球形鋅粉制備節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用

嚴(yán)海錦

江蘇科創(chuàng)金屬新材料有限公司江蘇科成有色金屬新材料有限公司泰州華民鋅品有限公司（江蘇泰州　225300）

球形鋅粉制備節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用

嚴(yán)海錦

江蘇科創(chuàng)金屬新材料有限公司江蘇科成有色金屬新材料有限公司泰州華民鋅品有限公司（江蘇泰州225300）

節(jié)能是企業(yè)降低成本、提高市場競爭力、破解能源約束的重要途徑，也是企業(yè)生存和發(fā)展的保障，更是企業(yè)應(yīng)承擔(dān)的社會責(zé)任。企業(yè)節(jié)能主要有管理節(jié)能和技術(shù)節(jié)能兩種途徑，主要分析了球形鋅粉制備過程中能耗高的主要原因，就降低能耗提出行之有效的技術(shù)途徑，包括重視研發(fā)和制備新型節(jié)能爐型、改進(jìn)制備工藝以提高能源綜合利用水平、延長設(shè)備的生命周期等。

球形鋅粉制備節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用

0　引言

球形金屬鋅粉主要作為富鋅涂料,富鋅油漆和其他防腐、環(huán)保等高性能涂料的關(guān)鍵原料而廣泛應(yīng)用于大型鋼鐵構(gòu)件、船舶、航空、集裝箱等行業(yè)，同時也作為重要原料而廣泛應(yīng)用于冶金、農(nóng)藥、醫(yī)藥、化工、滲鍍、催化劑、電子、印染、軍工等行業(yè)，是一種對國民經(jīng)濟(jì)有重要支撐作用的功能性粉體材料。球形鋅粉的制備工藝主要有三種，即蒸餾法、熔化噴吹法和電解法。這三種生產(chǎn)工藝都存在能耗高、損耗大的缺點。2010年以來，工業(yè)經(jīng)濟(jì)市場低落，下行壓力持續(xù)增大，企業(yè)面臨的市場競爭也更加激烈，在這種情況下，“能耗”成為評價一個企業(yè)綜合競爭力的重要指標(biāo)。

近十年來，隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，煤、電、油、氣供應(yīng)出現(xiàn)持續(xù)緊張，節(jié)能是世界范圍內(nèi)的研究熱點，也是各國工業(yè)發(fā)展的要求和趨勢。通過控制過時的經(jīng)濟(jì)增長模式，提高能源的利用率，可實現(xiàn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的有效增長。

國內(nèi)規(guī)模企業(yè)制備球形鋅粉均采用蒸餾法，主要設(shè)備是采用耐火材料構(gòu)建的臥式或者立式設(shè)備。蒸餾法制備球形鋅粉的工藝是以焦炭、燃油、煤氣或天然氣為燃料，使鋅錠經(jīng)過熔融（400～600℃）、蒸發(fā)［（1080±20）℃］和冷凝等過程，最終成為超細(xì)顆粒。該工藝?yán)娩\的低熔點（419.4℃）、高蒸汽壓（沸點溫度下約為0.1 MPa）特性，在常壓下將鋅加熱至1000℃以上使之氣化（鋅的沸點為907℃），鋅蒸汽被導(dǎo)入與空氣隔絕的密閉低溫冷凝器內(nèi)急劇冷凝（溫度在240～330℃左右）成為超細(xì)鋅粉，集塵收集制得的鋅粉平均粒徑大多在5μm以上，最后利用不同網(wǎng)目的設(shè)備將鋅粉篩分成不同細(xì)度的制品并且移入包裝桶。通過該工藝流程可知，在球形鋅粉的制備過程中，設(shè)備降耗、燃料的充分利用和節(jié)約是節(jié)能的主要途徑。

1　球形鋅粉制備節(jié)能途徑研究與技術(shù)應(yīng)用

1.1節(jié)能途徑分析

國外粉末制備企業(yè)或者粉末冶金企業(yè)的能源消耗均為產(chǎn)品成本的4%，而我國則為14%左右（或15%～20%），可見我國企業(yè)的能源利用率較低，在能源的利用方面浪費現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，而窯爐是金屬粉末制備行業(yè)能耗最高的關(guān)鍵設(shè)備。根據(jù)能量守恒定律、球形鋅粉制備原理和其設(shè)備特點，節(jié)能途徑主要有以下幾個方面：一是研發(fā)和制備新型節(jié)能先進(jìn)爐型，采用新型耐火纖維等優(yōu)質(zhì)保溫材料控制窯爐散熱損失，或采用先進(jìn)的燃燒裝置強(qiáng)化燃燒，減少不完全燃燒，使空燃比趨于合理；二是工藝改進(jìn)，降低排煙熱損失和加強(qiáng)煙氣余熱利用，提高能源的綜合利用率；三是保證設(shè)備正常運行，通過采用更先進(jìn)科學(xué)的維護(hù)設(shè)備和技術(shù)，減少用能設(shè)備損耗，降低用能設(shè)備的維護(hù)成本，從而有效地減少企業(yè)的能源消耗支出；四是加強(qiáng)節(jié)能降耗管理，從制度上進(jìn)行約束、行為上進(jìn)行管控，杜絕能源浪費現(xiàn)象［1］。

1.2節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用

一些球形鋅粉制備企業(yè)對設(shè)備進(jìn)行性能測試和技術(shù)改造，提升了熔煉工序的節(jié)能空間，取得了良好的節(jié)能效果，不僅促進(jìn)了節(jié)能技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，也帶動了有色金屬粉末行業(yè)節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步。綜合國內(nèi)外粉末制造行業(yè)的節(jié)能動向，建議企業(yè)采取下述節(jié)能技術(shù)和措施。

1.2.1重視研發(fā)和制備新型節(jié)能先進(jìn)爐型

淘汰高能耗的設(shè)備，發(fā)展新型節(jié)能先進(jìn)爐型。采用新型耐火纖維等優(yōu)質(zhì)保溫材料，在不增加爐體高度的前提下，加強(qiáng)爐體隔熱、延伸爐體長度、降低入口口徑和高度、降低爐壁溫度，以控制窯爐散熱損失；采用先進(jìn)的燃燒裝置強(qiáng)化燃燒，減少不完全燃燒，使空燃比趨于合理；增加導(dǎo)熱系數(shù)高的弧形板，加強(qiáng)熱能的循環(huán)并提高其利用率。

在球形鋅粉制備設(shè)備中，經(jīng)過改造的設(shè)備其蒸發(fā)室為組合式，蒸發(fā)面積減少1/3；同時在熔化池和蒸發(fā)池中加入了弧形板（若沒有弧形板，鋅液上層會發(fā)生氧化）；每噸鋅粉損耗鋅資源約35 kg；以煤炭或燃?xì)鉃槟茉?，每噸鋅粉耗用煤炭980 kg或耗用燃?xì)?50 m3，能源消耗量較大。在熔化池和蒸發(fā)池中增加的弧形板可以吸收熱量并可傳熱、導(dǎo)熱至交換室，同時起到隔絕空氣、防止鋅液氧化等作用，從而將每噸鋅粉的鋅資源損耗降至10 kg左右，同時實現(xiàn)每噸鋅粉耗用煤炭450 kg（節(jié)約率達(dá)54.08%）或者耗用燃?xì)?10 m3。

1.2.2改進(jìn)制備工藝，提高能源綜合利用水平

重視發(fā)展感應(yīng)熔融蒸發(fā)技術(shù)，特別是熱成形感應(yīng)熔融蒸發(fā)技術(shù)，提高加熱和傳熱的速率；采用提純冷凝技術(shù)；利用遠(yuǎn)紅外線加熱并連續(xù)運行，達(dá)到能源高效利用的目的。

在球形鋅粉的制備過程中，如果整個加熱過程是通過多次升溫和熱輻射完成的，由于熔鋅池和蒸發(fā)室是開放式的，會導(dǎo)致加熱時間長、熱損高、受熱不均勻、熱效率低，造成一定的能源浪費。可以通過改進(jìn)制備工藝，使燃料轉(zhuǎn)化成的熱能進(jìn)入熔化池和蒸發(fā)池，控制融化溫度、蒸發(fā)溫度、冷凝溫度及冷凝器內(nèi)循環(huán)氣體的流動速率，使熱能經(jīng)弧形板進(jìn)入熱交換室，通過熱交換室實現(xiàn)廢氣與空氣的熱交換，使燃燒室空氣溫度提升50℃，并使排出煙囪的廢氣溫度由1000℃降至500℃，此舉可降低排煙熱損失并提高煙氣余熱利用，從而提高能源的綜合利用率。采用傳統(tǒng)的高溫冷卻工藝，熱能利用率只有70%左右。如果采用低溫旋風(fēng)冷卻工藝先進(jìn)行降溫然后再進(jìn)行水冷，則熱能利用率可達(dá)95%，同時電流效率也可由原來的70%左右提高到95%以上。

1.2.3延長制備設(shè)備的生命周期，降低能源消耗

利用科學(xué)先進(jìn)的設(shè)備維護(hù)技術(shù)延長設(shè)備的使用壽命、減少用能設(shè)備損耗、降低用能設(shè)備的維護(hù)成本，從而有效地減少企業(yè)的能源消耗支出。

球形鋅粉的制備設(shè)備中，有的設(shè)備生命周期是1個月，有的設(shè)備生命周期是6個月，還有的設(shè)備生命周期是12個月甚至長達(dá)24個月。球形鋅粉制備設(shè)備由保溫材料構(gòu)建，在開爐前需要烘爐以促使材料的受熱系數(shù)一致或相近；停爐時需要進(jìn)行梯度降溫，以保證爐體核心部件不受損壞并防止安全事故的發(fā)生。開爐前烘爐期間和停爐后保溫及梯度降溫期間均需要消耗大量的熱能，因此延長設(shè)備的使用壽命就相當(dāng)于降低了能源的消耗。設(shè)備生命周期的長短有設(shè)備本身的原因，也有原材料使用和工藝技術(shù)的原因，還與操作方法有較大關(guān)系。最初，球形鋅粉制備設(shè)備由坩堝、冷凝器、耐火材料構(gòu)成，加熱方式是開放式的，對原材料要求不高，生產(chǎn)過程中的熱損大、設(shè)備使用壽命短；塔式爐是經(jīng)過改進(jìn)的設(shè)備，為滿足除雜提純的要求，設(shè)備高度高、體積大，整個加熱過程是通過多次升溫和熱輻射完成的，加熱時間長，熱損高，球形鋅粉出粉率高、純度高，設(shè)備的使用周期相對延長；目前針對應(yīng)用最廣的涂料用球形鋅粉而開發(fā)的臥式爐，將熔鋅池與蒸發(fā)室組合并改造成封閉式結(jié)構(gòu)，可對鋅錠進(jìn)行直接加熱，熱損低、保溫性好、溫度高、熱效率高。臥式爐的熱處理效率是塔式爐的1.5倍，使用壽命長達(dá)24個月，這間接提高了能源利用率。

2　結(jié)語

近年來，富氧閃速熔煉工藝和串聯(lián)法的采用，使有色金屬制備過程中的能耗降低20%～30%。球形鋅粉制備過程中的節(jié)能途徑很多，技術(shù)進(jìn)步是節(jié)能的關(guān)鍵因素，也是實現(xiàn)節(jié)能降耗的重要途徑之一。用技術(shù)革新、科技進(jìn)步、時代發(fā)展的手段更新、淘汰舊的、高能耗的設(shè)備；通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝、縮短工藝流程、采用低能耗工藝、重視余熱利用，多渠道著手，抓住源頭，重視生產(chǎn)過程中每一個環(huán)節(jié)的節(jié)能問題，最終可以達(dá)到節(jié)能的目的。

［1］吳光治.粉末冶金的節(jié)能技術(shù)途徑［J］.國外金屬熱處理, 1998(5)：45-46.

Research and Applications of Energy-saving Technologies in the Preparation of Spherical Zinc Powders

Yan Haijin

Energy efficiency is not only an important way for enterprises to reduce cost,improve market competitiveness,and break energy constraints,but also the guarantee of enterprises′survival and development；furthermore,it's one part of the corporate social responsibility.There are mainly two ways for enterprises to save energy,by means of management or technology.The main reasons for high energy consumption in the preparation of spherical zinc powders are analyzed,and effective technical approaches for reducing energy consumption are proposed,which include researching and manufacturing new energy-efficient furnace,improving preparation technology to raise the integrated utilization level of energy,and extending the life of equipments.

Spherical zinc powder；Preparation；Energy-saving technology；Research and application

TF 123.7

嚴(yán)海錦男1978年生本科高級經(jīng)濟(jì)師高級工程師主要從事金屬冶煉、金屬新材料粉體制備及其技術(shù)研究工作

2015年10月