CN103629920A - 一种立式鼓风烧结反应器 - Google Patents

Abstract

一种立式鼓风烧结反应器，包括立式安装的炉体，所述炉体的上部设有收尘罩，该收尘罩上设有进料口及烟气出口；炉体中部自上至下依次包括预热区、烘干区、氧化及半熔化烧结区、冷却区；炉体的下部设有破碎装置，该破碎装置包括以位于炉体径向中心处的一支承辊为旋转轴的转盘所连接的动额板及固定于炉壁上的定额板，所述炉体的下部还设有出料口及鼓风通道，鼓风通道的鼓风口设于动额板下方。本发明针对含铅二次物料的预处理，在铅冶炼领域采用集烘干、烧结、鼓风于一体的立式反应器，消除了传统炼铅中烧结机污染严重问题，又解决了集中处理含铅二次废料的难题，以对含铅二次物料的进一步处理，实现循环利用。

Description

一种立式鼓风烧结反应器

技术领域

本发明涉及金属的火法冶炼设备，尤其涉及一种立式鼓风烧结反应器。

背景技术

目前，当代铅的生产方法几乎全是火法冶炼，湿法炼铅目前还处于研究阶段。传统炼铅或新的炼铅方法都基于氧化还原原理，区别只是能耗高低与环境污染的程度轻重不同而已。氧化焙烧—鼓风炉还原熔炼作为最传统的炼铅方法，目前世界上的矿铅的90%左右是用此法生产的。该法包括硫化铅精矿中硫化铅及其它硫化物高温氧化生成氧化物（也可能生成金属）或氧化物还原成金属的过程。如硫化铅在氧化还原熔炼时完成如下反应：

2PbS+3O₂=2PbO+2SO₂；

PbO+CO(C)=Pb+CO₂(CO)；

PbS+O₂=Pb+SO₂；

该法是在烧结机上对硫化铅精矿进行高温氧化脱硫，并将含铅物料熔结成烧结块，然后将烧结快与焦炭一起在鼓风炉内进行还原熔炼得到粗铅。该法具有适应性强、生产过程稳定、生产能力大等特点，所以至今仍作为主要炼铅方法而被采用。但该法也存在能耗高和环境污染严重等缺点，因而受到直接炼铅法的冲击。

一步炼铅法是利用粉状的或熔融的硫化铅精矿迅速氧化，单位时间内放出大量的热，促使炉料内各组分之间瞬时完成所有的冶金反应，使反应热得到充分利用，从而克服了传统炼铅法的缺点而得到发展。

然而，上述的鼓风炉还原熔炼法和一步炼铅法两种常规炼铅工艺都无法全部处理含铅二次废料，特别是含硫酸铅、硅酸铅、氧化铅的（含结晶水）的粉状物料，因为这些含铅物料在烘干和氧化过程中不但不能瞬间燃烧放热以维持物料烘干、半熔化及氧化过程中的热量平衡，比如硫酸铅在氧化过程中时先进行吸热反应、后进行放热反应，其氧化反应方程式为：PbSO₄ (吸热到≧600o时)  =  PbS +2O₂，2 PbS+3O₂ (放热) = 2PbO +2SO₂。所以给常规炼铅工艺尤其是一步炼铅工艺带来致命危害，因为一步炼铅工艺过程是在一个密闭的容器中进行，物料的烘干、氧化、熔化过程要求在放热高温状况下瞬间完成物理化学反应，以便于物料还原过程的正常进行。而铅二次物料尤其是含硫酸铅、硅酸铅、氧化铅的含有结晶水的粉状物料则不具备上述条件，故炼铅过程中无法集中大量处理这种物料，从而造成这种物料很难处理的局面。

综上所述，现有的炼铅工艺存在以下缺陷：1）无法全部使用含铅二次废料炼铅；2）传统的氧化焙烧—鼓风炉还原熔炼法能耗高；3）在氧化焙烧过程中由于烟气、粉尘外泄及二氧化硫吸收率不达标，从而造成环境污染严重。

发明内容

为了克服上述所指的现有技术中的不足之处，本发明提供一种立式鼓风烧结反应器，以解决传统炼铅中烧结机污染严重的问题及含铅二次废料难以集中提炼来循环利用的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种立式鼓风烧结反应器，包括立式安装的炉体，所述炉体的上部设有收尘罩，该收尘罩上设有进料口及烟气出口；炉体中部自上至下依次包括预热区、烘干区、氧化及半熔化烧结区、冷却区；炉体的下部设有破碎装置，该破碎装置包括以位于炉体径向中心处的一支承辊为旋转轴的转盘所连接的动额板及固定于炉壁上的定额板，所述炉体的下部还设有出料口及鼓风通道，鼓风通道的鼓风口设于动额板下方。

进一步地与动额板安装位置对应的炉壁上固定有至少一环状定额板，该定额板的纵截面呈坡形。

所述鼓风通道从炉壁以外伸入至炉体径向中心，套接于破碎装置的支承辊外，并延伸至动额板下方。所述动额板上方固定连接有一半球面形的鼓风罩。

进一步地，所述支承辊连接设于炉体底部的传动机构。

较佳地，所述氧化及半熔化烧结区的炉壁上开有通风口连接二次鼓风装置。

所述圆台形收尘罩的顶部为进料口，侧面设有烟气出口及立式鼓风烧结反应器的操作装置。较佳地，所述进料口处安装有料位控制装置，该料位控制装置为γ射线控制仪。

所述炉体中部的炉壁采用耐火材料，且靠近破碎装置的炉壁包括采用金属材料的内壁和采用耐火材料的外壁。

与现有技术相比，本发明针对常规炼铅法和一步炼铅法都无法全部处理含铅二次废料的现状，针对含铅二次物料的预处理在铅冶炼领域采用集烘干、烧结、鼓风于一体的立式反应器；将含铅二次物料与其它熔剂混合在该反应器中处理后，烟气经降温、收尘、脱硫处理后达标排放，含铅物料经过预热、烘干、氧化烧结、冷却、破碎后形成多孔、坚硬的氧化块状物；该法既消除了传统炼铅中烧结机污染严重，不符合环保要求的问题，又解决了集中处理含铅二次废料的难题，为含铅二次物料的进一步处理实现资源循环开创了新的工艺路线。

附图说明

附图1为本发明的立式鼓风烧结反应器的结构示意图；

附图2为附图1中A的局部放大示意图；

附图3为应用本发明的立式鼓风烧结反应器的炼铅***连接示意图；

附图4为应用本发明的立式鼓风烧结反应器的炼铅工艺流程示意图。

图中：1-炉体，2-收尘罩，3-进料口，4-烟气出口，5-预热区，6-烘干区，7-氧化及半熔化烧结区，8-冷却区，9-破碎装置，10-支承辊，11-转盘，12-动额板，13-定额板，14-出料口，15-鼓风通道，16-鼓风罩，17-传动机构，18-操作装置，19-内壁，20-外壁，21-下料装置，22-皮带机，23-斗提机，24-双轴搅拌机，25-圆筒制粒机，26-立式鼓风烧结反应器，27-表面冷却器，28-布袋收尘器，29-脱硫塔，30-烟筒。 

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

一种立式鼓风烧结反应器，如附图1所示，包括立式安装的炉体1，所述炉体的上部设有收尘罩2，该收尘罩上设有进料口3及用于排出含尘烟气的烟气出口4。具体地，所述圆台形收尘罩2的顶部为进料口3，侧面设有烟气出口4，将反应中产生的烟气排出至烟气处理装置。所述收尘罩2内还安装有立式鼓风烧结反应器的操作装置18，该操作装置用于对反应器的鼓风量、温度、出料速度等参数进行集中控制和调整，所述收尘罩上设有用于保护该操作装置的操作门。所述收尘罩的进料口3处还安装有料位控制装置，该料位控制装置为γ射线控制仪，用于保障自动下料定位的准确度。

所述炉体1中部自上至下依次包括预热区5、烘干区6、氧化及半熔化烧结区7、冷却区8。物料进入反应器后，自上而下经过预热区、烘干区、氧化半熔化烧结区、冷却区。所述预热区5的设定温度为100℃～350℃，烘干区6为350℃～650℃，氧化半熔化烧结区7为650℃～950℃，冷却区8为150℃～900℃。其中，所述氧化及半熔化烧结区7的炉壁上开有通风口连接二次鼓风装置，以在反应过程中补充空气。所述炉体外壁上还安装有余热回收装置，收集反应过程中产生的热能，产出低压蒸汽，将回收的热量再利用。

如附图2所示，所述炉体1的下部，尤其是冷却区8的底部设有破碎装置9，该破碎装置包括相互配合的动额板12和定额板13。所述动额板12连接于以位于炉体径向中心处的一支承辊10为旋转轴的转盘11上，所述支承辊10连接设于炉体底部的传动机构17，通过该传动机构17驱动旋转。与动额板12安装位置对应的炉壁上固定有至少一环状定额板13，该定额板的纵截面呈坡形。如附图1所示的炉壁上固定有两定额板。所述随转盘转动的动额板12与炉壁上的定额板13形成破碎力，自动破碎经烧结的物料后形成多孔、坚硬的氧化块状物，以便后续处理；而且有助于物料分布均匀。

所述炉体的下部还设有出料口14及鼓风通道15，鼓风通道的鼓风口设于动额板12下方。所述鼓风通道15从炉壁以外伸入至炉体径向中心，套接于破碎装置的支承辊10外，并延伸至动额板12下方。鼓风通道15连接设置于反应器外部的鼓风设备，空气通过鼓风通道15流向鼓风口，并穿过转盘11，对冷却区8的物料进行鼓风冷却。较佳地，所述动额板12上方固定连接有一半球面形的鼓风罩16用于隔离物料防止其堵塞鼓风口，空气穿过该鼓风罩16进入冷却区。

所述炉体中部的炉壁采用耐火材料，较佳地，冷却区的靠近破碎装置和鼓风区域的炉壁包括采用金属材料的内壁19和采用耐火材料的外壁20，使用金属材料的内壁可以抵御物料翻腾时对内壁造成的冲击力，避免内壁损坏。所述立式鼓风烧结反应器的总高控制在6～9米，可根据铅二次物料性质不同而自由调整，加料量大小根据所期望的成品率大小来控制。

 该发明的立式鼓风烧结反应器由于只设置一个烟气排出口，所以实现了含尘、含二氧化硫烟气的集中排放，经后续装置处理后完全可以实现达标排放，从而克服了常规烧结机存在的粉尘、二氧化硫烟气外泄，环境污染严重的状况。

在本发明的较佳实施例中，采用全过程计算机自动控制，即各种物料从上料、运送、出料全部实现自动化，尤其是在反应器中根据不同物料特性的燃烧速度自动调整鼓风量，同时根据不同物料特性的冷却速度自动调整产出量，从而实现烘干、烧结过程最佳工艺参数的配比。

如附图3所示，公开了利用本发明的反应器的炼铅***。所述炼铅***包括下料装置21、用于运送物料的皮带机22和斗提机23、双轴搅拌机24、圆筒制粒机25、立式鼓风烧结反应器26、鼓风装置、低压蒸汽余热利用装置及烟气处理***。所述烟气处理***依次包括表面冷却器27、布袋收尘器28、脱硫塔29和烟筒30。

如附图4所示，公开了利用本发明的反应器的炼铅工艺。针对常规炼铅法和一步炼铅法都无法全部处理含铅二次废料的现状，首先，将含铅二次废料（PbSO₄、Pbs、Pbo、Pbsio₃等）、含铁废料、石灰石粉、无烟煤粉及其他熔剂等按一定比例混合进入下料装置，再经搅拌制粒后定量连续加入立式鼓风烧结反应器，粒状物料在反应器中自上而下经过预热区（温度100～350℃）、烘干区（350～650℃）、氧化半熔化烧结区（650～950℃）、冷却区（900～150℃），并自动破碎后形成多孔、坚硬的氧化块状物，输出至后续工序，将块状物与一定比例焦炭在鼓风炉内进行还原熔炼得到粗铅。

本炼铅工艺充分利用物料自身燃烧所产生的化学反应显热，另一方面用无烟煤粉燃烧所产热量来补充铅二次物料烘干、氧化过程中吸热反应所需的热量。由于上述过程完成反应时间较慢，在直接炼铅方法中实现的可能性极小，所以此工艺只是完成铅二次物料的氧化预处理，即将铅二次物料形成多孔、坚硬的氧化块状物，然后将快与一定比例焦炭在鼓风炉内在高温和还原气氛下进行还原熔炼得到粗铅。该工艺另一个特点是充分利用余热减少能源消耗，在立式鼓风烧结反应器外侧加装了余热回收装置，产出低压蒸汽。本发明经工业试验证实切实可行，运行效果良好，所述立式鼓风烧结反应器完全可取代传统炼铅烧结机，其应用工艺实为目前处理铅二次物料的理想工艺。

含铅二次废料与其它物料、熔剂的配料、混合、搅拌、制粒等采用与常规的炼铅工艺中相似的步骤流程。而烟气处理与常规炼铅方法相比，因处理含铅二次废料烟气中二氧化硫浓度达不到制硫酸的浓度要求不能制硫酸，故本工艺产生的含尘烟气在除尘后经碱液（如氢氧化钠溶液）洗涤达标后经烟筒排放。烟气经碱液洗涤反应方程式如下：

CaO+H₂O  =  Ca(OH)₂；

Ca(OH)₂+SO₂= CaSO₃+H₂O；

CaSO₃+H₂O+O₂= CaSO₄+2H₂O (石膏)。

本工艺所产生的烟气经降温、收尘、脱硫后达标排放，且全部使用含铅二次废料作为炼铅原料，含铅二次废料经过立式鼓风烧结反应器后输出的含铅物料可满足鼓风炉炼铅的要求，既消除了传统炼铅中烧结机污染严重，不符合环保要求的问题，又解决了集中处理含铅二次废料的难题，为含铅二次物料的进一步处理及资源循环提供了一种新的工艺方法。

以上内容是结合具体的优选方式对本发明所作的进一步详细说明，不应认定本发明的具体实施只局限于以上说明。对于本技术领域的技术人员而言，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干简单推演或替换，均应视为由本发明所提交的权利要求确定的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种立式鼓风烧结反应器，包括立式安装的炉体(1)，其特征在于：所述炉体的上部设有收尘罩(2)，该收尘罩上设有进料口(3)及烟气出口(4)；炉体中部自上至下依次包括预热区(5)、烘干区(6)、氧化及半熔化烧结区(7)、冷却区(8)；炉体的下部设有破碎装置(9)，该破碎装置包括以位于炉体径向中心处的一支承辊(10)为旋转轴的转盘(11)所连接的动额板(12)及固定于炉壁上的定额板(13)，所述炉体的下部还设有出料口(14)及鼓风通道(15)，鼓风通道的鼓风口设于动额板(12)下方。

2.根据权利要求1所述的立式鼓风烧结反应器，其特征在于：与动额板(12)安装位置对应的炉壁上固定有至少一环状定额板(13)，该定额板的纵截面呈坡形。

3.根据权利要求2所述的立式鼓风烧结反应器，其特征在于：所述鼓风通道(15)从炉壁以外伸入至炉体径向中心，套接于破碎装置的支承辊(10)外，并延伸至动额板(12)下方。

4.根据权利要求3所述的立式鼓风烧结反应器，其特征在于：所述动额板(12)上方固定连接有一半球面形的鼓风罩(16)。

5.根据权利要求4所述的立式鼓风烧结反应器，其特征在于：所述支承辊(10)连接设于炉体底部的传动机构(17)。

6.根据权利要求1所述的立式鼓风烧结反应器，其特征在于：所述氧化及半熔化烧结区(7)的炉壁上开有通风口连接二次鼓风装置。

7.根据权利要求1所述的立式鼓风烧结反应器，其特征在于：所述圆台形收尘罩(2)的顶部为进料口(3)，侧面设有烟气出口(4)及立式鼓风烧结反应器的操作装置(18)。

8.根据权利要求7所述的立式鼓风烧结反应器，其特征在于：所述进料口(3)处安装有料位控制装置，该料位控制装置为γ射线控制仪。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的立式鼓风烧结反应器，其特征在于：所述炉体中部的炉壁采用耐火材料，且靠近破碎装置的炉壁包括采用金属材料的内壁(19)和采用耐火材料的外壁(20)。

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