CN101824548A - 直立旋转式冷凝器巨型电炉炼锌新工艺和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直立旋转式冷凝器巨型电炉炼锌新工艺和设备，它采用直立旋转式锌雨冷凝器冷却，使用大直径圆柱形石墨为电极的巨型电炉火法炼锌新工艺，属电炉炼锌技术领域。本发明将锌培砂、焦炭、石英沙和生石灰经配料后混合均匀呈炉料，将硫化锌精矿送入大型电炉中，通过35kv外线经过变压器输送，采用短网和大直径圆柱形石墨电极向电炉内供电加热，电炉内物料在电热能的作用下充分反应，获得气态蒸汽锌炉气和炉渣，蒸汽锌炉气输送到锌雨冷凝器富聚冷凝为液态金属锌，再冷却液态金属锌获得锌锭；锌雨冷凝器中的残余炉气再输送到空塔内经多次洗涤，回收获得锌粉和蓝粉。其工艺热能利用高、产量高、直收率回收率高、劳动强度低，作业环境好，简化工艺流程，污染小、建设快、指标好、节约投资31％的电炉炼锌新工艺。

Description

直立旋转式冷凝器巨型电炉炼锌新工艺和设备

技术领域：

本发明涉及一种采用直立旋转式锌雨冷凝器冷却，使用大直径圆柱形石墨为电极的巨型电炉火法炼锌新工艺，属电炉炼锌技术领域。

背景技术：

锌的冶炼方法一般可分为两大类：一类为火法炼锌，另一类为湿法炼锌。火法炼锌：冶炼锌的第一步必须对硫化锌精矿进行焙烧，所得到的不含硫的焙烧矿与碳质还原剂混合，加热到1100℃左右时，锌被还原出来。锌的沸点为907℃，故锌成气态被引入冷凝器内冷凝为液体锌，再铸锭成产品。火法炼锌中有蒸馏法，鼓风炉法，电热法。电热法炼锌的特点是利用电能直接加热炉料，还原出的锌呈气态随烟气经冷凝成锌，电热法炼锌又分为两种：一种为电阻炉，又称为电热竖罐；另一种为电弧电阻炉，电炉炼锌即属于后一种。

现有锌雨冷凝器中的转子叶轮只有一个，都是倾斜式安装，工作时锌雨冷凝器中的转子叶轮与锌液面呈45°夹角，转子叶轮高速传动扬起一层锌雨帘，让溢起或者扬起的液态锌雨帘充分与蒸气状态的锌炉气接触，尽快将蒸气状态的锌变为锌雨(液态锌)，落入冷凝器内.但这类锌雨冷凝器只能安装一个转子叶轮，若要提高效率和产量，只有添加锌雨冷凝器的数量，造成冷凝室结构复杂，容易堵塞，影响产量和直收率；另一方面，倾斜式安装的转子叶轮因转动状态下转子叶轮重心点地不停变化，其转动平稳性差，且转子叶轮安装难度大，工作时转子叶轮实际只有两片浸入到锌液中，高速转动转子叶轮扬起的锌雨帘，只有一半与含有炉气接触，另一半不能与锌雨接触，冷凝效率低。单台电炉的产量小，电炉炼锌企业不能形成规模。这类单台电炉生产粗锌量，最大的仅能年产5000吨。

此外，现有炼锌电炉是圆形电炉，其炉体炉膛容积小，单台电炉产量低，如要提高产量，只有增加总体电炉数量来解决，其耗能多，投资大，生产成本高。此外这类炼锌电炉使用的电极都为三角形(从横截面看)，但三角形的石墨电极更换困难，实际生产操作也不安全。

发明内容：本发明的目的在于克服上述现有炼锌工艺和设备的不足，发明通过35Kv外线经过变压器输送，采用短网和石墨电极向炉内供电加热，将硫化锌精矿送入巨型电炉中进行焙烧，电炉内矿石物料在电热能的作用下充分反应，由液态变为蒸发锌气体，经过电炉加热产出锌锭的巨型电炉立式旋转火法炼锌工艺，其工艺热能利用高、产量高、直收率回收率高、劳动强度低，作业环境好，简化工艺流程，污染小、建设快、指标好、节约投资31％的电炉炼锌新工艺。

本发明目的在于发明一种实现上述工艺的设备，则发明大直径圆柱形石墨电极巨型电炉，该电炉炉体炉膛为长方形密封腔体，每个电炉炉体炉膛内装有多个石墨电极，通过35Kv外线经过变压器输送，采用短网和石墨电极向炉内供电加热，将送入电炉硫化锌精矿焙烧，获得蒸气锌的大直径圆柱形石墨电极巨型炼锌电炉，该电炉减少焙烧过程中更换电极的难度，让员工操作更安全可靠，整个电炉占地面积小、能耗少、单台电炉产量更高。

本发明目的还在于发明一种实现上述工艺的设备，则发明将锌雨冷凝器中的转子叶轮垂直安装在密封锌雨冷凝器内部，让转子叶轮工作时更平稳，转子叶轮安装和拆卸都方便，冷凝效率高，可在一个密封锌雨冷凝器内同时装多个转子叶轮，每个转子叶轮都各自分别转动，相互不存在影响，解决了电炉炼锌工艺的瓶颈，让锌雨冷凝器的冷凝效率大大提高的直立旋转式锌雨冷凝器。

本发明直立旋转式冷凝器大型电炉炼锌新工艺是：将锌培砂、焦炭、石英沙和生石灰经配料后混合均匀呈炉料，送入大型电炉(1)内培烧，获得气态蒸汽锌炉气和炉渣，蒸汽锌炉气输送到锌雨冷凝器(2)冷凝后富聚为液态金属锌，冷却液态金属锌获得锌锭；锌雨冷凝器(2)中的残余炉气再输送到空塔(3)内经多次洗涤，回收获得锌粉和蓝粉。

35KV外线经变压器输送，采用短网和圆柱形石墨电极向大型电炉(1)内供电加热，加入到大型电炉(1)内的炉料经过电加热转化为汽体状态的蒸汽锌炉气，通过大型电炉(1)内密闭的炉气出口，将炉气输送到直立旋转式锌雨冷凝器(2)内，锌雨冷凝器(2)顶部采用铸铁板密封并在铸铁板开孔，孔内垂直安装有转子叶轮(26)，转子叶轮(26)高速转动时产生的伞状锌雨将汽态蒸汽锌凝聚为液态金属锌，液态金属锌落入锌雨冷凝器(2)底部锌液池内。大型电炉(1)炉膛呈长方形密封腔体，其内装有三根直径在200-800毫米的圆柱形石墨电极(12)，每根石墨电极(11)单独以一个电控柜连接；锌雨冷凝器(2)内并排垂直安装有三个转子叶轮(26)，每个转子叶轮(26)单独以一个电动机(23)连接。

本发明直立旋转式冷凝器大型电炉由石墨电极(12)、连接导线板(13)、电炉炉体炉膛(11)、炉气出口(14)和进料管(16)组成，石墨电极(12)通过连接导线(13)与电源相接，在电炉炉体炉膛(11)侧部有观察孔和出渣口，电炉炉体炉膛(11)为长方形密封腔体，在电炉炉体炉膛(11)上方并排开有至少两个石墨电极(12)接入插口，每个石墨电极(12)接入插口装有一个石墨电极(12)，电炉炉体炉膛(11)上部接有进料管(16)。

石墨电极(12)两个圆弧状连接卡箍(15)卡紧，圆弧状连接卡箍(15)与连接导线(13)连接，每根石墨电极(12)能随圆弧状连接卡箍(15)上下移动，每个圆弧状连接卡箍(15)外周边有冷却水套(18)。

锌雨冷凝器密封状炉膛一端与火法电炉的蒸汽锌炉气出口(14)相接，另一端与冷凝空塔(3)相接，皮带轮(263)与电动机(23)之间通过三角皮带(27)传输动力，在锌雨冷凝器密封炉膛(21)内垂直安装有至少两个转子叶轮(26)，转子叶轮(26)上装有石墨叶轮(262)的一端伸入密封炉膛底部锌液池(22)中，转子叶轮(26)装有皮带轮(263)的另一端位于锌雨冷凝器密封炉膛(21)外部上方。

本发明直立旋转式冷凝器密封状炉膛为长方形形状，密封状炉膛(21)内底部为锌液池(22)，密封状炉膛底部锌液池(22)中各个转子叶轮(26)之间位置有桥式挡墙(211)，密封状炉膛(21)外周壁有一圈锌液池外循环出料槽，锌液池外循环出料槽与密封状炉膛内的锌液池(22)相通，锌液池(22)底部放置有数根冷却循环管，锌雨冷凝器密封状炉膛内最好在相同间隔位置，串联放置3个转子叶轮(26)。

转子叶轮(26)由铸铁支架(261)、石墨套管(264)，上部主轴(265)、下部主轴(266)、石墨叶轮(262)和皮带轮(263)构成，铸铁支架(261)上部装有上部主轴(265)，上部主轴(265)端头装有皮带轮(263)，铸铁支架(261)下部装下部主轴(266)，下部主轴(266)端头装有石墨叶轮(262)，下部主轴(266)上套接有石墨套管(264)，上部主轴(265)与下部主轴(266)在铸铁支架(261)位置通过销活动连接。

石墨叶轮(262)内孔有两个台阶(2621)，两个台阶的内孔壁上有螺纹(2622)，内孔壁上的上台阶螺纹与石墨套管(264)连接，内孔壁上的上台阶螺纹与与下部主轴(266)连接，石墨叶轮(262)外壁有三个伸出的叶轮片(2623)；石墨叶轮(262)外壁的叶轮片(2623)相对于石墨叶轮(262)轴呈35°-60°β斜角，每个叶轮片(2623)伸出部位呈凹形弧状。

本发明锌雨冷凝器(2)通过管道与多级洗涤空塔(3)相接，各个空塔(3)之间通过管道相互连通。

本发明工艺一方面是每台电炉炉膛呈长方形密封腔体，让单台电炉炉体炉膛中能并排放置内装有三根直径在200-800毫米的圆柱形石墨电极(12)，每根石墨电极(11)单独以一个电控柜连接，这样每根石墨电极(1)在更换时间短、不会影响整个大型电炉炉膛内的温度，提高单台电炉的热利用率和单台电炉，炼锌产量，降低生产成本，其石墨电极消耗仅为6公斤/吨。另一方面，锌雨冷凝器(2)内并排垂直安装有三个转子叶轮(26)，每个转子叶轮(26)都各自与一个电动机单独连接，每个转子叶轮(26)都高速转动，在锌雨冷凝器(2)内腔中产生的伞状均匀锌雨帘，让锌雨冷凝器中蒸汽锌迅速富聚或凝聚为液态金属锌，提高锌雨冷凝器冷凝效率，回收率相应提高三个点，产品合格率达到98.9％，解决了电炉炼锌工艺的瓶颈问题，为大型电炉工业化发展奠定了基础，具有较好的社会经济效益及市场应用前景。

本发明工艺具有：热能利用高、产量高、直收率回收率高、劳动强度低，作业环境好等优点，采用本发明工艺生产锌，其年生产能力超过了万吨以上，是一种火法炼新新工艺。

本发明大型电炉工作原理是：通过35KV外线经过变压器输送，采用短网和石墨电极向巨型电炉内供电加热，电炉内的物料在电热能的作用下充分反应，让加入电炉内的炉料经过电加热转化为汽体状态的蒸汽锌炉气，通过炉气出口处，将炉气输送到直式锌雨冷凝器中。其电炉炉体炉膛由圆形变为长方形密封腔体，因此每个电炉炉体炉膛可以并排放置两个以上的石墨电极，提高每台电炉热利用率。

本发明将石墨电极由三角形变为圆柱形，，从而可以方便地使用圆弧状连接卡箍卡住圆柱状一字形的石墨电极，减少更换、安装石墨电极的难度，让生产工人操作装卸更安全、可靠、快捷。此外在单台电炉炉体炉膛中并排放置多个直径长达200-800毫米范的石墨电极，有利于提高单台电炉的热利用率，降低生产成本，提高单台电炉，炼锌产量，其石墨电极消耗仅为6公斤/吨。

本发明锌雨冷凝器工作原理：冷凝系统是电炉炼锌的重要组成部分。冷凝系统的基本任务有三个：(1)电炉产生的锌蒸气和一氧化碳混合气体在适合于锌蒸气冷凝的最好速度下迅速发散其热量，降低气体温度；(2)使混合气体中的锌蒸气能最大限度地冷凝为液体锌；(3)使混合气体中所含的锌蒸气达到最大限度的回收，以保持最高的直收率和实收率。基于上述任务，一般冷凝器设有两级，即第一冷凝器与第二冷凝器，分成两段。

第一段冷凝器简称一冷，主要将出炉烟气中的锌蒸气冷凝为液体锌。第二段冷凝器又称为二冷，进一步回收混合烟气中所含的锌蒸气。本发明一冷为密闭容器为直立旋转式锌雨冷凝器，又称飞溅式冷凝器。

本发明直立旋转式锌雨冷凝器为密封状炉膛为长方形形状，密封状炉膛一端与火法电炉的锌蒸汽出气口相接，另一端与冷凝塔相接，皮带轮与电动机之间通过三角皮带传输动力。电炉中的锌蒸气通过锌蒸汽出气口通道进入密封状炉膛，密封状炉膛外周壁有一圈锌液池外循环出料槽，锌液池外循环出料槽与密封状炉膛内的锌液池相通，锌液池底部放置有数根水冷却循环管。工作时锌液池装有融化的锌液，转子叶轮垂直安装在锌液池上部，每个转子叶轮一半沉入锌液中，转子叶轮在电机的高速传动下扬起锌雨，转子叶轮连续不断地把液态锌在冷凝器密封状炉膛内扬起飞溅，锌液碰及密封状炉膛顶盖便以锌雨状折回形成锌雨，当炉气中的锌蒸气通过锌雨时即以锌雨为核在迅速冷凝，因而锌蒸气可快速地冷凝为液态锌聚集落入锌液池。

本发明将转子叶轮垂直安装在锌液池的上部，垂直安装的转子叶轮在高速转动时重心始终保持在轴线上，因此无论石墨叶轮是单数叶轮还是双数叶轮，工作时都整根转子叶轮不会左右摆动，从而实现转子叶轮高速转动，提高冷却效率，此外垂直安装的转子叶轮利于装卸，减少转子叶轮安装和拆卸时调整困难，对处理含锌浓度较低(10％-50％)的炉气具有良好效果。

本发明该技术与传统湿法炼锌相比，具有锌的直收率从传统的86％提高到88％以上，回收率从传统的95％提高到96％。石墨电极消耗6公斤/吨，粗锌品位含锌大于99.4％。具有生产流程短、投资省、建设快、污染小、占地小、指标好等优点。

本发明大直径圆柱形石墨电极巨型炼锌电炉具有结构简单、使用、操作、维修安全方便，有效的提高单台电炉炼锌的产量，单台电炉的年生产能力超过了万吨以上，为大型电炉工业化发展奠定了基础，具有较好的社会经济效益及市场应用前景。

本发明直立旋转式锌雨冷凝器具有优点如下：1、该转子叶轮垂直直立安装，转子叶轮全部浸没在锌液中，转动时受力均匀，扬起的锌雨呈倒伞状，扬锌量大。该转子可以分三级布置。2、锌雨分布均匀，与炉气接触面广，冷凝效果好。3、冷凝效果大大提高，有效的降低了产品中的含铅。4、改善了劳动条件，增加了回收率。5、同比倾斜式转子直收率提高了两个点。

附图说明：

面结合附图所示实施例，对结构作进一步说明，但本发明保护范围不限实施例。

图1为本发明炼锌工艺流程示意图。

图2为本发明工艺流程过程中各设备之间相互连接关系示意图。

图3为本发明大直径圆柱形石墨电极大型炼锌电炉的结构示意图。

图4为图1所示本发明大直径圆柱形石墨电极在型炼锌电炉的A-A剖视方向俯视图。

图5为本发明直立旋转式锌雨冷凝装置的结构示意图。

图6为图1所示本发明直立旋转式锌雨冷凝装置的俯视图。

图7为本发明直立旋转式锌雨冷凝装置中转子叶轮(26)部件的结构示意图。

图8为本发明直立旋转式锌雨冷凝装置中石墨叶轮(262)部件立体图。

图9为图8所示石墨叶轮(262)部件D-D方向剖视图。

图中：1——大型电炉；11——电炉炉体炉膛；12——石墨电极；13——连接导线板；14——炉气出口；15——圆弧状连接卡箍；16——进料管；18——冷却水套。

2——锌雨冷凝器；21——锌雨冷凝器密封炉膛；211——桥式挡墙；22——锌液池；23——电动机；26——转子叶轮；261——铸铁支架；262——石墨叶轮；2621——台阶；2622——螺纹；2623——叶轮片；263——皮带轮；264——石墨套管；265——上部主轴；266——下部主轴；27——三角皮带。3——空塔。

具体实施方式：

按图3和图4所示结构，选址制作密封状巨型炼锌电炉炉体炉膛(11)。电炉密闭炉膛(11)内部全用密度大、抗磨性好、有足够强度的耐火砖，如铝铬砖等砌筑；外部砌一层保温砖，外层可以有钢板制成的水套外壳，保温砖与钢板外壳之间可以衬一层石棉板或硅酸铝纤维毡。为防止锌蒸汽漏出，砖的灰缝应保持小于等于2mm。为防止外壳钢板变形，常增加槽钢或角钢等作为加强筋。电炉炉体炉膛(11)密闭空腔内壁上侧部开有炉气出口(14)，加热获得的含有蒸汽锌的炉气从此炉气出口(14)进入锌雨冷凝器内。电炉炉体炉膛(1)密闭空腔内壁上部开有三个石墨电极接入插口，每个石墨电极(2)接入插口装有一个石墨电极(2)，电炉炉体炉膛(11)上部接有进料管(16)。通过35KV外线经过变压器输送，采用短网和石墨电极(12)向巨型电炉内供电加热，电炉内的物料在电热能的作用下充分反应，让加入电炉内的炉料经过电加热转化为汽体状态的蒸汽锌炉气。

按图5、6、7、8和图9所示结构制作本发明直立旋转式锌雨冷凝器，使用时锌雨冷凝器是一个密闭炉膛(21)。密闭炉膛(21)内部全部使用密度大、抗磨性好、有足够强度的耐火砖，如铝铬砖等砌筑；密闭炉膛外部砌一层保温砖，最外是一层钢板制成的水套外壳。保温砖与钢板外壳之间衬一层石棉板或硅酸铝纤维毡。为防止锌液漏出，砖的灰缝应保持小于等于2mm。为防止外壳钢板变形，常增加槽钢或角钢等作为加强筋。锌雨冷凝装置密封状炉膛(21)内底部为锌液池(22)，靠冷凝装置(21)进口端有一挡墙，锌蒸气从该挡墙下部导入密封状炉膛(21)内的冷凝室。在冷凝室的内部有一隔墙又称挡灰墙。将冷凝室分为前室和后室两部分，其作用在于挡住后室中浮于锌液面的锌灰流入前室内，以防磨损转子叶轮(26)。而两室的液体锌则可从密闭炉膛(21)侧墙下经过侧旁设置的锌液池(22)流至冷凝后室。液体锌的循环方式为前室→锌液池→后室→转子叶轮→前室，又称为外循环。冷凝装置密封状炉膛(21)外周壁有一圈锌液池外循环出料槽，侧旁设置的锌液池外循环出料槽作用大致有两种：一是放入U形冷却管冷却锌液，使锌液保持一定的温度；二是放出锌液铸锭。该锌液池外循环出料槽设有一个或者多个放锌溜槽(又称出锌口)，锌液池外循环出料槽中锌溜槽(出锌口)的高度决定于液锌池中锌液面的高度。锌溜槽高度主要是保持该锌液池(22)内锌的的液面平稳，放锌适宜。从锌液锌溜槽(又称出锌口)可以就定时或连续地放出并铸锭。

本发明冷凝装置所用转子叶轮(26)中的上部主轴(265)通过三角皮带(27)与电动机(23)相连。下部主轴(266)穿过一个比下部主轴轴外径稍大的石墨套管(264)堵芯中心孔(起着轴承的作用)。石墨叶轮(262)则安装在下部主轴(266)末端端头。石墨套管(264)堵芯是用四个螺丝在内表面紧扭在一个铸铁支架(261)圆盘上。圆盘与石墨套管(264)堵芯之间敷上石棉绝热板，在石墨套管(264)堵芯与圆盘连接处有一凹槽，嵌入石棉绳，圆盘又用角钢与传动滚珠轴承套座连接在一起，然后用耐火泥将露铁部分抹上，防止锌液侵蚀。

从横截面看，石墨叶轮(262)外壁有三个对称分布的叶轮片(2623)。每个叶轮片(2623)伸出的一段距离，每伸出叶轮片(2623)相对于石墨叶轮(262)轴有一个35°-60°β斜角边，每个叶轮片(2623)伸出部位的中部呈凹弧形状。凹弧形状有利于让锌液扬起。

锌液池(22)底部的桥式挡墙(211)作用是：如果三个石墨叶轮(262)中的一个石墨叶轮(262)在高速转动状态下突然从下部主轴(266)连接处脱落后，两侧的桥式挡墙(211)能将脱落后的石墨叶轮(262)挡住，防止脱落后的石墨叶轮(262)打中侧边正在高速转动的其余两个石墨叶轮(262)，避免造成锌雨冷凝装置整体无冷却、减少停产检修现象发生。

按图1所示工艺流程，准备各种配料(具体比例详见图1中的记载)。按图2所示进行设备连接并安装设备。

电炉炼锌还原挥发熔炼锌的目的就是从锌焙烧矿或锌的氧化矿中还原氧化锌，得到的气态锌进入冷凝系统得到液态金属锌，在此过程中同时还得到了一种溶体，该溶体主要由炉料的金属和非金属氧化物或冶金过程中生成的氧化物组成，这种溶体就称为熔渣或炉渣。

本发明工艺炉渣是电炉炼锌过程中的一种必然产物，熔炼时产生的炉渣约占炉料量的25％—80％，冶炼过程中能否正常进行，冶炼的技术指标和经济效益很大程度上取决于渣型选择是否合理。

1、炉渣在电炉炼锌中的作用：

(1)把炉料中的无价值组分在熔炼过程中集中在一起，以便分离出其中的有价成分。

(2)炉渣是一种介质，进行着许多重要的冶金反应。

(3)炉渣是电阻发热体，为冶炼提供所需要的热量。

炉渣在炼锌电炉的熔炼过程中起着尤其重要的作用，“炼锌就是炼渣”表述的非常确切。

2、渣型的选择：

(1)应满足冶金过程的要求。

(2)炉渣的熔炼要与冶炼过程相适应。

(3)最低的造渣费用。

(4)要求炉渣黏度要小，流动性好。

(5)具有适宜的酸碱度，腐蚀性要小。

a、硅酸度K常用以下计算公式：

$K=\frac{\mathrm{\ΣOSi}{O}_2}{\mathrm{\Σ}(\mathrm{OCao}+\mathrm{OMgo}+\mathrm{OFeo})}$

当：K＜1时，炉渣呈碱性；

    K＝1～1.4时，呈中性；

    K＞1.4时，呈酸性。

b、碱度R常用以下公式计算：

$R=\frac{\mathrm{mCaO}+0.7\mathrm{mMgo}}{0.94m\left(\mathrm{Si}{O}_2\right)+0.18m\left(A{l}_2{O}_3\right)}$

当：R＞1时，炉渣呈碱性；

    R＝1时，炉渣呈中性；

    R＜1时，炉渣呈酸性。

在生产实践中，R值控制在0.9-1.0之间，K值在1.2-1.4之间，炉渣的外表有时可以大致判断出炉渣的酸碱度；酸性渣溶体的粘度大，可以拉成细长的丝，凝固时呈玻璃状。碱性渣粘度小，不能拉丝，凝固时易结晶。

炉渣的酸碱度对炉子的耐火材料的选择是非常重要的。因为碱性炉渣只能用于碱性耐火材料所筑的炉子，酸性炉渣只能用于酸性材料所筑的炉子。否则会引起炉衬的严重腐蚀。

炉料与配料计算：炉料计算要根据焙砂、焦炭及熔剂(石灰、石英砂)的化学成分，经计算确定配料量，以配出适合电炉熔炼的渣型，使炉渣具有合理的化学组成、酸碱度、较低的熔化温度、黏度及良好的流动性，以期炉内反应良好，渣中锌含量低、产量高，对炉衬的侵蚀性最小。

1、原始条件

(1)焙砂成分。由焙砂物相组成见表1。焙砂物相组成见表3。

(2)焦炭成分选取。焦炭成分来自生产实测数据，见表2。

(3)石灰成分。石灰成分选用表4中所列数据。

(4)石英砂。石英砂的成分用表5中所列数据。

表1：焙砂化学成分

表2：焦炭成分

表23焙砂物相组成

表4石灰成分

表5石英砂成分

2、炉料计算

以100kg焙砂为基础进行计算。

焙砂的化学成分及物相组成在还原过程中除ZnS未被还原外，ZnO(包括与SO₃、Fe₂O₃、SiO₂结合的ZnO)全部被还原，Pb、Cd、Cu的氧化物全部被还原，Fe的氧化物全部被还原成FeO，其中30％被继续还原成金属Fe。

[a]还原剂焦炭的需要量计算

(1)还原ZnO所需的C量x₁：

ZnO中Zn量：39.97+0.392+0.836+0.418＝41.616(kg)

41.616÷67.73×100＝61.444(kg)

ZnO+C→Zn+CO

65.38   12

61.444  x₁

$x_1=\frac{12\×61.444}{65.38}=11.278\left(\mathrm{kg}\right)$

此式为按焙砂中的Zn除ZnS外全部被还有计算出的所需C量。

(2)还原PbO所需要的C量x₂：

被还原的Pb量包括焙砂中的PbO、PbSO₄中的全部Pb量：

0.05+0.10＝0.15(kg)

0.15÷67.73×100＝0.221(kg)

PbO+ C→Pb+CO

207.2    12

0.221    x₂

$x_2=\frac{12\×0.221}{207.2}=0.013\left(\mathrm{kg}\right)$

(3)还原CdO所需C量x₃：

被还原的Cd量：0.022(kg)

CdO+C→Cd+CO

112.4  12

0.022  x₃

$x_3=\frac{12\×0.022}{112.4}=0.002\left(\mathrm{kg}\right)$

(4)还原CuO所需C量x₄：

被还原的Cu量：0.484(kg)

CuO+C→Cu+CO

63.54   12

0.484   x₄

$x_4=\frac{12\×0.484}{63.54}=0.091\left(\mathrm{kg}\right)$

(5)还原Fe₂O₃为FeO所需C量x₅：

被还原的Fe₂O₃中之Fe量为0.714÷67.73＝1.054％，即每100kg焙砂中Fe量为1.054kg

Fe₂O₃+3C→2FeO+CO

2×55.84     3×12

1.054        x₅

$x_5=\frac{12\×1.054}{2\×55.84}=0.113\left(\mathrm{kg}\right)$

(6)还原Fe₃O₄为FeO所需C量x₆：

被还原的Fe₃O₄的Fe量为5.026，故100kg焙砂其Fe量为：

5.026÷67.73×100＝7.421(kg)

Fe₃O₄+C→3FeO+CO

3×55.84  12

7.421     x6

$x_6=\frac{12\×7.421}{3\×55.84}=0.532\left(\mathrm{kg}\right)$

(7)还原FeO为金属Fe所需C量x₇：

还原FeO之Fe量：根据生产实践数据，电炉炼锌过程中，总Fe量的30％被还原成金属，余Fe均呈FeO形态存于渣中。故此Fe量为：

8.475×30％＝2.543(kg)

FeO+C→Fe+CO

55.84  12

2.543  x₇

$x_7=\frac{12\×2.543}{55.84}=0.546\left(\mathrm{kg}\right)$

还原100kg焙砂中的各组成部分所需要的理论碳量x₀：

x₀＝x₁+x₂+x₃+…+x₇

＝11.278+0.013+0.002+0.091+0.113+0.552+0.546

＝12.575(kg)

(8)还原100kg焙砂各组分所需焦炭量x：

所需固定碳量：12.575(kg)

焦炭含固定碳C％＝78％

所需焦炭量

$x=\frac{x_0}{C\%}=\frac{12.575}{78\%}=16.122\left(\mathrm{kg}\right)$

在生产实践中，考虑焦炭的利用率、实际组分与理论组分的差别及分析上的误差等因素，实际分配焦炭量比理论量过剩8％，故实配焦炭量为：

X_op＝16.122×108％＝17.4(kg)

[b]熔剂用量的计算

首先将100kg焙砂与17.4kg焦炭中的CaO、SiO₂的含量计算出来：

CaO：2.42+0.125＝2.545(kg)

SiO₂：3.63+1.582＝5.212(kg)

CaO：SiO₂＝0.488

上述配料若不加CaO，则产生的渣熔酸性太强，不但严重侵蚀炉衬，而且炉渣的黏度大，流动性不好，不利于操作，渣中锌含量高。故必须用加入CaO调整渣型。根据炼锌电炉所使用的炉衬为铝铬耐火砖，只适用于中性渣，即R＝0.9~1.05，K＝1.0~1.4.根据生产经验选取：

CaO：SiO₂＝0.94

设加入CaO量为x₁，CaO附加为SiO₂为0.1x₁

则 $\frac{2.545+x_1}{5.212+0.1x_1}=0.94$

5.545+x₁＝0.94(5.212+0.1x₁)

0.906x₁＝2.354

x₁＝2.598(kg)

需加入石灰量为x：

$x=\frac{x_1}{78\%}=\frac{2.598}{0.78}=3.33\left(\mathrm{kg}\right)$

石英砂不加，此配料比为：100∶17.4∶3.33

[c]混合炉料各化学成分重量计算：

Zn：61.75(kg)

Pb：0.221(kg)

Cd：0.022(kg)

Cu：0.484(kg)

S：0.443+0.174＝0.617(kg)

Fe：

$8.475+0.204\frac{55.84}{71.84}+0.017\frac{55.84}{71.84}=8.475+0.159+0.013$

$=8.647\left(\mathrm{kg}\right)$

SiO₂：3.63+1.582+0.316＝5.528(kg)

CaO：2.42+0.125+2.598＝5.143(kg)

MgO：0.242+0.063+0.117＝0.422(kg)

Al₂O₃：0.363+1.065+0.05＝1.478(kg)

O₂：18.91+0.045+0.004＝18.959(kg)

C：13.572(kg)

其他：3.04+0.093+0.232＝3.365(kg)

开、停炉及常见故障处理

开炉：

1、开炉的必备条件

联动试车正常。

原料、辅料各种必用材料，工具到位，且达到规定要求。

操作工人培训合格，劳保用品配置齐全，安全设施达到要求。

2、烘炉

烘炉是开炉的第一步，电炉的耐火材料都采用湿砌，为了保证炉子的砌筑质量，延长炉衬使用寿命，保证投料以后炉状的正常，凡是新砌或大修后在炉体必须认真而严格的烘烤。

烘炉共分为三个阶段：

低温烘炉阶段：低温烘炉的作用主要是烘干炉内衬砌体的物理水，烘烤温度在常温到300℃左右，时间一般控制在8-10天。

中温烘炉阶段：此阶段主要以烘干结晶水为目的，温度控制在300-600℃，时间需6-8天。

高温烘炉：此阶段烘炉的主要目的是：a烘去残余结合水；b将砖缝的泥浆烧结；c使砖缝隙充满高熔点炉渣，根据实践经验，此阶段即为电弧烘炉和化渣洗炉。

3、投母渣并起弧化渣

将选定好合适的母渣，经烘干或晒干后从加料机加到炉内，铺平后到入孔门下部100mm左右为宜。在底渣上面极心圆的范围铺上一层100mm厚粒度为5-10mm的焦粒，焦粒上每两根电机的正下部位两两相连放三根16-20mm的元钢或罗纹钢，以便于起弧。

化渣期间不准停电，把电极下端放至与焦粒接触非接触的位置，将夹持器放至提升装置上部极限，然后即可合高压，按提供的电流、电压起弧化渣时间为48小时左右。

4、投母锌并投料生产

在化渣完成的前8个小时开始化锌，母锌完全熔化且有一定温度后开始舀锌，同时启动螺旋加料机开始加料，这时的料量应为正常料量的一半左右，要求舀入一冷的母锌量必须能够封住一冷的锌液回流洞。锌液舀完后，清理冷凝室内锌液面上的浮渣，安装石墨转子，待有一定炉气后立刻开启转子，盖立管正常生产。

计划停炉：

停炉一般分为计划停炉和故障停炉。停炉前3-5小时停止加料，视炉况决定是先放上渣后放底渣，还是直接放底渣，放完底渣后，将一冷锌液放出铸锭，电极提起待炉子冷后打开入孔门，停炉后炉子要求逐渐冷却，且冷却速度不宜太快，否则会引起电炉内衬砌体发生裂纹，影响炉体的使用寿命。

高压停电：

高压停电造成炉内无功率，应立即停止加料，并将三根电极提离渣面，通知一冷工关掉冷却水，通知电工查找停电原因，如果时间超过12小时，可考虑放渣以免炉渣冻结，同时要用石棉盖在锌液上，对锌液保温。

低压停电：

低压停电导致加料机不能加料，电极不能升降，石墨转子不能运动，低压停电后应立即通知电工检查原因，为免二冷堵塞应拉起立管，用手动装置将电极提起，同时对一冷采取较好的保温措施。

电极断落：

电极断落的原因有：a、电极的内在质量不合格，有裂纹；b、电极的连接不好；c、电极处在高温状况下被氧化；d、电极孔被冷凝锌或氧化锌结死，升降时过于用力而将电极拉断；e、冲炉时加料孔喷火将钢丝绳烧断而断落，电极断落后应立即停电，打开入孔门捞出断落电极。

高、低压同时停电：

高、低压同时停电，导致炉内无功率且所有设备不能运转，这时应先通知电工查找停电原因，把立管拉开，关掉所有冷却水，给炉体和一冷保温，用手动装置将三根电极提离渣面。

二冷放炮：

二冷放炮的原因有：a、由于炉气出口和二水封之间通道结疤堵塞使炉气出口和二水封两者压力差增大；b、二冷部位有漏气处出现负压，吸入空气而导致放炮；c、立管底部被锌蒸气冷凝结死后，当打开方箱时吸入冷空气，与高温炉气中的CO混合而发生放炮，有时可把二水封、三水封打开。

二冷放炮的处理方法：a、首先将二冷水泵停止上水，查找原因对堵塞部位进行彻底清扫；b、将废气阀门关死，立管拉开盖好放炮时打开的水封盖，盖时应从四水封、三水封、二水封逐个盖好，然后开启水泵，盖住立管，恢复正常操作。

冲斜坡或翻渣：

这是电炉炼锌中的恶性事故，一旦发生会直接危害到人身安全，因此要求在实际操作中从各方面入手严禁此类事故的发生，发生这种情况的主要原因有：a、炉料配置不合理，渣型控制不当；b、开炉时炉子没有彻底烘好，炉内潮气大；c、炉料投得过猛，操作不当；d、炉子内部耐火砖或炉墙上的凝结物坍塌，导致炉气突然增大发生冲炉。

发生冲炉的处理方法：首先应对现场着火的东西赶快用水或灭火器扑灭，然后通知修理工和电工检查设备和线路的烧毁情况，并尽快恢复。操作人员应关掉所有冷却循环水，拔出石墨转子，打开一冷盖板，检查锌液池中是否有炉渣，如果有应组织人员尽快清理完，并查看一冷各部位是否有堵塞，对堵塞的部位进行大致清扫，完后把一冷各部位封好通知操作工加料正常生产。

炉壳烧红：

炉内衬长期在熔渣的高温和化学侵蚀下工作，逐渐变薄，损坏，当损坏到一定程度时就会出现炉壳烧红现象。如果一旦发现炉壳烧红，应当立即停炉处理，绝不允许拖延，否则后果不堪设想。

正常生产中判断炉况的依据：

可以从以下几方面进行判断：

a、产锌正常，这说明炉内的反应情况及一冷的冷凝情况都非常好，这是炉况是否正常最直接的表现。

b、炉温正常，表现为炉顶温度立管温度在一定范围内正常波动，不大起大落。

c、电流正常，表现为加料时和加料后电流上升幅度不太大，一般不超过10A，电流摆动也很小。

d、炉压较稳，表现为炉顶压力和二冷压力按正常情况变动，摆动不太严重，压差小于150P^b。

e、渣的流动性，炉渣温度高呈现明亮状态时，渣的流动性好，反之，则渣发红且流动性差。

f、炉内还原气氛的强弱，放渣时若有铁花出现，渣的流动性差，甚至溜槽中有积铁等现象，表明炉内还原性气氛过强，渣面白色的烟雾多、火焰大、渣发红，说明炉内还原性气氛弱。

各岗位操作工应根据这些情况，准确判断炉况，及时分析出现的各种异常情况，做出及时处理。

Claims (10)

1.一种直立旋转式冷凝器大型电炉炼锌新工艺，其特征在于将锌培砂、焦炭、石英沙和生石灰经配料后混合均匀呈炉料，送入大型电炉(1)内培烧，获得气态蒸汽锌炉气和炉渣，蒸汽锌炉气输送到锌雨冷凝器(2)冷凝后富聚为液态金属锌，冷却液态金属锌获得锌锭；锌雨冷凝器(2)中的残余炉气再输送到空塔(3)内经多次洗涤，回收获得锌粉和蓝粉。

2.根据权利要求1所述的直立旋转式冷凝器大型电炉炼锌新工艺，其特征在于35KV外线经变压器输送，采用短网和圆柱形石墨电极向大型电炉(1)内供电加热，加入到大型电炉(1)内的炉料经过电加热转化为汽体状态的蒸汽锌炉气，通过大型电炉(1)内密闭的炉气出口，将炉气输送到直立旋转式锌雨冷凝器(2)内，锌雨冷凝器(2)顶部采用铸铁板密封并在铸铁板开孔，孔内垂直安装有转子叶轮(26)，转子叶轮(26)高速转动时产生的伞状锌雨将汽态蒸汽锌凝聚为液态金属锌，液态金属锌落入锌雨冷凝器(2)底部锌液池内。

3.根据权利要求1或2所述的直立旋转式冷凝器大型电炉炼锌新工艺，其特征在于大型电炉(1)炉膛呈长方形密封腔体，其内装有三根直径在200-800毫米的圆柱形石墨电极(12)，每根石墨电极(11)单独以一个电控柜(4)连接；锌雨冷凝器(2)内并排垂直安装有三个转子叶轮(26)，每个转子叶轮(26)单独以一个电动机(23)连接。

4.根据权利要求1所述的直立旋转式冷凝器大型电炉炼锌设备，其特征在于大型电炉(1)由石墨电极(12)、连接导线板(13)、电炉炉体炉膛(11)、炉气出口(14)和进料管(16)组成，石墨电极(12)通过连接导线(13)与电源相接，在电炉炉体炉膛(11)侧部有观察孔和出渣口，电炉炉体炉膛(11)为长方形密封腔体，在电炉炉体炉膛(11)上方并排开有至少两个石墨电极(12)接入插口，每个石墨电极(12)接入插口装有一个石墨电极(12)，电炉炉体炉膛(11)上部接有进料管(16)。

5.根据权利要求1或4所述的直立旋转式冷凝器大型电炉炼锌设备，其特征在于石墨电极(12)两个圆弧状连接卡箍(15)卡紧，圆弧状连接卡箍(15)与连接导线(13)连接，每根石墨电极(12)能随圆弧状连接卡箍(15)上下移动，每个圆弧状连接卡箍(15)外周边有冷却水套(18)。

6.根据权利要求1或4所述的直立旋转式冷凝器大型电炉炼锌设备，其特征在于锌雨冷凝器(2)密封状炉膛(21)一端与火法电炉的蒸汽锌炉气出口(14)相接，另一端与冷凝空塔(3)相接，皮带轮(263)与电动机(23)之间通过三角皮带(27)传输动力，在锌雨冷凝器密封炉膛(21)内垂直安装有至少两个转子叶轮(26)，转子叶轮(26)上装有石墨叶轮(262)的一端伸入密封炉膛底部锌液池(22)中，转子叶轮(26)装有皮带轮(263)的另一端位于锌雨冷凝器密封炉膛(21)外部上方。

7.根据权利要求6所述的直立旋转式冷凝器大型电炉炼锌设备，其特征在于锌雨冷凝器密封状炉膛(21)为长方形形状，密封状炉膛(21)内底部为锌液池(22)，密封状炉膛底部锌液池(22)中各个转子叶轮(26)之间位置有桥式挡墙(211)，密封状炉膛(21)外周壁有一圈锌液池外循环出料槽，锌液池外循环出料槽与密封状炉膛内的锌液池(22)相通，锌液池(22)底部放置有数根冷却循环管，锌雨冷凝器密封状炉膛内最好在相同间隔位置，串联放置3个转子叶轮(26)。

8.根据权利要求6所述的直立旋转式冷凝器大型电炉炼锌设备，其特征在于转子叶轮(26)由铸铁支架(261)、石墨套管(264)，上部主轴(265)、下部主轴(266)、石墨叶轮(262)和皮带轮(263)构成，铸铁支架(261)上部装有上部主轴(265)，上部主轴(265)端头装有皮带轮(263)，铸铁支架(261)下部装下部主轴(266)，下部主轴(266)端头装有石墨叶轮(262)，下部主轴(266)上套接有石墨套管(264)，上部主轴(265)与下部主轴(266)在铸铁支架(261)位置通过销活动连接。

9.根据权利要求7或8所述的直立旋转式冷凝器大型电炉炼锌设备，其特征在于石墨叶轮(262)内孔有两个台阶(2621)，两个台阶的内孔壁上有螺纹(2622)，内孔壁上的上台阶螺纹与石墨套管(264)连接，内孔壁上的上台阶螺纹与与下部主轴(266)连接，石墨叶轮(262)外壁有三个伸出的叶轮片(2623)；石墨叶轮(262)外壁的叶轮片(2623)相对于石墨叶轮(262)轴呈35°-60°β斜角，每个叶轮片(2623)伸出部位呈凹形弧状。

10.根据权利要求1或2所述的直立旋转式冷凝器大型电炉炼锌设备，其特征在于锌雨冷凝器(2)通过管道与多级洗涤空塔(3)相接，各个空塔(3)之间通过管道相互连通。

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