金川镍闪速炉中央混合型反调节式精矿喷嘴的研究.pdf

9 金川镍闪速炉中央混合型反调节式 精矿喷嘴的研究 王伟王智 金川公司第一冶炼厂，甘肃7 3 7 1 0 0 摘要通过工业实验．对金川现有精矿喷嘴进行改造研究，利用空气动力学及涡动动力学 的原理。研究开发出中央混合型反调节式精矿喷嘴，有效地降低丁闪速炉的氯单耗并大大提高了闪 连炉的作业率．但在生产实跷过程中仍存在许多同题。需要进一步研究． 美量词镰；闪速炉；精矿喷嘴 中圈分类号T F 8 1 5文献标识码B 在闪速炉的生产过程中，精矿喷嘴的工 作状况对整个闪速炉熔炼的工作状况起着至 关重要的作用，精矿喷嘴的工作状况的变 化，对闪速炉熔炼的生产能力、燃料消耗、烟 灰产出率、冰铜品位的控制，反应风中氧的 利用率，高温熔体对反应塔壁的侵蚀等都会 产生重大影响。因此，如何设计出性能优良 的精矿喷嘴，一直是从业者的重要研究内 容．我们根据金川闪速炉精矿喷嘴的工作状 况，结合对世界各国闪速熔炼炉的精矿喷嘴 的工作原理的分析．研制设计了具有金川特 点的新型闪速炉精矿喷嘴一中央混合型反调 节式精矿喷嘴，并已投人生产应用． 1 金川精矿喷嘴的设计原理 根据空气动力学原理以及涡动动力学原 理，我们在设计精矿喷嘴时．改变了传统精 矿喷嘴在喷出口层流。伞。状轨迹，增强改变 处湍流强度，增强混合强度．并在料管的下 料位置设计了一个环状的突起部分，此部分 的形状与尺寸是根据在其下部形成旋涡的强 度与位置及稳定控制该旋涡的驻涡点而设 计，从而利用旋涡来对炉料与反应风进行充 分混合． 2 金川镍闪速炉精矿喷嘴研究设计 2 ．1 研究方法金川镍闪速炉精矿喷嘴主 要进行了以下几个方面的改进． 首先将精矿喷嘴下料管直径改大，在下 料管内通入部分富氧反应风，用反应风对下 料管内的炉料进行第一级预混合．并在下料 管顶端增加了混风管，从而使炉料在料管四 周较均匀的下料．其混合原理及改造结构如 图l 所示． 圜＼ 围1料管混合过程示意图 作者筒介壬伟 1 9 6 s 一 ．E , i t i 阜l i l ] t i ．． k 。中南工业太学学士．t t j t l - i , l T l l l l l 万方数据 1 0 从图l 中可以看出，当风从料管上部沿切线 方向进入料管后，风呈螺旋状向下运动，进 人料管炉料被风带动也呈螺旋状向下运动， 使炉料沿料管四周均匀分布，避免了以前的 炉料在料管内下料过程中分布不均的状况。 在活动料管头部加装旋涡发生头，使炉 料与反应风利用旋涡进行充分混合，此为第 二级混合。经充分混合后的炉料与反应风喷 入炉内后将人大改善反应条件，同时由于利 用旋涡进行混合，在满足混合要求的情况下 大大降低了反应风的喷出速度，降低了反应 塔内的烟气速度，使炉料的着火点上移，使 炉料在反应塔内的反应时间延长，从而使炉 料的反应更加充分，使反应塔氧的利用率得 以提高．分料锥头也改为旋涡发生头的形 状，并将分料锥头部的物料吹散孔角度由水 平改为倾斜，使分料锥既有进一步对炉料与 反应风进行混合的作用．此为第三级混合。 也同时对反应塔内的反应区进行合理控制。 缩风管 【1 J 2 图2 新旧分料锥头 1 一原分料锥头；2 一改造后分料锥头 从图2 可以看出，原分料锥的吹散压缩 风管是向水平方向吹散的，该分料锥在使用 时如果位置较高，则容易将物料吹到喷出口 处，使喷出口形成粘结，使炉料与反应风的 混合及在反应塔内的分散效果变差；分料锥 如位置较低，则起不到分散作用。且该分料 锥由于分散角度的关系，使精矿喷嘴正下方 处于无料状态，反应塔空间利用不好．改进 后，由于旋涡的作用，使反应塔内的反应空 间得以更充分的利用，使反应更加完全。 2 ．2 金川镍闪速炉精矿喷嘴命名原则改 进后的金川镍闪速炉精矿喷嘴的工作状况调 节主要以以下三种形式 1 通过调节料管内混入的风量来调节 精矿在料管内的混合及在料管中的下料情 况，此部分混合称为中央混合。 2 炉料与反应风的混合利用了旋涡驻 涡原理，其混合强度及喷出速度的调节是在 喷出口处进行的，与其他精矿喷嘴的喷出速 度的调节位于喉1 3 上方进行正好相反，我们 称其为反调节式． 3 分料锥不仅只起分散物料作用，而且 也利用驻涡原理对炉料进行进一步的混台及 对物料向喷嘴中心下方分散起一定作用。 根据以上的工作方式，我们将此种精矿 喷嘴命名为中央混合型反调节式精矿喷嘴。 3 精矿喷嘴改造使用情况及效果 基于以上分析和原理，我们对闪速炉精 矿喷嘴做了大量的改造工作，具体如下 1 径由原设计的2 1 9 r a m 增大至 2 4 5 m m ，以此增大喉口部风速。在料管头部 增添“V 7 型结构，达到调节喷出口风速的目 的及增强扩散的效果； 2 在料管中加入富氧空气，使精矿充分 预混合； 3 分料锥锥头的直径由1 2 0 r a m 增大至 2 0 0 m m ，增大扩散面积； 4 删除原设计的喉口风速调节锥．简化 工艺设施； 5 精矿喷嘴的混合由一级增加到三 级，在喷嘴头部形成涡旋，使精矿与富氧空 气完全混合． 3 ．1 工业试验 3 ．1 ．1 试验目的利用现有闪速炉反应塔， 装入改造后的喷嘴，通过工艺参数的调整， 达到一面正常生产，一面总结试验结果的目 的． 万方数据 3 ．1 ．2 试验方法通过理论计算确定分科 锥及料管锥头的尺寸。 ”首先确定一种分料锥，再配合不同型 号的料管锥头进行试验，每种情况试验一个 月； 2 试验都是在闲速炉正常生产工艺参 数的基础上，尽可能扩大试验范围； 3 通过调节活动料管的调节螺杆达到 调节料管喷出口的风速及喉口风速，试验寻 找最佳工作条件； 4 通过多种不同型号的分料锥及料管 锥头试验，寻找最佳效果的设施及其相互配 合关系，从而确定反应塔加料系统的最佳工 艺设施 5 通过试验确定最佳风量、风速以及 二次风压力． 3 ．1 ．3 试验结果从目前已经试验的四种 料管锥头与原设计料管的氧单耗 图2 可以 看出 2 5 0 2 4 0 篓2 3 0 } 2 2 0 三2 1 0 堪2 0 0 誓1 9 0 1 8 0 圈3不同锥头的氧单耗平均值 I 一原设计；2 一型号生3 一型号l ；4 - 型号生5 一型号2 1 改造后的设施较原设计都有不同程 度的提高； 2 仅从氧单耗角度考察锥头型号二效 果最佳，但在实际生产中反应塔塔顶温度偏 低，喉口结瘤较重，物料在反应塔中的反应 区偏低，因此锥头型号二不是首选； 3 锥头型号四的氧单耗值偏大，氧利用 率仅有8 8 ％，不能人选； 4 锥头型号一和锥头型号三的氧利用 率分别为9 3 ％和9 5 ．7 ％且炉况稳定； 5 根据前四种型号的实验及现场的实 际情况我们又改造设计了锥头型号五和锥头 型号六，进一步的试验有待进行． 3 ．1 ．4 讨论 1 有效地提高了闪速炉的生产作业 率。与试验前相比平均提高4 一1 0 个百分 点。 2 试验各种结构的精矿氧单耗都有不 同程度的降低，平均降低1 1 ～3 6 m3 ／t 矿． 3 反应塔塔顶温度由原来的1 3 0 ～1 6 0 ℃提高至7 0 0 ～8 0 0 ℃，使反应塔的反应 区大大提高，不仅有效地改善闪速炉“下生 料4 的难题，而且彻底解决反应塔精矿喷嘴 喉口部结瘤． 4 在实验过程中，正值闪速炉年度检修 后，大量湿精矿经长时间堆积，板结现象严 重，粒级不能满足闪速炉的技术要求，连续 一个月1 0 0 目以上在1 0 ％左右，通过调整改 造后的喷嘴设施，使闪速炉在较好的炉况下 消化了这该批不合格的精矿。 5 闪速炉在以前的生产过程中，精矿的 氧化镁含量超过6 ．5 ％就很难保证闪速炉的 炉况，生料很难消除，而在实验过程中，精矿 的氧化镁含量平均在6 ．7 ％，最高超过7 ％， 而闪速炉很少出现严重的下生料现象。 6 基本确定了分料锥型号及活动料管 锥头的型号及现有闪速炉最大生产能力和有 待解决的问题。 4 结论 1 改造精矿喷嘴所应用的旋涡混合及 扩散原理正确，效果明显。 2 通过改造使反应塔氧的利用率由原 来的8 6 ％提高到9 5 ％以上。 3 反应塔顶温度由原来的1 3 0 ～1 6 0 ℃提高到7 0 0 ℃～8 0 0 ℃，使反应区高度 扩大，反应塔反应空间利用更加充分。 4 由于反应区的上移使反应塔塔顶温 度提高，彻底解决了反应塔精矿喷嘴喉口部 下转第，8 页 万方数据 8 发，在精矿蒸发阶段，精矿温度无明显变 化，当精矿推进到干燥机的8 ／1 0 处时，精矿 中水分已蒸发完毕，随着精矿的进一步加 热，精矿温度随之上升． 3主要设备 1 干爆机精矿的干燥全部在干燥机 内完成．干燥机由一个不锈钢材质的转子和 固定的外壳组成，转子径向有5 8 组盘管 如 图2 所示 ，盘管的外围装有数量不等的刮料 器． 田2 蒸汽干燥机转子 2 布袋收尘蠢干燥机内精矿中的水 分从精矿蒸发后形成水蒸汽，为满足工艺需 要在干燥机顶部设置了一台布袋收尘器及配 套的排汽风机。为防止布袋内部温度下降。 在布袋侧壁安装了四台电加热器，以保证壳 体温度达9 0 ℃以上． 4 生产实践 4 - 1 参数控捌蒸汽干燥系统运行的目 的，是为闪速炉提供含水 0 ．3 ％的合格铜 精矿．为此，经反复探索．干燥机出口的精 矿温度控制在1 2 0 2 ℃，干燥机内负压控 制在一1 2 0 P a 即可满足要求．随着干燥负荷 的变化，通过调整干燥机出口挡板，即调整 湿精矿在干燥机内的停留时间 脱水时间 来稳定产品干矿的水分． 4 ．2 存在的问题蒸汽干燥系统刚投入试 运行阶段，由于干燥机本身存在的同题及附 属系统 如配料系统及正压输送系统 故障 率高．蒸汽干燥系统运行作业率仅2 5 ％～ 3 0 ％．存在的问题有 ①干燥机盘管上刮料器设计为耐磨油 石，因为太脆，易裂，其支架起谢料作用，寿 命仅3 天； ②干燥机端部刮料器寿命也不长，仅 4 5 ～5 0 天． 4 ．3 改进措施豆效果采用高锰钢代替耐 磨油石，使用寿命达到2 0 天．目前蒸汽干燥 系统运行作业率已提高到9 0 ％，取得了较好 的社会效益和经济效益． 4 ．4 蒸汽干爆系统的优点①运行成本低 因蒸汽干燥系统采用闪速炉废热锅炉所产蒸 汽作为热源，平均1 t 蒸汽可干燥精矿约6 t 。 其冷凝水全部送回废热锅炉，而气流干燥1 t 精矿需耗重油约7 L ． 干燥过程中不产生 S o 烟气。而气流干燥系统会产生少量S O 烟气外排污染大气． 设备少，操作方 便． 上接第l l 页 结瘸问题．缩短了清理结瘤时间，不仅减轻 6 精矿喷嘴的改造及其实验都是在生产 了职工的劳动强度．也使作业率大大提高．现场实施，许多量化的工作及参数有待深入 5 炉料与反应风的混合由以前的单级研究确定．进一步的研究工作由我厂和西北 混合增加到现在的三级混合，为强化熔炼过 工业太学共同进行． 程创造了有利条件． 万方数据