包進(jìn)渣存在的問題提出三種解決方案：（1）將磕包渣通過鄂破機(jī)破碎后以冷渣形式加入還原爐生產(chǎn)；（2）新建還原爐；（3）將吊包進(jìn)渣方式改為流槽直接進(jìn)渣。

3.1.1 將磕包渣通過鄂破機(jī)破碎后以冷渣形式加入還原爐生產(chǎn)

磕包高鉛渣經(jīng)過鄂破機(jī)進(jìn)行破碎，由輔料倉(cāng)加入到還原爐進(jìn)行生產(chǎn)，通過試驗(yàn)每月可減少磕包高鉛渣中間占用400 t，但仍無(wú)法徹底解決高鉛渣的逐漸積累和中間資金占用。優(yōu)點(diǎn)：投資小，只需投建一臺(tái)鄂破機(jī)及附屬設(shè)備即可。缺點(diǎn)：受限于還原爐設(shè)計(jì)影響，原爐已達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，磕包渣不能夠大量加入，只能處理部分中間占用。加入量大將直接影響渣鉛指標(biāo)及部分能耗指標(biāo)的增加。

3.1.2 新建還原爐

新建還原爐，需拆除鑄渣機(jī)將兩底吹爐對(duì)接實(shí)現(xiàn)直接進(jìn)渣，但還原爐建設(shè)周期（7個(gè)月）大于底吹爐大修周期（30 d），需利用底吹爐大修拆除鑄渣機(jī)、完善進(jìn)渣裝置，給還原爐后續(xù)建設(shè)創(chuàng)造條件。在維持現(xiàn)狀不停爐的條件下進(jìn)行項(xiàng)目改造，還原爐及配套設(shè)施建設(shè)投資預(yù)算為1 850萬(wàn)元。優(yōu)點(diǎn)：徹底解決了磕包渣中間占用問題；不影響現(xiàn)有系統(tǒng)生產(chǎn)。缺點(diǎn)：投資大、建設(shè)工期長(zhǎng)，還原爐項(xiàng)目建設(shè)期間與行車吊包進(jìn)渣交叉作業(yè)，施工安全隱患大。鑄渣機(jī)若拆除，還原爐出現(xiàn)轉(zhuǎn)爐，底吹爐必須同步停產(chǎn)。

3.1.3 將吊包進(jìn)渣方式改為流槽直接進(jìn)渣

將吊包進(jìn)渣方式改為流槽直接進(jìn)渣。優(yōu)點(diǎn)：投資小，建設(shè)工期短，大修期間即可完成，可作為實(shí)現(xiàn)直接進(jìn)渣的嘗試辦法。缺點(diǎn)：由于底吹爐放渣口與還原爐進(jìn)渣口落差小，只有1.5 m，減去放渣口、進(jìn)渣口高度，實(shí)際落差為1.2 m，且距離遠(yuǎn)15 m、還需轉(zhuǎn)彎一次。一級(jí)流槽落差角度5°，二級(jí)流槽落差角度8°。存在渣流不暢、易積渣，清理工作量大，改造效果的不確定性，需保留原進(jìn)渣方式作為備用。還原爐直通流槽改造示意圖如圖2所示。

圖2 還原爐直通流槽改造示意圖

3.2 直接進(jìn)渣改造

磕包渣的粉碎利用一定程度上緩解了磕包渣堆積速度，但磕包渣利用量小于產(chǎn)生量，磕包渣的中間占用逐增。在水平相距10 m、前后偏差6.4 m、高差1.2 m的兩個(gè)爐口架設(shè)熔渣流槽成了最后的嘗試。技術(shù)人員在借鑒銅陽(yáng)極爐流槽裝置的基礎(chǔ)上，繪制底吹渣口平面布局、設(shè)計(jì)直接進(jìn)渣流槽，直接進(jìn)渣流槽設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

圖3 直接進(jìn)渣流槽設(shè)計(jì)圖

還原爐直接進(jìn)渣改造需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置進(jìn)行調(diào)整，在底吹爐放渣口至還原爐進(jìn)渣口之間架設(shè)流槽來(lái)實(shí)現(xiàn)，需克服距離長(zhǎng)、落差小、轉(zhuǎn)彎等諸多問題，通過拆平臺(tái)、架支撐、放樣、焊接，一遍遍地調(diào)整，底吹爐一級(jí)二通流槽改為三通流槽，渣包流槽、鑄渣機(jī)流槽口全部在現(xiàn)場(chǎng)切割對(duì)接，鉚焊流槽內(nèi)用耐火磚打底2層、料澆注搗打完成一條熔渣流槽內(nèi)襯，天然氣保溫燃槍天然氣、壓縮空氣管路以及所需的阻火器、閥門需現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃布局，實(shí)現(xiàn)開爐后天燃?xì)鈬姌寣?duì)流渣槽進(jìn)行保溫，提高熔渣的流動(dòng)性，天然氣流槽保溫槍設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

圖4 天然氣流槽保溫槍設(shè)計(jì)圖

4 結(jié) 果

4.1 效 果

直通流槽經(jīng)過3 d的烘烤，隨著渣包流槽通道的封堵，底吹爐高鉛熔渣在天然氣噴槍烘烤的流槽內(nèi)緩緩流入還原爐，標(biāo)志著底吹爐渣包倒運(yùn)進(jìn)渣模式的終結(jié)。不僅底吹爐磕包渣成為了過去式，而且還原爐進(jìn)渣時(shí)間每爐縮短10～15 min左右，增加了熔渣的還原時(shí)間，使得渣鉛指標(biāo)更加容易控制，粗鉛產(chǎn)量每月增產(chǎn)300～400 t，還原爐每月由此可增加500 t左右的熱渣輸送量，為次氧化鋅增產(chǎn)提供了強(qiáng)有力保障。進(jìn)渣方式改造前后對(duì)比效果如圖5所示。

圖5 進(jìn)渣方式改造前后對(duì)比效果

4.2 效 益

4.2.1 投資改造效益

1.投資費(fèi)用：還原爐直接進(jìn)渣費(fèi)用17.24萬(wàn)元。

2.高鉛渣中間占用效益：原每月磕包高鉛渣按1 000 t，鉛品位按48%，鉛金屬不含稅價(jià)按照10 342元／t計(jì)算，則每月可減少中間占用資金1 000 t× 48%×10 342元／t＝496.4萬(wàn)元。

3.還原爐多產(chǎn)粗鉛產(chǎn)值：改造前還原爐平均產(chǎn)量2 934.75 t，改造后還原爐平均產(chǎn)量3 289.31 t，則每月可增加產(chǎn)值（3 289.31-2 934.75）×10 342元／t＝366.7萬(wàn)元。

4.節(jié)約高鉛渣熱量損失效益：每月積存高鉛渣1 000 t，渣溫從1 000℃降低到30℃，鐵硅鈣渣比熱容1.047 kJ／kg·℃；碳粒按含75%有效碳計(jì)算，價(jià)格按641元／t計(jì)算。

按目前情況，每月高鉛渣熱損失為：

1.047 kJ／kg·℃×1 000 kg×1 000×（1 000-30）℃＝1 015.59×106kJ

1 t碳粒發(fā)熱量：

Q＝0.75×106×395.989／12＝24.75×106kJ每月相當(dāng)于損失了41.03 t碳粒。高鉛渣加熱熱量損失效益：41.03 t×641元／t＝2.6萬(wàn)元5.月節(jié)約人工工資效益：行車節(jié)約3人，每人工資按3 000元計(jì)算，則每月可節(jié)約0.9萬(wàn)元。

6.月節(jié)約行車運(yùn)行費(fèi)用：20／5 t行車功率為90.7 kWh，原每天需作業(yè)6 h，底吹爐作業(yè)時(shí)間按28.5 d／月，平均電價(jià)按0.68元／kWh，電機(jī)效率按0.87計(jì)算，則月節(jié)約電費(fèi)：

90.7 ×6×28.5×0.87×0.68＝0.9萬(wàn)元

7.年生產(chǎn)時(shí)間按11.5個(gè)月計(jì)算。

年減少高鉛渣中間占用資金：

496.4 萬(wàn)元×11.5＝5 708.6萬(wàn)元

年增加粗鉛產(chǎn)值：

366.7 萬(wàn)元×11.5＝4 217.1萬(wàn)元

則年節(jié)約高鉛渣熱量損失、人工工資、行車運(yùn)行費(fèi)用效益：

（2.6+0.9+0.9）×11.5＝50.6萬(wàn)元

4.2.2 間接效益

該改造實(shí)踐不僅消除了吊包進(jìn)渣對(duì)爐況的影響，成功解決高鉛渣中間占用問題，還消除了還原爐吊包進(jìn)渣時(shí)的冒煙問題。同時(shí)每月可為煙化爐多輸送500 t左右熔渣量，渣鋅按12%計(jì)算，棄渣按1%計(jì)算，每月可增產(chǎn)氧化鋅金屬量55 t。

5 結(jié) 語(yǔ)

直通式放渣方式的改造實(shí)踐，為該公司增產(chǎn)創(chuàng)效節(jié)約了大量的資金，利用流槽長(zhǎng)距離輸送低熔點(diǎn)熔渣的經(jīng)驗(yàn)值得借鑒，可作為行業(yè)內(nèi)設(shè)備改造的經(jīng)驗(yàn)交流。

Reforming Practice of Straight-Through Chute Reducing Furnace

LIYan-li，CHANG Hai-feng，ZHENG Ming
（Henan Yuguang Gold and Lead Co.，Ltd.，Jiyuan 459000，China）

By straight-through chute transformation，alternative to replace slag lifting into the slag，it realizes high lead slag directly into the bottom blowing furnace reduction furnace，reduces the occupation of the capital and achieves the effect to increase production.

through chute；feedingmode；slag package；occupation

TF806

A

1003-5540（2016）01-0043-04

2015-12-10

李艷利（1971-），女，工程師，主要從事設(shè)備管理工作。