密閉式鼓風(fēng)爐與原敞開式鼓風(fēng)爐從爐型結(jié)構(gòu)、砌筑方式、冷卻方式、爐料的分布、爐氣的分布、溫度分布、供風(fēng)制度等方面有不同。

喀拉通克銅鎳礦冶煉車間于1989 年建成投產(chǎn), 其熔煉設(shè)備選型為敞開式鼓風(fēng)爐,特征為半自熱氧化熔煉, 只能處理塊狀物料。原礦破碎后產(chǎn)生30%~40%的粉礦,用土法燒結(jié)成塊后返回熔煉工序處理, 燒結(jié)中浪費大,污染環(huán)境。隨著礦山資源的減少, 直接處理粉礦及回收煙塵, 以提高資源的利用率就越顯得重要。2000年底,冶煉敞開式鼓風(fēng)爐改造為密閉式鼓風(fēng)爐的工程啟動, 2001年3月密閉式鼓風(fēng)爐投料開爐?，F(xiàn)就改建后密閉式鼓風(fēng)爐與原敞開式鼓風(fēng)爐從以下幾個方面予以比較。

一、爐型結(jié)構(gòu)、砌筑結(jié)構(gòu)及冷卻方式

1、爐型結(jié)構(gòu)比較

A.爐型結(jié)構(gòu)最大的變化是在爐口結(jié)構(gòu)上,改造后的密閉式鼓風(fēng)爐爐口結(jié)構(gòu)由箱形梁、U形支腳、加料斗及爐頂水套組成。加料斗沿爐子縱向中心線分布, 是爐口結(jié)構(gòu)的重要組成部分, 對煙氣濃度、煙塵率、勞動條件等有很大影響。加料斗呈長方體形狀,其選型原則:長盡量靠近端水套,長度不夠,焦炭、轉(zhuǎn)爐渣、特富礦等塊料兩頭分布少,易起爐結(jié)。我車間加料斗與端水套間距為200mm;寬一般取側(cè)水套上端間距的1/4~ 1/3。太寬,兩側(cè)的煙氣通道斷面減小,料面太平,中心料柱加寬,不利于熔煉;太窄,影響進料量;高過深,加料斗下沿容易粘結(jié)爐料產(chǎn)生棚料,同時受熱過高時易變形損壞,降低料斗壽命;過淺,不利于料封。此次鼓風(fēng)爐改造, 加料斗選型為: 長x寬x高= 8000mmx400mmx1600mm, 敞開式鼓風(fēng)爐爐口敞開,兩側(cè)加料, 無上述設(shè)備。

B．密閉式鼓風(fēng)爐煙道在爐子后端,而敞開式鼓風(fēng)爐煙道在爐子正上端。

C. 敞開式鼓風(fēng)爐為半水套結(jié)構(gòu),密閉式鼓風(fēng)爐為全水套結(jié)構(gòu)。

2、本床砌筑結(jié)構(gòu)比較

鼓風(fēng)爐改造為密閉式后,本床由敞開式的半水套改為全水套,故本床砌筑結(jié)構(gòu)有較大變化。

敞開式鼓風(fēng)爐半水套本床砌筑結(jié)構(gòu)為:鑄鐵底板上砌本床死底,死底上砌爐缸大墻, 爐缸大墻砌好后再砌缸活底,水套座在爐缸大墻上。密閉式鼓風(fēng)爐為全水套結(jié)構(gòu),水套直接座在鑄鐵底板上,本床砌筑結(jié)構(gòu)只有爐缸而無死底及大墻。密閉式爐缸砌體厚度為740mm,敞開式本床死底加爐缸活底,厚度為1310 mm。即密閉式本床厚度比敞開式減小570mm,為原敞開式本床厚度的56%。砌法上也有很大不同,主要體現(xiàn)在密閉式鼓風(fēng)爐爐缸在砌筑中,于縱、橫向豎縫上預(yù)留膨脹縫,而敞開式?jīng)]有留。從生產(chǎn)實踐看,預(yù)留膨脹縫后,本床膨脹變形比敞開式小多了。敞開式開爐3 個月左右,本床后端尾板就變成弧形,需用槽鋼做框架及工字鋼做支架另行加固。

3、冷卻方式的比較

水套的冷卻,由敞開式的水冷改為汽冷。水冷用一般工業(yè)用水,而汽冷使用軟化水。汽冷與水冷比較,優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下3個方面:

A.節(jié)約用水。因汽化冷卻時冷卻水循環(huán)快,效率高,故用水量大大減少。一般來說,汽冷用水量是水冷的1/10。銅鎳礦工業(yè)用水來自地下水,近年來,地下水水位下降,供水已出現(xiàn)較大壓力。故汽冷的節(jié)約用水,對銅鎳礦的可持續(xù)發(fā)展有很重要的現(xiàn)實意義;

B.節(jié)約燃料。汽冷產(chǎn)生的熱量,一部分用做冶煉車間浴室供熱,取代了原有的鍋爐房;

C. 延長水套使用壽命。因汽化冷卻用水經(jīng)過軟化處理,水套內(nèi)不產(chǎn)生水垢,各處溫度均勻,溫差小,無敞開式時的局部過熱現(xiàn)象,從而延長了水套的使用壽命。

二、爐內(nèi)爐料、爐氣、溫度的分布

1.爐料的分布

銅鎳礦的密閉式鼓風(fēng)爐是在原敞開式的基礎(chǔ)上改建而成的, 采用兩側(cè)加料, 通過加料主皮帶布料溜槽把爐料送到爐中心的加料斗中, 與中間布料效果一致。爐料離開加料斗后, 塊料往兩側(cè)偏析, 夾帶少量粉礦;中間是大量粉礦夾帶少量塊料形成中心料柱。而敞開式則是兩邊進料, 爐料在爐子兩側(cè)形成斜坡料面, 物料中夾帶的少量粉料偏析在兩側(cè), 塊料偏在中間。

2、爐氣分布

爐料的分布狀態(tài), 決定了爐氣的運行狀態(tài)。密閉式鼓風(fēng)爐內(nèi)兩側(cè)以塊料為主, 爐氣上升的自由通道面積大, 從而形成爐氣的兩側(cè)分布狀況, 即所謂的周邊行程。而中心部分, 因爐料以粉狀物料為主, 爐氣上升的自由通道面積小, 料層阻力大, 爐氣分布少; 在敞開式鼓風(fēng)爐中, 爐氣相對來說是中間運行比兩側(cè)好。

3、溫度的分布

溫度的分布主要由爐料的分布及爐氣的分布決定, 因密閉式鼓風(fēng)爐塊料偏析在兩側(cè), 爐氣也主要由兩側(cè)運行, 導(dǎo)致兩側(cè)的溫度比爐中心高。這種溫度分布差, 在預(yù)備區(qū)上部很明顯, 而在預(yù)備區(qū)下部及焦點區(qū)逐漸減小, 在風(fēng)口區(qū)附近基本趨于一致。在敞開式鼓風(fēng)爐中, 則是中間溫度高于兩側(cè), 中間為主要熔煉區(qū)域, 也是在預(yù)備區(qū)上部很明顯, 而在預(yù)備區(qū)下部及焦點區(qū)逐漸減小, 在風(fēng)口區(qū)附近基本趨于一致。

三、風(fēng)壓

敞開式鼓風(fēng)爐所有物料都呈現(xiàn)塊狀, 塊率達90%左右, 極限鼓風(fēng)量大, 風(fēng)壓比密閉式鼓風(fēng)爐開得高。在密閉式鼓風(fēng)爐中, 爐料含粉狀物料( 混合精礦、煙塵、石灰粉、特富粉礦等) , 物料塊率為50%~ 60% , 極限鼓風(fēng)量比敞開式小, 風(fēng)壓相對要低。否則會破壞料層的穩(wěn)定性, 大量出現(xiàn)穿洞等故障, 使出爐煙氣溫度升高, 水平煙道造成損壞( 2004 年大修時, 尾部斜煙道由鍋爐鋼板內(nèi)襯耐火材料式改為水套煙道, 抗高溫性能大大提高; 但其后的水平煙道仍是由鍋爐鋼板軋卷而成) , 且煙塵率急劇上升, 降低直收率。

四、脫硫率、床能率降低及其原因分析

密閉式鼓風(fēng)爐因物料的偏析, 處理粉礦中心料柱的存在, 使?fàn)t氣分布不均, 減小了物料與爐氣的接觸面積, 使?fàn)t料中高價硫化物的離解、氧化、造渣反應(yīng)受到抑制。加上鼓風(fēng)量沒有敞開式的大, 即弱化了冶金反應(yīng), 導(dǎo)致在同樣的條件下( 指空氣熔煉狀態(tài)) 脫硫率、床能力相對敞開式鼓風(fēng)爐較低。

2006 年3 月, 冶煉車間制氧站投入使用, 富氧熔煉使脫硫率與床能力都有所提高?？諝馊蹮挄r, 正常情況下, 密閉式鼓風(fēng)爐床能力為38~ 42 t / m2 # d; 富氧熔煉時, 床能力一般能達到45~ 48 t / m2 # d。調(diào)整物料, 增加易熔物料時, 可達48~ 52 t / m2 # d。

空氣熔煉時, 脫硫率為46% 左右, 富氧熔煉時可達48% ~ 50%。敞開式鼓風(fēng)爐, 床能力為70 t/ m2 #d 左右, 脫硫率為48% 左右。

五、密閉式鼓風(fēng)爐的生產(chǎn)實踐

從以上密閉式鼓風(fēng)爐與敞開式鼓風(fēng)爐的對比分析可以看出, 密閉式鼓風(fēng)爐的生產(chǎn)特點是塊狀物料向兩側(cè)偏析, 爐氣呈周邊行程。爐溫兩側(cè)高, 中間低, 冶金反應(yīng)集中在兩側(cè), 即兩側(cè)是主要的熔煉區(qū)域。因此, 要操作好密閉式鼓風(fēng)爐必須注意好以下幾個方面:

1、嚴(yán)格控制風(fēng)壓。風(fēng)壓過高, 使煙塵率增大, 降低直收率。另外, 會造成上燃, 生成爐結(jié)、穿洞等故障, 降低床能力, 并提高出爐煙氣溫度, 不利于爐口及爐口煙道的維護。正常情況下, 風(fēng)壓宜穩(wěn)定為7. 8~ 8. 5 kPa。

2、保持料封。料封達不到要求, 造成加料斗冒煙, 操作環(huán)境惡化, 出現(xiàn)跑空風(fēng), 空氣利用率降低, 且焦點區(qū)上移, 影響床能力。

3、強化爐結(jié)處理。爐子兩頭易形成大爐結(jié), 兩側(cè)部位易出現(xiàn)穿洞, 操作中必須經(jīng)常捅打爐結(jié), 封堵穿洞或破開穿洞洞壁, 否則會使?fàn)t況惡化。

4、針對密閉式鼓風(fēng)爐兩頭爐氣運行差易長爐結(jié)的特點, 布料操作時應(yīng)兩頭適當(dāng)多加塊料, 少加混合精礦, 這樣可改善兩頭爐料的透氣性, 提高兩頭溫度,抑制爐結(jié)的生成。

5、布料時實行往返布料, 力求布料均勻。配料中有些物料配料量較小如石英石、石灰石, 布料時布到一半就沒有了, 那么下一批同種物料, 就應(yīng)從反方向加料, 這樣就可保證相鄰兩批料在加料中相對應(yīng)的部位上, 料量符合配料比例。

6、嚴(yán)格控制混合精礦水分為13% ~ 15%。水分過高, 加料斗斗壁粘結(jié)物料嚴(yán)重, 易造成料斗棚料; 水分過低, 中心料柱不易形成, 粉料脫離加料斗后向兩側(cè)熔煉區(qū)域散, 促進爐結(jié)的生長, 且煙塵率大增。