铋熔炼反射炉进出料系统结构优化研究

朱文平

（湖南柿竹园有色金属有限责任公司，湖南郴州 423037）

铋熔炼反射炉进出料系统结构优化研究

朱文平

（湖南柿竹园有色金属有限责任公司，湖南郴州 423037）

针对铋熔炼反射炉进出料系统存在的问题，介绍了铋熔炼反射炉进出料系统结构优化研究的原理、方案，并对比分析了实施效果。实践证明，通过反射炉进出料系统结构优化，简化了操作、提高了工艺稳定性和作业效率，对同类反射炉熔炼生产有较好的借鉴意义。

反射炉；结构优化；虹吸口；沉淀池

湖南柿竹园有色金属有限责任公司铋资源丰富，自上世纪九十年代初按年产铋500 t规模建设铋冶炼厂，经过不断改造，目前产能规模达年产高纯铋1 400 t，是国内生产规模最大的铋冶炼企业。铋冶炼生产20多年来，一直采用传统的反射炉熔炼工艺，炉顶中部进料、炉侧共用一个出料口出渣出铋，存在作业间隔时间长、能耗高、粗铋品位偏低等不足。过去曾从组织管理方面进行了一些探索和改进，但效果不佳。针对这些不足，通过分析研究，以提高铋熔炼的热能利用和作业效率为目标，对铋熔炼反射炉进出料系统进行了结构优化和改造，取得了良好的效果，大大改善了铋熔炼的技术经济指标。

1 存在的问题及优化改造思路

该公司铋冶炼厂铋精矿的熔炼采用反射炉生产，因其出渣、冰铜和粗铋都共用同一个出料口，一是炉前工的操作困难，二是由于机械夹带使渣含铋提高、铋直收率降低，粗铋品位降低，增加精炼成本。另外，两个进料口采用在中线分布，使料堆中间高，两边低，热能直接对炉墙冲刷，料堆对炉墙没有起到保护作用，致使炉龄偏低。针对铋熔炼反射炉进出料系统存在的问题，通过相关工艺技术分析研究和参数计算，对铋熔炼2＃反射炉（10 m2）进行了技术改造。一是改渣、铋共用一个出料口为渣、铋分设出料口，并在反射炉内设置铋沉淀池，采用虹吸方式出铋；二是改两个进料口中线分布为中线两侧错位分布，使炉气和热量流向更合理。生产实践表明，铋熔炼反射炉进出料系统结构优化改造后，有利于渣铋分离、提高热利用率、降低能耗，有利于提高炉龄、减少炉结、改善连续熔炼条件。

2 出料口改造

2.1 原理

铋反射炉运行约20年，一直采用传统的出渣、出铋共用同一个出料口的工艺（改造前出料口结构示意图如图1所示）。由于渣、铋共用一个出料口，当熔炼完成后，出料工作只能按顺序进行，先出渣后出铋，作业集中、操作人员劳动强度大、作业效率低。同时由于使用同一个出料口，渣、铋交渗现象普遍，渣内含铋高、粗铋品位低。对此，利用虹吸原理，在靠近炉尾处的炉底设计了一个约0.1 m3的横向铋熔炼液沉淀池和虹吸管出铋装置，如图2所示，实现渣、铋分别出料。当熔炼反应完成后，经一段时间的沉降，根据比重的大小关系，熔体从上至下依次分为稀渣、冰铜和粗铋三层。铋渣由原出料口放出，粗铋液流进沉淀池沉积，采用虹吸的方式由另一侧吸出。

图1 改造前出料口结构示意图

图2 铋熔液沉淀池横剖结构示意图

2.2 出铋口改造

改造后出料口结构示意图如图3所示。炉尾后侧设虹吸出铋口，首先在炉尾后侧墙开一似水平孔道，孔道内置钢管，位置与沉淀池最低位对应，被沉积在沉淀池内的粗铋液所淹没。然后在似水平钢管位于炉墙外侧的部分焊接一个虹吸管装置。另外，在虹吸管装置下端口位置安装阀门，作为虹吸出铋口。在炉尾前侧墙设置出渣口，具体位置在渣线上，冶炼渣和冰铜由出渣口放出。

图3 改造后出料口结构示意图

当虹吸出铋口出现异常情况时，仍可按原工艺从出渣口放铋。

2.3 效果分析

出料口改造后，由于渣、铋分别出料，大大改善了熔炼效果：（1）10 min即可顺利放铋完成，大大简化了出铋操作，减轻劳动强度，提高了作业效率；（2）避免了由于大量粗铋渗透进炉底反拱，引起对反拱砖的损害，大大延长了炉龄，减少了反射炉内耐火材料的吸铋量；（3）沉淀池的设置，有利于粗铋的沉积，提高渣铋分离效果；（4）粗铋内几乎无覆盖渣，提高了粗铋品位以及熔炼和精炼的直收率。改造前后各项技术指标对比见表1。

表1 出料口改造前后各项技术指标对比表

3 进料口改造

3.1 原理

反射炉内热传导包括物料物理显热，物料间的化学反应热与燃料的燃烧热。随炉料带入炉内的物理显热和炉料各组分间的化学反应热不大，在总的热收入中只占15%～20%，80%～85%的热主要来自烟煤的燃烧。反射炉内传导、对流、辐射三种传热方式同时存在，燃料燃烧产生高温，炽热气体在炉内流动时，将热量直接传给炉料，炽热的炉顶、炉膛，将热量间接地传给物料［1］。

3.2 进料口改造

进料口改造前后结构示意图如图4所示。将原来的两个加料口都在中线上，改为两个加料口交叉置于中线两侧，增大了高温炉气对流传热系数，提高了热利用率。在炉料未化平前，炉气作为流体，层流与紊流并存，且以紊流为主。当流体呈紊流时，紊流主体的传热以热对流为主，且流体紊流程度越大，层流边界层的厚度就越小，对流传热系数就越大［2］。进料口位置的改变实质上就是增加了炉气的紊流程度。从热传导的角度来讲，交叉位置使得炉料与高温火焰的直接接触面积增加、温度梯度增大，从而传热效率提高（傅里叶定律）。

图4 进料口位置结构示意图

3.3 效果分析

改变进料口的位置，炉料化平的时间减少25%，烟煤消耗量有所减少，取得了良好的节能降耗效果。由于具备良好的高温条件，炉结量也有所降低，进料口改变前后各项指标对比见表2。

表2 改变进料口前后各相关指标变化

4 结 语

1.通过铋熔炼反射炉进出料系统结构优化，对该公司铋冶炼厂2＃铋反射炉进行改造，实现了节能降耗、延长炉龄、提高技术经济指标的效果。

2.通过增加沉淀池、虹吸出铋口，反射炉开炉投铋量由20 t降低到12 t，炉内耐火材料吸铋量减少8 t，渣含铋下降到0.05%～0.2%，铋的直收率明显提高。

3.改变进料口的位置，炉龄提高到120～200炉，最高达到了300炉，炉料化平的时间减少1 h，烟煤消耗量减少了0.2～0.5 t／炉。

［1］ 汪立果.铋冶金［M］.北京：冶金工业出版社，1986.

［2］ 唐谟堂，李运姣.冶金设备基础：传递原理及物料输送［M］.长沙：中南大学出版社，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，工程师，主要从事有色冶金科研工作。