CN103602828B - 利用锌渣生产热镀用锌合金的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用锌渣生产热镀用锌合金的方法，它包括如下步骤：1）第一次加料与第一次除渣；2）保温与第二次除渣；3）精馏与热交换；4）冷凝；5）重新加料循环；6）制备合金：冷凝后的0#锌液经按需配入铝元素混合均匀后铸成合金锭。本发明还提供一种利用锌渣生产热镀用锌合金的设备。本发明工艺布局合理，生产成本低，大大减少了的能源消耗，降低了安全隐患，可以对生产全过程进行控制，提高了炉体使用寿命，实现了资源循环利用。

Description

利用锌渣生产热镀用锌合金的方法及设备

技术领域

本发明涉及锌渣提纯技术领域，具体是指一种利用锌渣生产热镀用锌合金的方法及设备。

背景技术

目前针对热镀锌锌渣提纯锌，有两种主要方法：

一是真空精馏法，如专利号为“911018409”名为《热镀锌渣真空精馏提锌方法及其设备》的中国专利，该发明在一卧式、圆筒形真空炉内实现、炉内分蒸发区和冷凝区固体进料和出渣，液体出金属。间断操作、发热体为三组板状星形联接的石墨电极在蒸发区的上部加热。控制炉温700～1000℃，真空度133.3×10至133.3×10^-1帕。精馏产品据原料含杂质而定，可以得1、2号锌。经实践发现该真空精馏提纯锌渣存在主要缺陷是：产成品的物理组分不能达到0#锌标准，再生产品附加值低；

二是专利号为“200710159251.4”名为《锌渣提纯方法和提纯装置》，该方法是将锌渣经温度为500～700℃的熔化炉熔化后通过给料器被送入其燃烧室温度为1000～1300℃的精馏塔精馏，蒸发后的锌蒸汽经温度为700～850℃的冷凝器冷凝成纯锌液，流入储锌池，经合金模铸成0#锌锌锭；精馏塔未蒸发的锌液经下延部流入熔析炉，熔析炉的大、小池温度分别为400～750℃和500～750℃，经熔析炉处理产生的锌渣灰由渣口排出，B#锌被运回熔化炉进入下一循环。该方法可以生产出0#锌，但是该专利方法及装置仅适用于含锌量在99%以上热镀锌渣，提纯率才能达到80%以上，产出率较低；二是装置中的能源介质为焦炉和高炉混合煤气，有造成CO中毒的安全隐患；三是在熔化炉中加料，重复造成能源消耗，在工艺上完全可不用该装置进行熔化锌渣，实践证明，用精炼炉的余热完成可以对锌渣进行熔析熔化，不仅可以降低能耗，加快了熔化速度，提高了熔析效果，减少了氧化造渣量。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术中对锌渣仅适用于热镀锌渣的要求、煤气可能带来的中毒隐患、克服工艺影响的产出率，并提供一种利用锌渣生产热镀用锌合金的方法及设备。

为实现上述目的，本发明提供的利用锌渣生产热镀用锌合金的方法，它包括如下步骤：

1）第一次加料与第一次除渣：往精炼炉中添加锌渣并给锌渣加热；熔析后的得到B#锌液和浮渣，浮渣经精炼炉的除渣口排出作为第一次除渣；

2）保温与第二次除渣：步骤1）中得到的B#锌液经锌包运送到保温计量器中保温，并进行第二次除渣，浮渣经保温计量器的出渣口排出；

3）精馏与热交换：将步骤2）中经过第二次除渣的锌液定量输入***设有燃烧室的精馏塔中精馏，得到锌蒸汽和未能蒸发的锌液携杂质金属形成的溜余锌；

4）冷凝：精馏后的锌蒸汽经冷凝得到0#锌液；

5）重新加料循环：精馏塔内的溜余锌流入精炼炉，溜余锌经精炼炉处理产生的锌氧化造渣及杂质金属由精炼炉的渣口排出，经熔析净化后的溜余锌与重新加料熔化锌渣得到的B#锌液相混合后返回步骤2）循环；

6）制备合金：冷凝后的0#锌液经按需配入铝元素混合均匀后铸成合金锭。

作为优选方案，所述步骤6）中，冷凝后的0#锌液直接输入工频感应有芯电炉中铸成合金锭。

进一步地，所述工频感应有芯电炉的熔炼温度控制在460～480℃。

本发明还提供一种为实现上述方法而设计的利用锌渣生产热镀用锌合金的设备，包括精炼炉、保温计量器、精馏塔、冷凝器、储锌池、燃烧室和烟囱，其特征在于：保温计量器的输出端通过自动给料装置经加料管与精馏塔的进口相连，精馏塔的上部锌蒸汽出口通过溜槽与冷凝器的输入端相连，冷凝器的输出端与储锌池的入口相连，储锌池的出口与冶炼电炉相连；精馏塔的下部溜余锌出口通过下沿管道与精炼炉的输入端相连，精炼炉的输出端与保温计量器的输入端相连；精馏塔设置在燃烧室内部，燃烧室的天然气输入端与***供气管道相连，燃烧室的尾气输出端与烟囱相连。

作为优选方案，它还包括换热室，燃烧室的尾气输出端与换热室的废气进口C相连，换热室的废气出口D与烟囱相连，换热室的空气进口A与大气相通，换热室的空气出口B与燃烧室的空气输入端相连。

进一步地，所述冶炼电炉为工频有芯感应电炉，所述工频有芯感应电炉的进口通过管道与储锌池的出口连接，工频有芯感应电炉的出口与合金模相连。

更进一步地，所述精馏塔由SiC型材盘组合而成。

更进一步地，所述精炼炉由前部熔化池和后部净化池组合而成。

本发明的优点在于：本发明工艺布局合理，生产成本低，采用连续性生产大大减少了的能源消耗，采用天然气可避免CO中毒带来的安全隐患，通过仪表反馈温度，可以对生产全过程进行控制，提高了炉体使用寿命，提纯出高质量的0#锌可直接进入下道工序生产出热镀用锌返回冷轧热镀锌生产线继续使用，实现了资源循环利用。

附图说明

图1是本发明的设备连接示意图。

图中：精炼炉1、保温计量器2、加料管3、精馏塔4、溜槽5、冷凝器6、储锌池7、工频有芯感应电炉8、合金模9、燃烧室10、换热室11、下沿部12、烟囱13。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图所示，本发明利用锌渣生产热镀用锌合金的设备，包括精炼炉1、保温计量器2、精馏塔4、冷凝器6、储锌池7、燃烧室10和烟囱13，其特征在于：保温计量器2的输出端通过自动给料装置经加料管3与精馏塔4的进口相连，精馏塔4的上部锌蒸汽出口通过溜槽5与冷凝器6的输入端相连，冷凝器6的输出端与储锌池7的入口相连，储锌池7的出口与冶炼电炉相连；精馏塔4的下部溜余锌出口通过下沿管道12与精炼炉1的输入端相连，精炼炉1的输出端与保温计量器2的输入端相连；精馏塔4设置在燃烧室10内部，燃烧室10的天然气输入端与***供气管道相连，燃烧室10的尾气输出端与烟囱13相连。

它还包括换热室11，燃烧室10的尾气输出端与换热室11的废气进口C相连，换热室11的废气出口D与烟囱13相连，换热室11的空气进口A与大气相通，换热室11的空气出口B与燃烧室10的空气输入端相连；冶炼电炉为工频有芯感应电炉8，工频有芯感应电炉8的进口通过管道与储锌池7的出口连接，工频有芯感应电炉8的出口与合金模9相连；精馏塔4由SiC型材盘组合而成；精炼炉1由前部熔化池和后部净化池组合而成。

锌渣首先经精炼炉1利用预热熔化，精炼炉1的锌液温度控制在600～650℃。熔化后的锌液通过保温计量器2经加料管3送入精馏塔4精馏。精馏塔4由SiC型材组成，与燃烧室10和换热室11相连，空气15和煤气16分别经换热室11送入燃烧室10，废气17从烟囱18排出，废气的出口温度为400～600℃。精馏塔燃烧室10的温度控制在1050～1250℃。经精馏塔4蒸发后的锌蒸汽，经溜槽5送入冷凝器6，经600～880℃的冷凝温度将锌蒸汽冷凝成纯锌液，流入储锌池7，最后导入工频有芯感应电炉8铸成合金锭9。精馏塔4中的杂质金属随未蒸发的锌液形成高温溜余锌经下延部12流入精炼炉1。精炼炉1由熔化池和净化池组成，其温度分别控制在600～650℃和550～600℃，经精炼炉1熔化所产生的锌氧化造渣与回流的杂质金属通过渣口排出，净化后的混合锌液进入下一循环。

0#锌液直接通过流槽注入工频有芯感应电炉，按需要配入适量的铝或铝元素金属生产热镀用二元或多元锌合金。

以下是本发明锌渣提纯的3个实施例，均采用上述工艺步骤，具体工艺参数见表1.所用原料为热镀锌锌渣和热镀锌锅底渣，其化学成份见表2。经检验采用本发明锌渣生产热镀用锌方法产出的热镀用锌质量稳定。表3为本发明实施例热镀用锌成品的化学成份。表4为锌锭成分国家标准。

表1热镀锌锌渣的熔炼温度

实施例

保温温度

废气温度

燃烧室温度

冷凝温度

熔化温度

净化温度

1

600℃

600℃

1250℃

880℃

650℃

600℃

2

580℃

550℃

1150℃

750℃

620℃

550℃

3

550℃

450℃

1050℃

600℃

580℃

500℃

表2热镀锌锌渣的化学成份

表3成品热镀用锌锭的化学成份（含Al:0.55—0.6%）

表4锌锭成分国家标准

在精馏过程当中，控制精炼炉大池温度，使馏余锌在其中分为三层：上层为含铅的锌，即为无镉锌或B#锌。

本发明的工作原理和工作过程如下：

本发明的将锌渣再生利用生产成热镀用锌合金的方法，该方法包括以下步骤：该方法是利用各金属间在一定温度下蒸汽压存在差异的原理，将锌渣杂质金属去除后得到0#锌液，直接通过流槽注入工频有芯感应电炉，按需要配入适量的铝或铝元素金属生产热镀用二元或多元锌合金。

锌渣经温度为600～700℃的精炼炉利用余热熔化后通过保温计量器定量输入其燃烧室温度为1050～1250℃的精馏塔精馏，蒸发后的锌蒸汽经温度为600～880℃的冷凝器冷凝成纯锌液，直接输入工频感应有芯电炉，经按需配入铝元素混合均匀后铸成合金锭锭；精馏塔内未能蒸发的锌液携杂质金属形成溜余锌流入精炼炉，精炼炉的熔化池和净化池温度分别为600～650℃和550～600℃，经精炼炉处理产生的锌氧化造渣及杂质金属由渣口排出，溜余锌经熔析净化后与熔化的锌液混合返回循环。

本发明所述精馏塔、精炼炉、计量给料器的加热与保温均采用天然气供热；工频感应电炉采用电能供热。

在熔化锌渣时不再增加热能，利用溜余锌余热予以进行熔化熔析过程；天然气热值高，燃点低，所需空气量大，因此对于传统的换热室结构进行了改进，余热全部集中用于换热空气，同时加大了空气的进气量及换热面积，充分利用了余热，节能减排；生产的0#锌液后可加入工频感应电炉内直接熔化生产合金所需的金属元素，配比生产出热镀锌用合金，取消了传统的采用中间合金生产热镀锌合金的工序环节。

本发明锌渣生产热镀用锌的设备主要由精炼炉、精馏塔、冷凝器、工频有芯感应电炉组成，工艺链的链接为：精炼炉熔化产生的锌液通过保温计量装置与精馏塔相连，容器的顶部通过溜槽与冷凝器相连接，冷凝的0#锌液通过储锌池与工频有芯感应电炉相连接出成品热镀用锌；精馏塔的下部与精炼炉相连接闭环。本发明的精馏塔由SiC型材组成，与燃烧室和换热室相连，空气经换热室送入燃烧室，天然气直接进入燃烧室，废气预热空气后经烟囱排出；精炼炉由熔化池和净化池组成；工频有芯感应电炉为工频冶炼电炉。

生产的0#锌液后可加入工频感应电炉内直接熔化生产合金所需的金属元素，配比生产出热镀锌用合金，取消了传统的采用中间合金生产热镀锌合金的工序环节。例如专利号为200910094234.6《一种生产锌合金的组合冶金炉和锌合金的生产组合方法》需要一台工频有芯感应电炉及至少两台工频无芯感应电炉进行生产。

专利号为200910259545.3《热镀锌合金生产方法中提出的用工频无芯电炉生产中间合金》再加入到有芯电炉中生产热镀锌合金，工频有芯电炉的熔炼温度在（500～540℃）之间进行的。而在本专利中仅利用一台工频有芯感应电炉即能生产热镀用锌合金，且熔炼温度控制在460～480℃，工频有芯电炉的搅拌体材质为不锈钢，锌液温度越低，越可以减少搅拌时带入的铁成分。通过此方法且不仅减少了设备投入，降低了单位产品的能耗，且在应用过程中没有造成偏析现象。

本发明的两道除渣工序的设计有如下优点：1、除渣效率高；2、安全性高；3、不容易堵塞，维护成本低。

铅塔未能蒸发的液态金属经下延部流入熔析炉，其余热能有效帮助熔化新加入锌渣原料，辅助天然气熔化原料后，废渣浮在液态金属表面后，可一次除渣，除去大部分浮渣，经过一次除渣的液态金属，吊运至熔化炉保温，在保温期间再进行二次除渣，确保进入塔盘的锌渣纯度，能有效防止塔盘堵塞，大大降低安全事故发生，并延长铅塔的使用寿命，有效降低生产成本。

本发明设备中对换热室进行了改造：少了煤气烟道，具体有如下优点：由于葫芦岛锌厂生产0#锌过程中，采用煤气作为能源介质，燃烧室废气在通过换热室烟囱排出过程中在换热室利用废气余热对进入燃烧室的空气、煤气进行预热，换热室筒砖由于砌筑、使用时间等原因，使废气、煤气、空气密闭烟道破损泄漏，造成***事故。为此，本发明吸取上述安全事故教训，对换热室进行了重新设计改造，将天然气管道直接通入燃烧室内燃烧，不再经过换热室预热这一环节，有效避免了天然气泄漏的情况发生，安全性能大大提高。自试验生产以来，未发生一起因泄漏影响安全生产的情况，彻底解决安全隐患，确保生产顺利进行。

Claims (8)

1.一种利用锌渣生产热镀用锌合金的方法，它包括如下步骤：

1)第一次加料与第一次除渣：往精炼炉(1)中添加锌渣并给锌渣加热；熔析后得到B#锌液和浮渣，浮渣经精炼炉(1)的除渣口排出作为第一次除渣；

2)保温与第二次除渣：步骤1)中得到的B#锌液经锌包运送到保温计量器(2)中保温，并进行第二次除渣，浮渣经保温计量器(2)的出渣口排出；

3)精馏与热交换：将步骤2)中经过第二次除渣的锌液定量输入***设有燃烧室(10)的精馏塔(4)中精馏，得到锌蒸汽和未能蒸发的锌液携杂质金属形成的溜余锌；

4)冷凝：精馏后的锌蒸汽经冷凝得到0#锌液；

5)重新加料循环：精馏塔(4)内的溜余锌流入精炼炉(1)，溜余锌经精炼炉(1)处理产生的锌氧化造渣及杂质金属由精炼炉(1)的渣口排出，经熔析净化后的溜余锌与重新加料熔化锌渣得到的B#锌液相混合后返回步骤2)循环；

6)制备合金：冷凝后的0#锌液经按需配入铝元素混合均匀后铸成合金锭；

所述步骤6)中，冷凝后的0#锌液直接输入工频感应有芯电炉(8)中铸成合金锭。

2.根据权利要求1所述利用锌渣生产热镀用锌合金的方法，其特征在于：所述工频感应有芯电炉(8)的熔炼温度控制在460～480℃。

3.一种为实现权利要求1所述方法而设计的利用锌渣生产热镀用锌合金的设备，包括精炼炉(1)、保温计量器(2)、精馏塔(4)、冷凝器(6)、储锌池(7)、燃烧室(10)和烟囱(13)，其特征在于：保温计量器(2)的输出端通过自动给料装置经加料管(3)与精馏塔(4)的进口相连，精馏塔(4)的上部锌蒸汽出口通过溜槽(5)与冷凝器(6)的输入端相连，冷凝器(6)的输出端与储锌池(7)的入口相连，储锌池(7)的出口与冶炼电炉相连；精馏塔(4)的下部溜余锌出口通过下沿管道(12)与精炼炉(1)的输入端相连，精炼炉(1)的输出端与保温计量器(2)的输入端之间设置有锌液输送线；精馏塔(4)设置在燃烧室(10)内部，燃烧室(10)的天然气输入端与***供气管道相连，燃烧室(10)的尾气输出端与烟囱(13)相连。

4.根据权利要求3所述利用锌渣生产热镀用锌合金的设备，其特征在于：它还包括换热室(11)，燃烧室(10)的尾气输出端与换热室(11)的废气进口(C)相连，换热室(11)的废气出口(D)与烟囱(13)相连，换热室(11)的空气进口(A)与大气相通，换热室(11)的空气出口(B)与燃烧室(10)的空气输入端相连。

5.根据权利要求3或4所述利用锌渣生产热镀用锌合金的设备，其特征在于：所述冶炼电炉为工频有芯感应电炉(8)，所述工频有芯感应电炉(8)的进口通过输送沟槽与储锌池(7)的出口连接，工频有芯感应电炉(8)的出口与合金模(9)相连。

6.根据权利要求3或4所述利用锌渣生产热镀用锌合金的设备，其特征在于：所述精馏塔(4)由SiC型材盘组合而成。

7.根据权利要求5所述利用锌渣生产热镀用锌合金的设备，其特征在于：所述精馏塔(4)由SiC型材盘组合而成。

8.根据权利要求3或4所述利用锌渣生产热镀用锌合金的设备，其特征在于：所述精炼炉(1)由前部熔化池和后部净化池组合而成。