鉍熔煉反射爐進(jìn)出料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

朱文平

（湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司，湖南郴州 423037）

鉍熔煉反射爐進(jìn)出料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

朱文平

（湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司，湖南郴州 423037）

針對(duì)鉍熔煉反射爐進(jìn)出料系統(tǒng)存在的問(wèn)題，介紹了鉍熔煉反射爐進(jìn)出料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究的原理、方案，并對(duì)比分析了實(shí)施效果。實(shí)踐證明，通過(guò)反射爐進(jìn)出料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，簡(jiǎn)化了操作、提高了工藝穩(wěn)定性和作業(yè)效率，對(duì)同類反射爐熔煉生產(chǎn)有較好的借鑒意義。

反射爐；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；虹吸口；沉淀池

湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司鉍資源豐富，自上世紀(jì)九十年代初按年產(chǎn)鉍500 t規(guī)模建設(shè)鉍冶煉廠，經(jīng)過(guò)不斷改造，目前產(chǎn)能規(guī)模達(dá)年產(chǎn)高純鉍1 400 t，是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模最大的鉍冶煉企業(yè)。鉍冶煉生產(chǎn)20多年來(lái)，一直采用傳統(tǒng)的反射爐熔煉工藝，爐頂中部進(jìn)料、爐側(cè)共用一個(gè)出料口出渣出鉍，存在作業(yè)間隔時(shí)間長(zhǎng)、能耗高、粗鉍品位偏低等不足。過(guò)去曾從組織管理方面進(jìn)行了一些探索和改進(jìn)，但效果不佳。針對(duì)這些不足，通過(guò)分析研究，以提高鉍熔煉的熱能利用和作業(yè)效率為目標(biāo)，對(duì)鉍熔煉反射爐進(jìn)出料系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改造，取得了良好的效果，大大改善了鉍熔煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

1 存在的問(wèn)題及優(yōu)化改造思路

該公司鉍冶煉廠鉍精礦的熔煉采用反射爐生產(chǎn)，因其出渣、冰銅和粗鉍都共用同一個(gè)出料口，一是爐前工的操作困難，二是由于機(jī)械夾帶使渣含鉍提高、鉍直收率降低，粗鉍品位降低，增加精煉成本。另外，兩個(gè)進(jìn)料口采用在中線分布，使料堆中間高，兩邊低，熱能直接對(duì)爐墻沖刷，料堆對(duì)爐墻沒(méi)有起到保護(hù)作用，致使?fàn)t齡偏低。針對(duì)鉍熔煉反射爐進(jìn)出料系統(tǒng)存在的問(wèn)題，通過(guò)相關(guān)工藝技術(shù)分析研究和參數(shù)計(jì)算，對(duì)鉍熔煉2＃反射爐（10 m2）進(jìn)行了技術(shù)改造。一是改渣、鉍共用一個(gè)出料口為渣、鉍分設(shè)出料口，并在反射爐內(nèi)設(shè)置鉍沉淀池，采用虹吸方式出鉍；二是改兩個(gè)進(jìn)料口中線分布為中線兩側(cè)錯(cuò)位分布，使?fàn)t氣和熱量流向更合理。生產(chǎn)實(shí)踐表明，鉍熔煉反射爐進(jìn)出料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造后，有利于渣鉍分離、提高熱利用率、降低能耗，有利于提高爐齡、減少爐結(jié)、改善連續(xù)熔煉條件。

2 出料口改造

2.1 原理

鉍反射爐運(yùn)行約20年，一直采用傳統(tǒng)的出渣、出鉍共用同一個(gè)出料口的工藝（改造前出料口結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示）。由于渣、鉍共用一個(gè)出料口，當(dāng)熔煉完成后，出料工作只能按順序進(jìn)行，先出渣后出鉍，作業(yè)集中、操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低。同時(shí)由于使用同一個(gè)出料口，渣、鉍交滲現(xiàn)象普遍，渣內(nèi)含鉍高、粗鉍品位低。對(duì)此，利用虹吸原理，在靠近爐尾處的爐底設(shè)計(jì)了一個(gè)約0.1 m3的橫向鉍熔煉液沉淀池和虹吸管出鉍裝置，如圖2所示，實(shí)現(xiàn)渣、鉍分別出料。當(dāng)熔煉反應(yīng)完成后，經(jīng)一段時(shí)間的沉降，根據(jù)比重的大小關(guān)系，熔體從上至下依次分為稀渣、冰銅和粗鉍三層。鉍渣由原出料口放出，粗鉍液流進(jìn)沉淀池沉積，采用虹吸的方式由另一側(cè)吸出。

圖1 改造前出料口結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 鉍熔液沉淀池橫剖結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 出鉍口改造

改造后出料口結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。爐尾后側(cè)設(shè)虹吸出鉍口，首先在爐尾后側(cè)墻開(kāi)一似水平孔道，孔道內(nèi)置鋼管，位置與沉淀池最低位對(duì)應(yīng)，被沉積在沉淀池內(nèi)的粗鉍液所淹沒(méi)。然后在似水平鋼管位于爐墻外側(cè)的部分焊接一個(gè)虹吸管裝置。另外，在虹吸管裝置下端口位置安裝閥門，作為虹吸出鉍口。在爐尾前側(cè)墻設(shè)置出渣口，具體位置在渣線上，冶煉渣和冰銅由出渣口放出。

圖3 改造后出料口結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)虹吸出鉍口出現(xiàn)異常情況時(shí)，仍可按原工藝從出渣口放鉍。

2.3 效果分析

出料口改造后，由于渣、鉍分別出料，大大改善了熔煉效果：（1）10 min即可順利放鉍完成，大大簡(jiǎn)化了出鉍操作，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率；（2）避免了由于大量粗鉍滲透進(jìn)爐底反拱，引起對(duì)反拱磚的損害，大大延長(zhǎng)了爐齡，減少了反射爐內(nèi)耐火材料的吸鉍量；（3）沉淀池的設(shè)置，有利于粗鉍的沉積，提高渣鉍分離效果；（4）粗鉍內(nèi)幾乎無(wú)覆蓋渣，提高了粗鉍品位以及熔煉和精煉的直收率。改造前后各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 出料口改造前后各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

3 進(jìn)料口改造

3.1 原理

反射爐內(nèi)熱傳導(dǎo)包括物料物理顯熱，物料間的化學(xué)反應(yīng)熱與燃料的燃燒熱。隨爐料帶入爐內(nèi)的物理顯熱和爐料各組分間的化學(xué)反應(yīng)熱不大，在總的熱收入中只占15%～20%，80%～85%的熱主要來(lái)自煙煤的燃燒。反射爐內(nèi)傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射三種傳熱方式同時(shí)存在，燃料燃燒產(chǎn)生高溫，熾熱氣體在爐內(nèi)流動(dòng)時(shí)，將熱量直接傳給爐料，熾熱的爐頂、爐膛，將熱量間接地傳給物料［1］。

3.2 進(jìn)料口改造

進(jìn)料口改造前后結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。將原來(lái)的兩個(gè)加料口都在中線上，改為兩個(gè)加料口交叉置于中線兩側(cè)，增大了高溫爐氣對(duì)流傳熱系數(shù)，提高了熱利用率。在爐料未化平前，爐氣作為流體，層流與紊流并存，且以紊流為主。當(dāng)流體呈紊流時(shí)，紊流主體的傳熱以熱對(duì)流為主，且流體紊流程度越大，層流邊界層的厚度就越小，對(duì)流傳熱系數(shù)就越大［2］。進(jìn)料口位置的改變實(shí)質(zhì)上就是增加了爐氣的紊流程度。從熱傳導(dǎo)的角度來(lái)講，交叉位置使得爐料與高溫火焰的直接接觸面積增加、溫度梯度增大，從而傳熱效率提高（傅里葉定律）。

圖4 進(jìn)料口位置結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 效果分析

改變進(jìn)料口的位置，爐料化平的時(shí)間減少25%，煙煤消耗量有所減少，取得了良好的節(jié)能降耗效果。由于具備良好的高溫條件，爐結(jié)量也有所降低，進(jìn)料口改變前后各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 改變進(jìn)料口前后各相關(guān)指標(biāo)變化

4 結(jié) 語(yǔ)

1.通過(guò)鉍熔煉反射爐進(jìn)出料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對(duì)該公司鉍冶煉廠2＃鉍反射爐進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗、延長(zhǎng)爐齡、提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的效果。

2.通過(guò)增加沉淀池、虹吸出鉍口，反射爐開(kāi)爐投鉍量由20 t降低到12 t，爐內(nèi)耐火材料吸鉍量減少8 t，渣含鉍下降到0.05%～0.2%，鉍的直收率明顯提高。

3.改變進(jìn)料口的位置，爐齡提高到120～200爐，最高達(dá)到了300爐，爐料化平的時(shí)間減少1 h，煙煤消耗量減少了0.2～0.5 t／爐。

［1］ 汪立果.鉍冶金［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1986.

［2］ 唐謨堂，李運(yùn)姣.冶金設(shè)備基礎(chǔ)：傳遞原理及物料輸送［M］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2003.

Study on Structure Optim ization of Reverberatory Furnace Inlet System in Bismuth Smelting

ZHUWen-ping
（Hunan Shizhuyuan NonferrousMetals Co.，Ltd，Chenzhou 423037，China）

In view of the problems in reverberatory furnace feeding system in bismuth smelting，the paper introduces in detail the principle and schenme of the optimization study about the feeding system structure，and analyzes the effect of implementation.Practice has proved that through the optimization of the structure，it improves the process stability and efficiency，and has a good reference significance for similar reverberatory furnace smelting production.

reverberatory furnace；structure optimization；siphon；sedimentation tank

TF817

：A

：1003－5540（2014）01－0037－03

2014－01－10

朱文平（1968－），男，工程師，主要從事有色冶金科研工作。