铅富氧闪速熔炼炉炉体冷却装置的设计.pdf

2 0 1 2 年4 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／] ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．0 4 ．0 0 7 铅富氧闪速熔炼炉炉体冷却装置的设计 郜伟，王成彦，尹飞，宋元张，郑晓斌 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 7 0 摘要我国第一座铅富氧阆速熔炼炉采用了独创的“大三明治”和“立体水冷”新结构，铜水套用量不刭 2 0 0t 。全部国产化制造。生产实践证明，设计出的冷却原件和冷却装置系统安全可靠，耐火材料得到了 有效保护。 关键词铅；闪速炉；冷却装置；铜水套；设计- 中图分类号T F 8 1 2文献标识码B文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 0 4 一0 0 2 7 一0 3 D e s i g no fC o o l i n gD e v i c eo fL e a dO x y g e n - E n r i c h e dF l a s hS m e l t i n gF u r n a c e G A 0W e i ，W A N GC h e n g y a n ，Y I NF e i ，S O N GY u a n - z h a n g ，Z H E N GX i a o - b i n B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ef i r s tw h o l l y - h o m e b r e dl e a do x y g e n e n r i c h e df l a s hs m e l t i n gf u r n a c ei nC h i n aa d o p t e da no r i g i n a ln e ws t r u c t u r e ，i ．e ．b i gs a n d w i c ha n ds t e r e o s c o p i cw a t e rc o o l i n g ．T h ec o p p e rw a t e rj a c k e tc o n s u m p t i o n w a sl e s st h a n2 0 0ta n dc o u l db ed o m e s t i c a l l ym a n u f a c t u r e d ．T h ep l a n tp r a c t i c er e s u l ts h o w st h a tt h ed e s i g n e dc o o l i n ge l e m e n t sa n dc o o l i n gd e v i c es y s t e ma r es a f ea n dr e l i a b l e ，a n dt h er e f r a c t o r ym a t e r i a l sa r ee f f e c t i v e l yp r o t e c t e d ． K e yw o r d s l e a d ；f l a s hs m e l t i n gf u r n a c e ；c o o l i n gd e v i c e ；c o p p e rw a t e rj a c k e t ；d e s i g n 铅富氧闪速熔炼法是由北京矿冶研究总院和灵 宝市华宝产业有限责任公司合作研发的[ 1 ] ，主体设 备由闪速熔炼炉和还原贫化电炉构成，铅的熔炼和 炉渣贫化还原分别在2 台装置中联合完成。铅富氧 闪速熔炼主体的闪速炉由3 部分组成，即带氧焰喷 嘴的反应塔、设有热焦滤层的沉淀池和带膜氏壁的 上升烟道。工艺要求闪速熔炼炉反应塔焦点区温度 13 5 0 - - - 15 0 0 ℃、烟气温度13 5 0 ℃左右；炉内的耐 火材料在高温下受到炉料及烟气的冲刷和化学侵 蚀，需采用布局合理、冷却高效的设施对耐火材料进 行保护，使耐火材料工作温度远离其荷重软化点，达 到长周期稳定运行口] 。 1炉体冷却元件的分布 铅富氧闪速熔炼炉耐火材料冷却装置布置如图 1 所不。 水冷元件主要布置在闪速炉反应塔顶部、塔 体、沉淀池顶部、气相区、渣线区及直升烟道连接部， 还原贫化电炉炉体不设冷却元件。根据不同部位的 结构形式、所受的冲刷和浸蚀程度，采取不同的冷却 方式和位置布置。因此，本反应塔设计采用“大三明 治”结构，沉淀池采用“立体水冷”结构。 2 反应塔水冷结构的设计[ 3 。6 ] 闪速炉反应塔由塔顶和塔体构成，下部和沉淀 池相连，反应塔的炉墙设有水平水套，由于反应区反 应强烈，侵蚀、冲刷激烈，炉墙经常被冲蚀成深沟状， 在该区域的耐火材料如果不进行强烈冷却的话就有 被熔穿的可能【7 ] 。本次设计的闪速熔炼炉反应塔塔 体采用的冷却装置为“大三明治”结构，具体如图2 基金项目国家高技术研究发展计划 8 6 3 计划 资助项目 2 0 0 9 A A 0 6 4 6 0 2 作者简介郜伟 1 9 7 9 一 。男，硕士，工程师． 万方数据 2 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ．．／／y s y l ．b g r i m r n ．o n 2 0 1 2 年4 期 图1铅闪速炉炉型结构水冷件布置示意图 F i g ．1A r r a n g e m e n to fw a t e r - c o o l e d p a r t si nl e a df l a s hs m e l t i n gf u r n a c e ～3 所示，其嵌入水套采用水平铜水套，耐火材料采 用铬镁砖，外壳水套采用钢水套。即塔体采用7 层 圆环型“大三明治”结构的冷却装置，而塔顶采用吊 挂铜水套，塔下部和沉淀池连接部采用闪速炉常见 的倒“F ”锯齿水套。 _ J A 1 一铜水套；2 一耐火材料；3 一外壳钢水套 图2 单层“大三明治”结构示意图 F i g ．2 S k e t c hm a po fm o n o l a y e r “b i gs a n d w i c h ”s t r u c t u r e 新型“大三明治”结构的冷却装置用于闪速熔 炼炉反应塔，使闪速炉熔融物对炉墙的侵蚀冲刷力 大大降低，炉墙的损伤程度减少，维护次数相应减 少，闪速炉整体炉寿命得到提高的同时可减少铜水 套的使用量，并降低反应塔造价。 3 沉淀池水冷结构的设计 铅富氧闪速熔炼炉的沉淀池从上到下分依次分 为气相区、碳还原剂层、渣层、铅冰铜层和粗铅层，其 气相区常年经13 0 0 ～14 5 0 ℃高温烟气的侵蚀和 I l_ I ． I 十 I L 一 4 - 一． I ■ l lI l l l I I I 。＼ [ _ L o陛 一1 ’l 。j溯 图3 “大三明治”结构反应塔示意图 F i g ．3 S k e t c hm a po fr e a c t i o nt o w e r w i t ha “b i gs a n d w i c h ”s t r u c t u r e 激烈冲刷，渣层温度在12 0 0 ℃左右，而炉底粗铅温 度在6 0 0 ℃左右，温度梯度大，同时沉淀池短而小， 床面积只有5 0m 2 左右，使得沉淀池气压波动比较 明显，对闪速炉沉淀池水冷结构的设计提出新的要 求。 以往铜、镍闪速炉沉淀池的炉墙设有水平水套， 但工作区域条件恶劣，反应塔下沉淀池气相区炉墙 经常被冲蚀，甚至熔穿，使闪速炉不能正常生产，必 须在年修时对其进行热补。本设计在闪速熔炼炉沉 淀池气相区的冷却装置采用“E 型”结构，在对耐火 材料进行水冷保护的同时，增强了气相区炉墙的强 度，在炉内压波动剧烈时，使得炉墙不易变形。沉淀 池炉墙水冷结构见图4 ，在气相区安装1 圈“E 型” 水套和I 圈水平水套，渣线区设置l 圈立水套，保护 渣线区耐火材料，粗铅层不设置冷却元件。 为降低熔炼烟尘率，在沉淀池顶部设置了如图 5 所示的渐压式铜水套压舌，形成渐压式“V 型”炉 顶下压烟气，并同时实现对熔池顶部耐火砖的挂渣 保护。 4 直升烟道水冷结构的设计 上升烟道的烟气阻力不能太大，以确保烟气通 万方数据 2 0 1 2 年4 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m r n ．c n 2 9 图4 沉淀池炉墙水冷结构示意图 F i g ．4 S k e t c hm a po fw a t e r - c o o l i n gs y s t e m o fb r i c k w o r ko fm o l t e nb a t h ‘ 图5 沉淀池顶部渐压式铜水套压舌结构示意图 F i g ．5 S k e t c hm a po fg r a d u a lp r e s s i n g c o p p e rw a t e rj a c k e t sf o r m i n gat o n g u es t r u c t u r e i nt h et o po fm o l t e nb a t h 畅排出，否则炉内会出现正压并导致烟气外冒，不但 污染环境，而且～13 0 0 ℃高温烟气还会烧坏炉体 钢结构，缩短炉子寿命E 8 3 。经校核计算，直升烟道入 口烟气速度为3 ．6m ／s ，设计上烟道为方形，为充分 回收热能，全部采用膜氏壁结构，只在沉淀池连接处 使用了倒“F ”铜水套，布置一周 图6 。当烟尘运动 到直升烟道入口处，进入～2 0m 的垂直膜氏壁结构 上升烟道进行热回收的同时，烟气温度逐渐下降至 7 5 0 ℃，烟尘经自然沉降直接返回沉淀池，有效降低 了烟尘率，垂直膜氏壁上设置3 9 组振打装置，避免 烟尘烧结粘壁。 图6 上升烟道水冷结构示意图 F i g ．6S k e t c hm a po fw a t e r - c o o l i n g s y s t e mo fu p t a k ef l u ep i p e 5 铜水套冷却元件的设计制造 处理硫化铅矿的闪速炉，由于烟气中S O 浓度 高，制酸条件好。但烟气中S O 。浓度的提高，发生 在系统露点之下的低温腐蚀是难免的，由于该原因， 闪速炉冷却元件的材质选用紫铜。虽然纯铜质冷却 元件承受荷载能力低，机械强度小，但其抵抗稀酸腐 蚀的性能优良，满足了炉内冷却元件的工作条件。 本设计冷却元件规格形状合理、冷却效果好、能 满足机械强度要求。 冷却元件的单体要求有良好的热传导性和耐稀 酸腐蚀性，价格较低，更需要在长期运行中不发生漏 水、渗水事故。当冷却元件出现漏水时，由于不能立 即从耐火砖中将其拆除，只能对漏水元件停止供水， 维持生产的进行，此时这个冷却元件反而成了炉体 更容易损坏的隐患。所以，判断冷却元件优劣的首 要条件是其安全性，能长期工作而不发生渗漏故障。 其次是其价格和热传导性。由于紫铜是优良导体， 符合要求的冷却元件的导热性相差不大，一般在 1 0 ％以内。 本设计采用预埋铜管式，这种型式的最大特点 是冷却元件在炉内没有多余的孔口，而且进水、出水 管接口也不在炉内，不存在这些孔口和接头在炉内 漏水的隐患。而且，只要常温检验没有漏水情况，在 高温下就不会发生因温度波动又出现漏水的可能 性，具有使用可靠性大的优势。 6结论 采用了独创的“大三明治”和“立体水冷”新结构 设计出的冷却原件和冷却装置系统安全可靠，水冷 效果好，铜水套用量不到2 0 0t ，且全部实现国产化 制造。 下转第3 3 页 万方数据 2 0 1 2 年4 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 3 3 5结论 烟灰破碎分级机整体结构简单，功能多，集破 碎、分级于一体。使用后降低了烟灰治理成本，完成 烟灰块料的在线破碎和在线分级，解决了烟灰闭路 循环回收问题，极大地降低了劳动强度，明显地改善 了工作环境，提高了有价金属的回收率和直收率。 参考文献 1 1 - 1 王成彦，郜伟，尹飞，等．铅冶炼技术现状及我国第一台 铅闪速熔炼炉试产情况[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 1 9 - 1 3 ． [ 2 ] 崔艳东．锅炉排烟温度升高和结灰、结焦的综合治理 口] ．电子安全技术，2 0 0 6 ，8 1 0 1 1 ，2 1 ． [ 3 ] 张思东，陈玉平，唐忠天．清除锅炉烟管积灰方法[ J ] ． 设备管理与维修，2 0 1 l 5 2 2 ． [ 4 ] 岑可法，樊建人，池作和，等．锅炉和热交换器的积灰、 结渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算[ M ] ．北京科学出 版社，1 9 9 4 ． 上接第2 9 页 参考文献 [ 1 ] 王成彦，郜伟，尹飞，等．铅冶炼技术现状及我国第一台 铅闪速熔炼炉试产情况[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 1 9 - 1 3 ． [ 2 3 欧阳红兵．金隆工程闪速炉冷却装置的设计[ J ] ．有色 冶金设计与研究，1 9 9 8 ，1 9 3 4 2 4 7 ． [ 3 ] 刘英刚．闪速炉炉体结构的发展 一 [ J ] ．有色冶炼， 2 0 0 2 。3 1 2 5 3 5 9 ． [ 4 ] 张干．闪速炉结构设计与实践[ J ] ．有色冶金设计与研 究，2 0 0 2 ，2 3 3 1 3 1 5 ． [ 5 ] 葛霖．筑炉手册[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 4 ． [ 6 3 有色冶金炉设计手册编委会．有色冶金炉设计手册 [ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 4 ． [ 7 ] 王临江，周松林，张文海，等．闪速炉沉淀池双层水平铜 水套冷却装置中国，C N 0 2 2 2 8 7 9 7 ．3 [ P ] ．2 0 0 3 - 0 1 - 2 9 ． [ 8 ] 袁精华．金隆闪速炉本体改造[ J ] ．有色金属 冶炼部 分 ，2 0 0 5 1 1 5 1 8 ． 万方数据