CN103834817A - 一种组装式再生铅富氧三吹节能冶炼炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组装式再生铅富氧三吹节能冶炼炉，炉体1采取竖向设置，炉体1整体分为下段、中段、上段三部分，其中下段部分是熔炼区4，下段部分自下而上又分为静止区20、鼓泡区21和还原区22；中段部分是余热利用区5，余热利用区的下半部为二次燃烧区23，余热利用区上半部分为原料预热区24；上段部分为排烟和上料区6，利用竖向炉体更便于充分利用尾气余热进行原料预热，节能效果显著提高，同时减少了还原剂用量，降低了炉渣含铅量。新型炉体采取金属水套组件和分段吊装组合，方便维修，大大降低维修成本。

Description

一种组装式再生铅富氧三吹节能冶炼炉

技术领域

    本发明涉及金属冶炼技术领域，更具体地说是一种组装式再生铅富氧三吹节能冶炼炉。

背景技术

    随着能源危机的加剧，铅酸蓄电池作为太阳能、风能、核能等新型能源的储能载体，其发展重要性日趋明显，而矿铅资源面临枯竭，再生铅循环利用成为必然。再生铅作为新兴产业，冶炼技术处于探索阶段，其高耗能高污染问题备受关注，国家政策明确要求再生铅冶炼取缔直接燃煤的各种反射炉，加快技术创新，推进节能减排。目前国际上尚无成熟的再生铅冶炼技术，国内各再生铅冶炼企业的冶炼技术一直是在矿铅冶炼技术上改进，诸如氧气底吹熔池熔炼法——QSL炉和SKS（水口山）炉，氧气顶吹熔池熔炼法——Kaldo炉、ISA炉都未形成成熟工艺，这些冶炼工艺虽然节能减排技术有了明显进步，但吨铅冶炼能耗普遍在250公斤以上，废渣含铅量高于6%，与吨铅能耗低于130公斤和废渣含铅不超过2%的国家标准要求差距较大。近两年最新推出的一种侧吹熔炼炉在节能和降低废渣含铅量方面有了更进一步提高，但仍突出存在几方面问题亟待改进：一是炉池熔体扰动搅拌效果不佳；二是下料口固定造成下料不均匀，密闭熔池无法直接搅拌，还原难以彻底完成，提高还原程度被迫过量添加还原剂，造成还原剂浪费严重；三是鼓入熔池的氧气与燃气混合气比例难以科学控制，氧气比例过高产生过度氧化，影响熔体还原、增加还原量，造成高耗能，氧气比例偏低，造成燃气燃烧不尽造成能源浪费；四是炉体耐热材料腐蚀损坏快，加之炉体一次性建成，拆卸不便，维修成本高。

发明内容

    本发明是为解决上述技术缺陷，提供一种组装式再生铅三吹节能冶炼炉，它综合吸收现有底吹炉、侧吹炉的优点，推行三个部位富氧吹燃冶炼技术，通过一次沸腾燃烧、二次补氧助燃和高空旋转均匀上料，提高熔炉吸热效率，实现含铅废料快速熔化并迅速还原，利用竖向炉体更便于充分利用尾气余热进行原料预热，节能效果显著提高，同时减少了还原剂用量，降低了炉渣含铅量。新型炉体采取金属水套组件和分段吊装组合，方便维修，大大降低维修成本。

本发明解决技术问题所采取的技术方案是：

一种组装式再生铅富氧三吹节能冶炼炉，炉体1采取竖向设置，炉体1整体分为下段、中段、上段三部分，其中下段部分是熔炼区4，下段部分自下而上又分为静止区20、鼓泡区21和还原区22；中段部分是余热利用区5，余热利用区的下半部为二次燃烧区23，余热利用区上半部分为原料预热区24；上段部分为排烟和上料区6，炉体的三部分采用吊装组合方式安装，下部是铜制水套17，中间是钢制水套18内衬耐火砖墙19，上部是带水冷循环腔28的钢制顶盖，三部分分别各用一组或多组紧缩螺杆34独立悬吊固定在炉体支架2上，在熔炼反应池底部和侧壁分别设置混合天然气、氧气的底吹喷枪7和侧吹喷枪8，在二次燃烧区周边炉体侧壁上设置补氧喷枪9，熔炼反应池的底部为坡形底面25，低洼一侧为铅液聚集池26，对应铅液聚集池侧壁的中段设置出铅口13，出铅口通过铅液虹吸管12与铅液聚集池26相通，在铅液聚集池26底部设置安全放铅口15，其间排铅管用截止阀控制开闭，并在外部设置电加热套16，铅液聚集池26上方为熔渣隔墙3和熔渣虹吸井10，熔渣虹吸井外端上部设置排渣口11，在坡形底面平台一侧且与排渣口反向设置与平台底部水平的安全放渣口14。

上部临近顶盖处设置排烟道46，顶部设置旋转顶盖27和加料口31。

本发明的有益效果如下：

    1、冶炼炉采取竖向设置，增加炉体高度，保证原料与冶炼尾气较长时间接触，持续吸热，充分利用尾气余热对原料预热，提高能源效率。

    2、采取底吹和侧吹两种方式可将燃气和高浓度氧气混合鼓入熔炼反应池，使燃气在熔体内部爆燃，炽热火焰在熔体包封下较长时间滞留于熔体内部，可以使热能更多地被熔体吸收，提高热能利用效率，另外炽热火焰冲破熔体包封时，会引起熔体沸腾状翻滚，产生搅动效果。由于侧吹只能在熔体内部的周围燃烧和搅动，中心部位常常难以达到，所以增加底吹弥补侧吹缺陷，使熔体内部全方位搅动。

    3、在熔炼池上方炉体侧壁设置补氧喷枪，是为了防止过量氧气氧化原料和铅产品，影响熔体还原效果，采取控制底吹侧吹氧气量相对燃气略微偏少，以维持还原环境，这样势必造成尾气中富含燃气，另外作为还原剂的炽热焦炭坠入熔池时会与天然气燃烧产生的高温水蒸气发生水煤气反应，生成易燃的CO和H₂气体，为保证不让过量燃气和产生的CO和H₂气体随尾气白白排放，在熔炼池上方炉体侧壁设置补氧喷枪，向炽热可燃气喷入氧气，实现二次爆燃，进一步增加原料预热效果，提高能源利用效率。补氧喷枪设置既不能偏高又不宜偏低，偏高原料预热路程缩短，降低预热效果，位置偏低使补充的氧气喷射到熔体表面，易引燃炽热炭，影响还原效果，浪费能源和还原剂。所以最低位置以不引燃熔体表面炽热炭为宜。

    4、采取旋转顶盖和注料口不对称设计，可以使原料均匀投入熔炼池，避免因投料过于集中形成生熟不均、还原不彻底、浪费还原剂，产生高铅熔渣。另外通过增高炉体，可以利用炉料落体动能冲击熔体，形成多点震打效果，促进原料的混合，提高还原效果，节省还原剂，降低熔渣含铅量。

    5、炉体采用吊装组合方式安装，各部分分别用一组或多组紧缩螺杆独立固定在支架上，便于拆装维修，降低维修费用。

    6、炉体不同部位依据腐蚀大小分别采用铜制水套、钢制水套等多种承载高温的炉体结构，在增大炉体强度、延长炉体寿命、减少维修次数、降低维修成本同时，进一步降低炉体造价成本。

    7、喷吹高浓度氧气，可以提高燃烧效率，减少喷气量和尾气排放量，控制尾气夹带粉尘量和尾气处理量。

    8、炉体上端外周设置密封环，顶盖与密封环之间利用负压采用耐热耐磨软质帘贴合密封，便于炉体密封维持负压环境。

与已有技术相比，本发明的显著效果体现在：

    熔池内部富氧鼓风吹燃，延长了火焰在熔体内部滞留时间，提高了热能吸收效率，尾气补氧二次燃烧和炉体竖向增高，提高了尾气热能利用效率；采取富氧底吹、侧吹沸腾燃烧、旋转加料、落体振打等措施，能使原料与还原剂搅拌更加均匀，还原反应更加彻底，不仅节省还原剂用量，而且减少熔渣含铅量，大大提高出铅率；采用虹吸技术，保证了铅液和熔渣及时自动排放；采取吊装组合式炉体便于拆卸维修；采用钢制铜制水套技术使炉体耐温耐腐蚀能力大大提高，可以大大延长炉体使用寿命，减少维修次数，降了低维修成本。

附图说明

图1是本发明的X轴竖向剖面结构示意图。

图2是本发明铅液聚集池Y轴竖向剖面结构示意图。

图中标号：1炉体、2炉体支架、3熔渣隔墙、4熔炼区、5余热利用区、6排烟和上料区、7底部喷枪、8侧壁喷枪、9补氧喷枪、10熔渣虹吸井、11排渣口、12铅液虹吸管、13出铅口、14安全放渣口、15安全放铅口、16电加热套、17铜制水套、18钢制水套、19耐火砖墙、20静置区、21鼓泡区、22还原区、23二次燃烧区、24原料预热区、25坡形面、26铅液聚集池、27旋转顶盖、28水冷循环腔、29注水漏斗、30蒸汽释放口、31下料口（31 A、31 B）、32窥视口、33测控平台、34伸缩螺杆、35轨道平台、36驱动齿轮（36A、36 B）、37轨道环、38横向轨道轮、39竖向轨道轮、40齿轮环（40A、40 B）、41密封环、42软质帘、43配重球、44套管、45齿轮电机（45 A、45 B）、46排烟道。

具体实施方式

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明：

参见图1和图2，一种组装式再生铅富氧三吹节能冶炼炉，炉体1采取竖向设置，炉体1整体分为下段、中段、上段三部分，其中下段部分是熔炼区4，下段部分自下而上又分为静止区20、鼓泡区21和还原区22；中段部分是余热利用区5，余热利用区的下半部为二次燃烧区23，余热利用区上半部分为原料预热区24；上段部分为排烟和上料区6，炉体的三部分采用吊装组合方式安装，下部是铜制水套17，中间是钢制水套18内衬耐火砖墙19，上部是带水冷循环腔28的钢制顶盖，三部分分别各用一组或多组紧缩螺杆34独立悬吊固定在炉体支架2上，在熔炼反应池底部和侧壁分别设置混合天然气、氧气的底吹喷枪7和侧吹喷枪8，在二次燃烧区周边炉体侧壁上设置补氧喷枪9，熔炼反应池的底部为坡形底面25，低洼一侧为铅液聚集池26，对应铅液聚集池侧壁的中段设置出铅口13，出铅口通过铅液虹吸管12与铅液聚集池26相通，在铅液聚集池26底部设置安全放铅口15，其间排铅管用截止阀控制开闭，并在外部设置电加热套16，铅液聚集池26上方为熔渣隔墙3和熔渣虹吸井10，熔渣虹吸井外端上部设置排渣口11，在坡形底面平台一侧且与排渣口反向设置与平台底部水平的安全放渣口14。

上部临近顶盖处设置排烟道46，顶部设置旋转顶盖27和加料口31。

    旋转顶盖27和加料口31具体结构为：在炉体侧壁顶部紧邻顶盖位置，设置圆环形轨道平台35，轨道平台上设置轨道环37，与此对应，在旋转顶盖内面的周边分别设置若干横向轨道轮38和竖向轨道轮39。轨道平台供竖向轨道轮39滑动，以保证顶盖的顺滑旋转，横向轨道轮38绕轨道环37内侧曲面滑动，控制顶盖按设计轨道旋转不偏移，顶盖采取叠合双层轴心固定结构，在下层顶盖周边上设置带齿牙的齿轮环40A，与此对应在支架上设置带驱动齿轮36A的齿轮电机45A，通过驱动齿轮36A对齿轮环40A的驱动实现顶盖的旋转。在上层顶盖周边上设置带齿牙的齿轮环40B，与此对应在支架上设置齿轮电机45B，通过差速齿轮36B使叠合双层旋转重合或错位来控制下料口31的开闭，下料口31A与下料口31B采取不对称设计，通过旋转保证下料均匀。炉体上端外周设置密封环41，在下层顶盖边缘铆合耐热耐磨软质帘42，软质帘42在配重球43的重力下贴合密封环41实现顶盖对炉体的密封。顶盖叠合双层的下层设计有水冷循环腔28，并在轴芯位置焊接一套管44，套管44的外管上接注水漏斗29、内管上端为蒸汽释放口30。叠合双层的上层通过轴承与套管44滑配连接。冶炼炉还设置窥视口32和测控平台33，通过窥视口32可观察炉内燃烧运行情况，通过测控平台33可控制冶炼炉下料、熔炼反应等程序。

操作要点：

     1、冶炼炉点火及运行。点火前填料准备，先将大块木棒装入炉底进行垫衬，再装入小块木料和炭块，高度超过侧吹喷枪的喷口1米至2米，最后均匀装入1米厚的废铅原料块粒度5厘米以上和颗粒炭块粒度3厘米、铁屑的混合料。填料装好后，先开启冶炼炉负压装置，再慢慢开启底吹喷枪并用电子方式点火，从窥视口观测确认点燃后，陆续开启侧吹喷枪，在木料燃烧阶段，稍微加大氧气比例，以助燃木料和炭块。随着木料的燃烧，逐渐启动加料装置，慢慢续料，保证原料始终浸没侧吹喷枪，待木块燃尽铅料开始熔化后，逐渐减小喷氧比例，打开补氧喷枪，直到料层表面出现气体燃烧时，稳定燃气和氧气混合比例，根据炉池情况，可同比例加大喷枪气量 ，使熔池产生沸腾翻滚效果，补氧喷枪气量大小视炉池燃气溢出情况确定。随着熔炼进行，熔池炉料熔化加快，熔体由暗红变亮，铅液逐渐积聚，出铅口和排渣口会相续出铅和排渣，冶炼达到正常运行。之后供气加料可由人工调试转入控制平台自动控制运行。

     2、冶炼炉熄火维修。关闭加料口和补氧喷枪，在维持底吹侧吹喷枪喷燃功能的前提下，打开安全放渣口，先排空熔渣，然后关闭侧吹喷枪，启动电加热套，打开安全放铅口，放空铅液，再关闭底吹喷枪，完成熄火程序。最后利用负压装置对炉体内气体抽换，保证维修作业安全。

Claims (2)

1.一种组装式再生铅富氧三吹节能冶炼炉，炉体采取竖向设置，炉体整体分为下段、中段、上段三部分，其中下段部分是熔炼区，下段部分自下而上又分为静止区、鼓泡区和还原区；中段部分是余热利用区，余热利用区的下半部为二次燃烧区，余热利用区上半部分为原料预热区；上段部分为排烟和上料区，炉体的三部分采用吊装组合方式安装，下部是铜制水套，中间是钢制水套内衬耐火砖墙，上部是带水冷循环腔的钢制顶盖，三部分分别各用一组或多组紧缩螺杆独立悬吊固定在炉体支架上，在熔炼反应池底部和侧壁分别设置混合天然气、氧气的底吹喷枪和侧吹喷枪，在二次燃烧区周边炉体侧壁上设置补氧喷枪，熔炼反应池的底部为坡形底面，低洼一侧为铅液聚集池，对应铅液聚集池侧壁的中段设置出铅口，出铅口通过铅液虹吸管与铅液聚集池相通，在铅液聚集池底部设置安全放铅口，其间排铅管用截止阀控制开闭，并在外部设置电加热套，铅液聚集池上方为熔渣隔墙和熔渣虹吸井，熔渣虹吸井外端上部设置排渣口，在坡形底面平台一侧且与排渣口反向设置与平台底部水平的安全放渣口。

2.根据权利要求1所述的组装式再生铅富氧三吹节能冶炼炉，其特征在于，上部临近顶盖处设置排烟道，顶部设置旋转顶盖和加料口。

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