殷勤生， 于建忠

(白银有色集团股份有限公司第三冶炼厂， 甘肃 白银 730900)

0 前言

白银公司某厂采用密闭鼓风炉炼铅锌工艺，经过多年的探索实践，工艺操作控制日益成熟，但一些问题仍然制约着粗炼产能的有效提高，主要表现在熔炼过程鼓风压力偏高、鼓风量受限、处理量提高困难。企业结合生产实践，对影响鼓风压力的因素进行分析，对鼓风炉风嘴重新进行设计，扩大了风口内筒截面积，鼓风量受限问题得到解决，强化了冶炼效果。

1 鼓风量与鼓风压力

1.1 鼓风量

铅锌密闭鼓风炉的正常鼓风量与风口区面积、风口配置等有关，标准型炼锌鼓风炉底部风口风量一般控制在35 000 m3/h左右。生产实践中，鼓风量主要取决于焦炭燃烧、烧结块质量、炉内结瘤、料面高度及炉体结构等。大风量操作时，焦炭燃烧速度快，熔炼强度大，生产效率高，而炉内热量损失比例相应减小，焦炭还原区域扩大，可获得较高的熔炼温度，降低渣含锌。但风量过大，会使炉内高温区上移，造成炉料过早熔化，炉渣含锌升高，增加动力消耗，不利于熔炼过程的正常进行；同时，由于炉内气流速度过大，粉尘量增加，特别是在料面过低、烧结块强度差、炉内结瘤严重的情况下，冷凝器内浮渣剧增。此外，大风量操作还受到烧结块质量、炉内结瘤所引起的高风压限制，而且鼓风量还需与冷凝分离系统及炉气洗涤系统的设备能力相匹配。

1.2 风口配置

风口配置要同时考虑炉缸单位面积送风量、风口鼓风强度以及风口风窝重叠情况。根据经验，炉缸单位面积送风量不超过2 300 m3/(m2·h)，风口内单位面积的送风量不超过3 000 m3/(m2·h)。为避免炉内形成死区，风口活化区必须侧向重叠。风口数量增加，则每个风口风量减少，风窝尺寸则不够大，风口数量减少则加大了每个风口的风量，风窝重叠区域增加，活化了炉缸中心，综合考虑炉缸面积、风口面积及炉缸活度，16个风口最适合该厂炉型。

1.3 锌产量与送风量

鼓风炉锌产量可由下式表示：

LZn=(V×E×24 h×30 d)/(C/Zn×V/C)

(1)

其中：LZn——鼓风炉锌产量，t/月；

V——平均送风量，km3/h；

E——鼓风炉利用率，%；

C/Zn——碳锌比，t/t；

V/C——送风量与碳之比，km3/t。

锌产量与送风量成正比，但是增加风口送风量会带来一系列问题：(1)炉内压力降增加且波动范围大；(2)粗锌中杂质含量增加；(3)低热值煤气CO含量升高，且碳锌比增加。压力降的增加和波动影响送风强度，造成炉况不稳定，制约了粗炼系统产能水平的进一步提高。

2 降低鼓风压力的途径

2.1 影响鼓风压力的因素

密闭鼓风炉鼓风压力降主要来自于烧结块和焦炭等物料形成料柱产生的阻力、热风管道摩擦阻力及水冷风嘴风口摩擦阻力。料柱阻力和物料的透气性有关，热风管道及风口摩擦阻力与风管直径、空气在风管内的流动状态及风管内壁的粗糙度有关。该厂原料大部分外购，由于原料成分波动大，烧结块热强度等理化指标稳定性差，通过改善料柱透气性降低鼓风压力不易实现；而改变热风管道涉及系统鼓风动能的平衡；通过扩大风口直径则可降低风口摩擦阻力，从而降低鼓风压力，简易可行。

2.2 减小风口摩擦阻力

空气在风管内的流动阻力有空气与管壁间产生的摩擦阻力，以及空气流经风管中的管件(弯头、三通、变径管)时由于流速和方向变化而产生的局部阻力，本文主要讨论摩擦阻力。

根据圆形风管的摩擦阻力计算公式：

式中： ΔPm——摩擦阻力;

λ——摩擦阻力系数；

ν——风管内空气的平均流速，m/s；

ρ——空气密度，kg/m3；

L——风管长度，m；

D——圆形风管直径，m。

由式(2)可知,风口的直径与摩擦阻力成反比，增大风口直径，可以减小风口摩擦阻力，降低鼓风压力。

2.3 鼓风炉风嘴改进

鼓风炉原风嘴风管出口内径Φ127 mm，材质为1Cr18Ni9Ti ，规格Φ140 mm×6.5 mm，L=953 mm。将风嘴风管出口直径扩大至Φ140 mm，规格改为Φ152 mm×6 mm，L=953 mm，风管材质不变，风口风嘴材质由原来的15CrMo改为0Cr25Ni20。风口内筒尺寸由Φ156 mm/Φ168 mm改为Φ168 mm/Φ180 mm；风口外筒尺寸由Φ214 mm/Φ244 mm改为Φ226 mm/Φ256 mm；钢管尺寸由Φ189 mm×4 mm改为Φ201 mm×4 mm，长度由L=850 mm改为L=800 mm。为保证水冷效果，风嘴与内钢管间距由8 mm改为58 mm，水道螺旋线后移50 mm，隔热层设计不变。为不影响风嘴安装，喷淋炉壳风嘴套管内径尺寸增加12 mm，套管倾角保持20°不变。

3 生产实践

3.1 改进效果

3.1.1 鼓风压力

鼓风炉风嘴风管出口内径由Φ127 mm改为Φ140 mm，风管长度保持不变，假设摩擦阻力系数、空气平均流速、空气密度都保持不变，改造后热风流经风嘴的摩擦阻力ΔPm2与改造前热风流经风嘴的摩擦阻力ΔPm1之比为：

ΔPm2/ΔPm1=(λν2ρl/2×140)/ (λν2ρl/2×127)=0.9

摩擦阻力减小，为改造前的90%。

风嘴改造前，鼓风量Q=28 500 m3/h时鼓风压力P=68 000 Pa。假设环境为理想状态，单位时间内所送风量不变，热风温度不变，根据玻马定律P1V1=P2V2，其中V1与V2为气体体积，单位时间内气体体积与流量Q成正比，P1/P2=V2/V1=Q2/Q1=S2/S1即:68 000/P2=π(140/2)2/π(127/2)2，经计算P2≈56 000 Pa。

通过比较风嘴改造前后的摩擦阻力，应用玻马定律进行理论计算可知，在同等风量下风嘴改造后鼓风压力降低10 000～13 000 Pa左右。从改造后实际生产情况来看，当送风量在28 500 m3/h时，鼓风压力在56 000～58 000 Pa，理论计算值得到了实际验证。

3.1.2 鼓风量

风机转速不变的情况下，压力与风量成反比。风嘴改造前，由于鼓风压力偏高，送风量受到限制，造成风口易挂渣、化料慢、焦炭消耗偏高，烧结块处理量无法进一步提高，鼓风炉送风强度仅27 500～28 500 m3/h,烧结块处理量600～620 t/d。风嘴改造后，鼓风压力大幅降低，鼓风炉送风强度达29 000～30 000 m3/h，烧结块处理量达730 t/d，为提高粗铅锌产量创造了条件。

3.1.3 炉渣热焓

炉渣的热焓主要来自于焦炭燃烧产生的热量和热风显热，焦炭燃烧产生的热量占炉内总热量的83%，热风带入炉内的物理显热占总热量的13%。风嘴改造后，鼓入炉内热风量增加，带入炉内的显热也相应增加，单个风嘴风管出口截面积由原来的12 661 mm2增加到15 386 mm2，风嘴风管出口总截面积增加了43 595 mm2，相当于增加了3.4个风嘴。热风流速13 m/s，热风温度950 ℃，热风比热1.401 kJ/(kg·℃)，根据热量计算公式Q=cmΔt，计算每小时热风带入炉内增加的热量为：13×43 595.76×10-6×3 600×1.401×(950-37)=260 975 0 kJ,相当于90 kg焦炭燃烧产生的热量。经监测，炉渣温度升高100 ℃左右，炉缸温度和活度得到提高，化料速度明显加快，铅锌氧化物的还原更为彻底，炉渣含铅锌量降低，金属直收率提高。

3.1.4 炉渣粘度和炉缸还原气氛

炉渣粘度对冶炼反应速率、金属损失、炉衬寿命等有着重要影响，也关系着冶炼过程能否顺利。影响炉渣粘度的主要因素有炉渣组成及渣温，炉渣组成一般较为稳定，因此渣温成为影响炉渣粘度的关键因素。风嘴改造后，入炉热风量较改造前提高20%左右，热风带入炉内大量的显热，使得炉缸还原气氛增强、渣温升高、粘度降低，炉渣流动性变好。

3.1.5 前床分离效果和电耗

密闭鼓风炉炉缸较浅，熔融产物必须经电热前床进行澄清分离。电热前床分离熔体所需的热量由炉渣显热和电极通电发热组成。风嘴改造后，渣温提高100 ℃左右，高温炉渣在电热前床内分离效果显著改善，炉渣及铜锍含铅降低，粗铅品位提高。电热前床耗电量由原来的1.5×104kWh/d降低到1.1×104kWh/d，每月可减少用电量12×104kWh，节约生产成本6万元。

3.1.6 噪音污染

鼓风炉生产区域的噪音污染主要来自于热风总管及支管法兰连接处漏风、看火门漏风。风嘴改造前，由于鼓风压力偏高，连接及密封漏点较多，带压热风外泄产生很大的噪音，虽采取了降噪措施，但未从根本上解决噪音污染问题，既不符合职业卫生健康要求，也存在一定的安全隐患。风嘴改造后，鼓风压力降低，热风泄漏点明显减少，噪音量明显降低，噪音污染问题得到有效改善。

3.2 主要技术经济指标对比分析

改造前后的主要技术经济指标见表1。

表1数据表明，改造后系统产能和主要技术经济指标明显改善提升。

表1 主要技术经济指标对比

3.2.1 处理量和粗铅锌产量

风嘴改进后，鼓风强度达到29 000～30 000 m3/h，统计显示，在同等风量下鼓风炉处理量较原来提高17%左右，在原料主品位较设计指标低3.5%的情况下，粗铅锌日产量较改造前提高37 t左右，全年可多产粗铅锌约11 470 t。

3.2.2 粗铅锌焦耗

焦炭消耗在该厂加工成本中占有很大的比例，其中占加工总成本的31%，占粗铅锌加工成本的62%，因此降低焦炭消耗是降低生产成本的重要途径。风嘴改进前，为确保炉况稳定，焦炭量通常按上限配入，粗铅锌焦耗约为920 kg/t。风嘴改进后，在烧结块锌品位大体相同的情况下，焦炭配比大幅下降，粗铅锌焦炭消耗降低了75 kg/t，按照年产粗铅锌10万t计算，年可减少成本近1 000万元。

3.2.3 直收率和渣含铅锌

新型风嘴应用后，炉缸还原气氛增强，渣温提高，电热前床分离效果较好，粗铅品位提高近3个百分点，铅直收率提高近5个百分点，锌直收率提高近3个百分点，渣含铅锌明显降低。

4 结语

密闭鼓风炉风嘴改造取得了成功，解决了制约鼓风量增加的瓶颈问题，提高了粗炼系统生产水平与技术经济指标，降低了生产成本，提高了企业经济效益，其对相关冶炼企业具有一定的借鉴意义。