密閉式鼓風爐與原敞開式鼓風爐從爐型結構、砌筑方式、冷卻方式、爐料的分布、爐氣的分布、溫度分布、供風制度等方面有不同。
喀拉通克銅鎳礦冶煉車間于1989 年建成投產, 其熔煉設備選型為敞開式鼓風爐,特征為半自熱氧化熔煉, 只能處理塊狀物料。原礦破碎后產生30%~40%的粉礦,用土法燒結成塊后返回熔煉工序處理, 燒結中浪費大,污染環境。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,冶煉敞開式鼓風爐改造為密閉式鼓風爐的工程啟動, 2001年3月密閉式鼓風爐投料開爐?，F就改建后密閉式鼓風爐與原敞開式鼓風爐從以下幾個方面予以比較。
一、爐型結構、砌筑結構及冷卻方式
1、爐型結構比較
A.爐型結構最大的變化是在爐口結構上,改造后的密閉式鼓風爐爐口結構由箱形梁、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, 是爐口結構的重要組成部分, 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、轉爐渣、特富礦等塊料兩頭分布少,易起爐結。我車間加料斗與端水套間距為200mm;寬一般取側水套上端間距的1/4~ 1/3。太寬,兩側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爐料產生棚料,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。此次鼓風爐改造, 加料斗選型為: 長x寬x高= 8000mmx400mmx1600mm, 敞開式鼓風爐爐口敞開,兩側加料, 無上述設備。
B．密閉式鼓風爐煙道在爐子后端,而敞開式鼓風爐煙道在爐子正上端。
C. 敞開式鼓風爐為半水套結構,密閉式鼓風爐為全水套結構。
2、本床砌筑結構比較
鼓風爐改造為密閉式后,本床由敞開式的半水套改為全水套,故本床砌筑結構有較大變化。
敞開式鼓風爐半水套本床砌筑結構為: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。密閉式鼓風爐為全水套結構,水套直接座在鑄鐵底板上,本床砌筑結構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,主要體現在密閉式鼓風爐爐缸在砌筑中,于縱、橫向豎縫上預留膨脹縫,而敞開式沒有留。從生產實踐看,預留膨脹縫后,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。水冷用一般工業用水,而汽冷使用軟化水。汽冷與水冷比較,優點主要體現在以下3個方面:
A.節約用水。因汽化冷卻時冷卻水循環快,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。銅鎳礦工業用水來自地下水,近年來,地下水水位下降,供水已出現較大壓力。故汽冷的節約用水,對銅鎳礦的可持續發展有很重要的現實意義;
B.節約燃料。汽冷產生的熱量,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。因汽化冷卻用水經過軟化處理,水套內不產生水垢,各處溫度均勻,溫差小,無敞開式時的局部過熱現象,從而延長了水套的使用壽命。
二、爐內爐料、爐氣、溫度的分布
1.爐料的分布
銅鎳礦的密閉式鼓風爐是在原敞開式的基礎上改建而成的, 采用兩側加料, 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, 爐料在爐子兩側形成斜坡料面, 物料中夾帶的少量粉料偏析在兩側, 塊料偏在中間。
2、爐氣分布
爐料的分布狀態, 決定了爐氣的運行狀態。密閉式鼓風爐內兩側以塊料為主, 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; 在敞開式鼓風爐中, 爐氣相對來說是中間運行比兩側好。
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, 因密閉式鼓風爐塊料偏析在兩側, 爐氣也主要由兩側運行, 導致兩側的溫度比爐中心高。這種溫度分布差, 在預備區上部很明顯, 而在預備區下部及焦點區逐漸減小, 在風口區附近基本趨于一致。在敞開式鼓風爐中, 則是中間溫度高于兩側, 中間為主要熔煉區域, 也是在預備區上部很明顯, 而在預備區下部及焦點區逐漸減小, 在風口區附近基本趨于一致。
三、風壓
敞開式鼓風爐所有物料都呈現塊狀, 塊率達90%左右, 極限鼓風量大, 風壓比密閉式鼓風爐開得高。在密閉式鼓風爐中, 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% , 極限鼓風量比敞開式小, 風壓相對要低。否則會破壞料層的穩定性, 大量出現穿洞等故障, 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
密閉式鼓風爐因物料的偏析, 處理粉礦中心料柱的存在, 使爐氣分布不均, 減小了物料與爐氣的接觸面積, 使爐料中高價硫化物的離解、氧化、造渣反應受到抑制。加上鼓風量沒有敞開式的大, 即弱化了冶金反應, 導致在同樣的條件下( 指空氣熔煉狀態) 脫硫率、床能力相對敞開式鼓風爐較低。
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。空氣熔煉時, 正常情況下, 密閉式鼓風爐床能力為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%。敞開式鼓風爐, 床能力為70 t/ m2 #d 左右, 脫硫率為48% 左右。
五、密閉式鼓風爐的生產實踐
從以上密閉式鼓風爐與敞開式鼓風爐的對比分析可以看出, 密閉式鼓風爐的生產特點是塊狀物料向兩側偏析, 爐氣呈周邊行程。爐溫兩側高, 中間低, 冶金反應集中在兩側, 即兩側是主要的熔煉區域。因此, 要操作好密閉式鼓風爐必須注意好以下幾個方面:
1、嚴格控制風壓。風壓過高, 使煙塵率增大, 降低直收率。另外, 會造成上燃, 生成爐結、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, 風壓宜穩定為7. 8~ 8. 5 kPa。
2、保持料封。料封達不到要求, 造成加料斗冒煙, 操作環境惡化, 出現跑空風, 空氣利用率降低, 且焦點區上移, 影響床能力。
3、強化爐結處理。爐子兩頭易形成大爐結, 兩側部位易出現穿洞, 操作中必須經常捅打爐結, 封堵穿洞或破開穿洞洞壁, 否則會使爐況惡化。
4、針對密閉式鼓風爐兩頭爐氣運行差易長爐結的特點, 布料操作時應兩頭適當多加塊料, 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, 就應從反方向加料, 這樣就可保證相鄰兩批料在加料中相對應的部位上, 料量符合配料比例。
6、嚴格控制混合精礦水分為13% ~ 15%。水分過高, 加料斗斗壁粘結物料嚴重, 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熔煉區域散, 促進爐結的生長, 且煙塵率大增。
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