熔析精煉爐處理熱鍍鋅渣的改進實踐

卜二軍, 薛向欣, 楊 合

(1.東北大學冶金學院資源與環(huán)境系， 遼寧 沈陽 110819； 2.河鋼集團邯鋼公司技術(shù)中心， 河北 邯鄲 056015；3.遼寧省冶金資源循環(huán)科學重點實驗室， 遼寧 沈陽 110819)

熔析精煉爐處理熱鍍鋅渣的改進實踐

卜二軍1,2,3, 薛向欣1,3, 楊 合1,3

(1.東北大學冶金學院資源與環(huán)境系， 遼寧 沈陽 110819； 2.河鋼集團邯鋼公司技術(shù)中心， 河北 邯鄲 056015；3.遼寧省冶金資源循環(huán)科學重點實驗室， 遼寧 沈陽 110819)

針對熔析精煉爐處理熱鍍鋅渣存在的加料過程熔析池大幅降溫、B號鋅含鐵超標、尾氣難以利用等問題，對熔析精煉爐進行改進，其結(jié)構(gòu)更加合理，處理量大大增加，B號鋅符合國標3號鋅錠要求。

熱鍍鋅渣； 熔析精煉爐； 結(jié)構(gòu)； 改進實踐

近幾年，河鋼集團邯鋼公司鍍鋅生產(chǎn)線鍍鋅板的產(chǎn)量逐年增加，熱鍍鋅渣的產(chǎn)生量急劇增大，目前熱鍍鋅渣年產(chǎn)總量約為3 600 t。熱鍍鋅渣為含鋅量在95%的鋅鐵鋁合金，是鋅含量極高的金屬鋅再生資源，以前主要是直接低價銷售，其經(jīng)濟價值沒有得到體現(xiàn)。

目前邯鋼采用精餾法處理熱鍍鋅渣生產(chǎn)鋅錠，不僅有效回收了熱鍍鋅渣中的鋅，實現(xiàn)資源的綜合利用，提高鋅回收率；而且所產(chǎn)的鋅錠返回鍍鋅系統(tǒng)作為鍍鋅生產(chǎn)的原料，穩(wěn)定了生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本，實現(xiàn)了鋅短流程閉路循環(huán)利用。

采用精餾法時，熱鍍鋅渣首先在熔析精煉爐進行精煉除雜[1]，熔析精煉是一種能耗低、簡單方便的金屬分離方法，在國內(nèi)外火法精煉鋅生產(chǎn)工藝中廣泛應(yīng)用[2-3]。在投產(chǎn)初期，由于原熔析精煉爐設(shè)計缺陷，實際生產(chǎn)中存在以下問題：

(1)向熔析池加入熱鍍鋅渣時，加入的冷料在1t以上，造成熔析池溫度大幅下降，而熔析池的溫度對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品回收率影響較大，尤其在冬季，影響更大。

(2)熔析精煉爐除雜不徹底，鋅液雜質(zhì)含量較高，尤其是含鐵量[4-5]，不僅影響下道工序雜質(zhì)的控制，加大了最終產(chǎn)品0號鋅錠質(zhì)量的控制難度，而且鐵對鋅精餾塔塔盤造成腐蝕，縮短了精餾塔的使用壽命[6]。

(3)熔析精煉爐煙氣溫度較高，直接排放，煙氣的熱利用率低并且不環(huán)保。

針對以上問題，邯鋼對熔析精煉爐進行了改進。

1 改進前的熔析精煉爐

熔析精煉爐是精餾爐的輔助裝置，作用是處理熱鍍鋅渣和精餾塔下延部排出的含雜質(zhì)鐵的鋅。熔析精煉爐分為熔析池和B#鋅池兩部分。熔析池尺寸為3 510 mm×1 400 mm×900 mm，B#鋅池尺寸為740 mm×1 400 mm×600 mm，通常B#鋅池底比熔析池底高出340 mm。原熔析精煉爐結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 改進前的熔析精煉爐結(jié)構(gòu)示意圖

熱鍍鋅渣在熔析池熔析精煉后從隔墻溢流口溢流到B#鋅池。熔析精煉的關(guān)鍵是控制熔析溫度和熔析時間，通過控制熔析溫度，使鐵、鋅分層，上層為含鋁鐵化合物Fe2Al5的鋅液，中間為B#鋅液，下層為含鐵鋅化合物ZnFe7的鋅液，隨著時間的延長，絕大部分ZnFe7中的Fe被Al置換生成Fe2Al5，F(xiàn)e2Al5緩慢上升漂浮在熔液表面，通過撈渣的方式除去，少部分ZnFe7直接沉入底部。熔析精煉過程中，溫度過低，鋅液流動性變差，B#鋅溢流困難；溫度過高，不利于鋅鐵鋁合金分層。

2 改進后的熔析精煉爐

2.1 熔析精煉爐主體改進

在原熔析精煉爐的基礎(chǔ)上，增加一個加料池，使其成為三池結(jié)構(gòu)。由于加料池也具有熔析功能，改進后的熔析精煉爐具有雙熔析池。加料池與熔析池之間通過底部拱形門互通，加料池、熔析池分別與B#鋅池在上部開通氣窗，排煙口設(shè)在熔析池一端。改進后的熔析精煉爐主要包括加料池、熔析池、B#鋅池、拱形門、通氣窗、煤氣進口、煙氣排出口、加料口、出鋅口、溢流孔等，其中加料池、熔析池、B#鋅池串聯(lián)在一起，鋅液順時針方向流動，與煙氣流動方向則相反。改進后的熔析精煉爐結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 改進后的熔析精煉爐結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 熔析精煉爐局部改進

熔析精煉爐主體結(jié)構(gòu)改進后，為了達到最佳效果，熔析池增設(shè)了擋渣墻，并對熔析精煉爐加料口的位置和大小、加料門的開啟方式、出鋅方式進行了改進。

(1)原設(shè)計在熔析精煉爐正面敞開門加料，加料和撈渣過程中溫度降幅較大。改進后，將加料口移至側(cè)面，加料過程中鋅渣冷料只使加料池一端有溫降，加料池另一側(cè)鋅液溫度不受影響，不會對熱鍍鋅渣熔析分離效果造成影響。

(2)出于防盜的目的，熱鍍鋅渣被鑄成1t左右的大塊物料，原加料口偏小，大塊熱鍍鋅渣無法加入，還需進行二次切割處理。改進后的加料口尺寸加大，可直接熔化大塊熱鍍鋅渣，滿足了實際生產(chǎn)的需要。

改進前加料口門采用外開啟，加料過程中加料池的熱氣直接與大氣接觸，熱量散失較多。改進后，加料口門改為吊門開啟，加料口的開度可根據(jù)原料大小進行調(diào)節(jié)，避免爐內(nèi)熱量過多損失。

(3)在有熔析池增加一個擋渣墻。鋅液從加料池底部拱形門進入熔析池，密度較輕的浮渣被擋在熔析池外。鋅液進入熔析池后經(jīng)過擋渣墻，密度較大的雜質(zhì)被擋在B#鋅池外，較純的鋅液通過溢流和暗流的方式流入B#鋅池，使得B#鋅池中的鋅液雜質(zhì)含量大大降低。

(4)對B#鋅池出鋅口進行改進，將原來水平出鋅液改為斜度出鋅液。雖然經(jīng)過前面多道除雜，B#鋅池中的鋅液已經(jīng)較純凈，但仍有少量細小鋁鋅渣浮在鋅液表面，將出鋅口改為斜度出鋅，出鋅口位置選在鋅液最純凈的位置，部分細小雜質(zhì)被很好地擋在出料口外。

3 熔析精煉爐改進后的運行效果

3.1 減少溫度降幅

熔析精煉爐改進后，加料過程中加料池溫度波動較小，不會影響熔析池和B#鋅池的溫度，為工藝穩(wěn)定、順行提供了保障。加料過程中熔析精煉爐溫降和撈渣、加料時間如表1所示。

表1 加料過程熔析精煉爐溫降以及撈渣、加料時間

3.2 降低煤氣消耗

改進后，有效延長了高溫煙氣在熔析精煉爐中的停留時間，煙氣余熱得到充分利用，提高了熱能利用率，有利于節(jié)省煤氣，節(jié)能降耗。改造前煙氣出口在熔析池中間，焦爐煤氣管道在一側(cè)，焦爐煤氣燃燒后的煙氣直接從中央外排，煙氣在爐膛內(nèi)停留時間較短，熱效率低。改造后，由于增加了一個加料池，焦爐煤氣管道在加料池一側(cè)加熱，煙氣經(jīng)加料池、B#鋅池、熔析池后排出，延長了煙氣在爐膛內(nèi)的停留時間，余熱得到充分利用，有利于節(jié)約煤氣。煤氣消耗降低20 m3/h，年降低焦爐煤氣使用量14.4萬m3(年運行時間按300 d計算)，年降低燃料成本12.96萬元。

3.3 提高設(shè)備產(chǎn)能，降低產(chǎn)品雜質(zhì)含量

3.3.1 提高設(shè)備產(chǎn)能

改進后的熔析精煉爐原料熔化速度加快，提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)能，熱鍍鋅渣處理量由原來不足12 t/d提高到17 t/d，年處理量最高可達5 100 t。

3.3.2 降低產(chǎn)品雜質(zhì)含量

改進前， B#鋅液中雜質(zhì)鐵含量偏高，一般在0.2%～0.5%，有時甚至達到1%，波動較大，經(jīng)常超標。改進前B#鋅液檢測結(jié)果如表2所示。

表2 熔析精煉爐改進前B#鋅液化學成分 %

改進后，增加了加料池通往熔析池濾渣工序，部分雜質(zhì)被擋在出料口外，并且加料池中鋅液攪動對熔析池影響不大，熔析池液面穩(wěn)定，有利于鋅液與鋅鋁、鋅鐵雜質(zhì)的分離，進入B#鋅池的鋅液雜質(zhì)含量明顯降低，鋅液純度提高，為下道工序創(chuàng)造了有利條件。為了考察增加加料池對B#鋅液的影響，掌握B#鋅池內(nèi)B#鋅液分層情況，從最上層到最底層依次取樣11個，檢測不同深度B#鋅液的化學成分，結(jié)果如表3所示。

表3 增加加料池后不同深度B#鋅液化學成分 %

從表3中可以看出，B#鋅液中Sb、Cd含量基本不變；Pb、Cu由于密度較大，越往下含量越高，但仍是微量；由于Al密度比Zn小，越往上其含量越高；Fe密度比Zn大，正常情況下應(yīng)沉于B#鋅池底部，但由于Zn鋅溶液中含有Al，Al與Fe反應(yīng)生成比Zn密度小的Fe2Al5，故靠近下部Fe含量較低，而中上部Fe含量較高。

由于增加了加料池，鋅液從底部拱形門暗流進入熔析池，在熔析池接近B#鋅池部位又增加了擋渣墻， B#鋅液更加純凈。合理控制熔析精煉爐熔析池和B#鋅池溫度，保證熔析效果，將B#鋅池溫度降低至鋅液不凝固狀態(tài)，使鋅液在熔化爐中可以靜置、分層。在出鋅鑄錠環(huán)節(jié)，由于鋅液溫度驟降，內(nèi)部懸浮的Fe、Al雜質(zhì)快速混合，有一部分Fe2Al5產(chǎn)生浮于B#鋅錠表面，快速扒除表面的浮渣、冷卻、脫模，得到B#鋅錠。熔析精煉爐改進后B#鋅錠的化學成分和鋅錠國家標準如表4、表5所示。

經(jīng)過對比，B#鋅錠完全符合國準《GB/T 470—2008》3#鋅錠要求。改進后熔析精煉爐產(chǎn)出的B#鋅液雜質(zhì)含量較少，不僅有利于延長精餾塔塔體壽命，提高最終0#鋅錠產(chǎn)品合格率，而且鋅液可以直接鑄錠，作為產(chǎn)品出售。不經(jīng)精餾塔直接出產(chǎn)品，不僅縮短了工藝，而且增加了產(chǎn)品品種，擴大了銷售途徑，使產(chǎn)品效益最大化。

表4 熔析精煉爐改進后B#鋅錠化學成分 %

表5 GB/T 470—2008鋅錠國家標準 %

4 結(jié)語

(1)熔析精煉爐可以直接處理鋼廠鍍鋅生產(chǎn)線產(chǎn)生的熱鍍鋅渣，對其進行改造，增加一個加料池，加料過程中熔析池溫度降幅減少40 ℃，每次加料時間縮短4 min，撈渣時間縮短5 min。

(2)在處理相同熱鍍鋅渣的情況下，煤氣消耗降低20 m3/h，年可減少焦爐煤氣用量14.4萬m3，年降低燃料成本12.96萬元。

(3)經(jīng)過改進熔析精煉爐及優(yōu)化工藝參數(shù)， B#

鋅液純度大大提高。B#鋅錠完全符合3#鋅錠國家標準。接下來的工作，對工藝和熔析精煉爐結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化，有望得到2#鋅錠，售價提高200元/t。

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Improvementofliquationrefiningfurnaceindealingwithhot-dipgalvanizingslag

BU Er-jun, XUE Xiang-xin, YANG He

This paper briefly introduces the problems encountered in the processing of hot-dip galvanizing slag with liquation refining furnace, such as substantial temperature reduction in liquation tank during the feeding process, iron content in B-zinc exceeding the limit and difficult utilization of tail gas. Some measures are taken to improve the liquation refining furnace to make its structure more reasonable, increase the processing capacity and decrease the impurity content in B-zinc so as to meet the national standard of 3#zinc ingot.

hot-dip galvanizing slag; liquation refining furnace; structure; improvement practice

TF806.2

B

1672-6103(2017)05-0013-04

卜二軍(1978—)，男，江蘇漣水人，博士，高級工程師，主要從事冶金資源綜合利用的研究。

河北省自然科學基金資助項目(E2010001921)

2016-11-04

2017-08-18