鼓风炉熔炼年产30000吨粗铅车间设计.docx

1、鼓风炉熔炼年产30000吨粗铅车间设计2012年度本科生毕业论文（设计）鼓风炉熔炼年产30000吨粗铅的设计说明书院系：理学院 冶金系专业：冶金工程年级： 2008 学生XX：苏献东学号： 4 导师及职称：鲁顺利（讲师）2012年5月2008 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate The Design Specification of Blast Furnace Smelting with Annual Output of 30000 Tons of Crude Lead WorkshopDepartme

2、nt: Department of Metallurgy，college of ScienceMajor: Metallurgy EngineeringGrade: 2008Students Name:Su Xian DongStudent No.:4Tutor: LecturerLu Shunli May, 2012毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

3、作者签名：日期：毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。XX的论文（设计）在解密后适用本规定。作者签名：指导教师签名：日期：日期：毕业论文（设计）答辩委员会(答辩小组)成员XX职称单位备注主席（组长）摘要本文设计了一个年产3万吨粗铅的鼓风炉，通过铅的认识、工艺流程图的选择、计算鼓风炉熔炼铅的物料平衡与热平衡计算、对铅鼓风炉设计方法的主要简介、确

4、定出30000吨粗铅生产的鼓风炉尺寸；主要包括计算鼓风炉的炉床面积、炉顶宽度、炉床长度、炉子总高度、风口直径、风口个数、供风风量、炉缸的宽度、炉缸长度、料层阻力，根据计算出的尺寸对鼓风炉进行定型。通过对尺寸定型后，设计出鼓风炉的生产车间配置图。设计方案以技术新、效益高为原则，充分体现了先进、灵活、多功能的特点。关键词：鼓风炉、年产3万吨、工艺流程图、尺寸定型ABSTRACTThis paper describes the design of an annual output of 30000 tons of lead blast furnace, lead, through understan

5、ding of process flow diagram of blast furnace smelting of lead selection, calculation of material balance and heat balance calculation of lead blast furnace design method, main profile, identified 30000tons of lead production of blast furnace size; mainly includes the calculation of blast furnace he

6、arth area, top width, length, height, total hearth furnace tuyere diameter, number, for wind, hearth, hearth, the width of the length of material layer resistance, according to the calculated size on blast furnace shape. Based on the size of stereotypes, design of blast furnace production workshop l

7、ayout. Design to new technology, high efficiency as the principle, fully reflects the advanced, flexible, multi-functional characteristics.Key words: Blast furnace, with an annual output of 30000tons, process flow diagrams, size setting1 绪论1.1 铅的基本信息铅位于第六周期族元素，符号Pb。它是带蓝色的银白色重金属,熔点为327.502,沸点为1740,相对

8、密度为11.3437,莫氏硬度为1.5,质柔软,抗X强度小,延性弱,展性强。铅在地壳中质量含量为1.610-3%，常见的矿物是方铅矿和白铅矿PbCO3。在化合物中铅常以+和氧化态存在，一般铅()化合物不稳定，二氧化铅具有较强的氧化性，四氯化铅具有较强的水解性。铅()化合物是常见的，如二氯化铅，具有还原性。1.2 铅的发展历史铅(Pb)在公元前7000前5000年被人们发现,其原因是由于氧化铅矿石易被还原成金属铅,灼烧也容易使铅析出,故铅是有史以来人类使用最早的六种金属之一。古时候,铅的生产是以木柴为燃料的,炉底用灰筑成的灰窑或是有倾斜炉底的闭式窑,以后才逐渐发展成烧煤的反射炉和膛式炉。到19世

9、纪中叶以后,人们发现了铅的抗酸、抗碱、防潮、密度大以及能够吸收放射性射线等性能,并且还很容易与其他金属组成合金、制造蓄电池等新性质和新用途,从此炼铅工业才获得重大的发展。在我国,铅的生产虽然也有2000余年的历史,但过去一直没有什么发展。新中国成立以前,当时除极少数几处极端落后的手工开采和土法炼铅外,根本没有工业化的炼铅工厂。新中国成立以后,我国的铅冶炼工业得到了发展。特别是在改革开放以后,新技术的开发、利用,壮大了铅冶炼工业规模,使我国铅冶炼工业走向一个全新的时代。1.3 铅的分布中国铅矿地有732个，包括27个省、区、市发现并勘查了储量。其中，铅矿保有储量在150万吨以上的有10个省、区，

10、依次为XX609.71万吨、XX412.97万吨、XX335.24 万吨、XX274.40万吨、XX263.09 万吨、XX246.75万吨、XX200.56万吨、XX181.22万吨、XX175.78 万吨、XX171.30万吨，这10省区的合计储量占全国铅储量的80%。铅矿在东部、中部、西部三大经济地带分布比例：东部沿海地区，铅占26.2%；中部地区，铅占30.8%；西部地区，铅占43%。1.4 铅的作用铅主要用做蓄电池栅板、焊剂、重型结构减震器、铅字合金、管系及电缆包皮等。铅可由铅矿煅烧成氧化铅后再用铁或碳还原来制取。铅因密度大，高能辐射几乎不能通过，铅板可用来防护X射线、射线等辐射。铅

11、在空气中迅速氧化，表面形成一层碱式碳酸铅薄膜保护层，使铅不致被进一步氧化。铅被用作建筑材料，用在乙酸铅电池中，用作枪弹和炮弹，焊锡、奖杯和一些合金中也含铅。铅还可以做成达姆弹。1.5熔炼铅介绍鼓风炉是冶金设备中的竖炉。鼓风炉是将含金属组分的炉料（矿石、烧结块或团矿）在鼓入空气或富氧空气的情况下进行熔炼，以获得锍或粗金属的竖式炉。由炉顶、炉身和炉缸或本床组成。炉顶设有加料口和排烟口。炉身下部两侧各有向炉内鼓风的风口若干个，炉缸设有熔体排出口和放空口，本床只设一个排出口。炼铁鼓风炉通称高炉；鼓风炉则一般指有色金属的熔炼竖炉。鼓风炉具有热效率高，单位生产率（床能力）大，金属回收率高，成本低，占地面积

12、小等特点，是火法冶炼的重要熔炼设备之一。鼓风炉广泛用于铜、铅、铅锌、锑等金属的粗炼过程。铜精矿密闭造锍在我国不少铜厂特别是中、小铜厂普遍使用；绝大部分粗铅还都是从铅鼓风内生产的；难选铅锌混合精矿经烧结后在铅锌密闭鼓风内同时生产粗铅和粗锌，仍是一些工厂愿意采用的方法，硫化锑矿在鼓风炉内脱硫还原是我国发明的流程，效益非常好。鼓风炉由炉顶、炉身、本床（也称咽喉口）、炉缸、风口装置等部分组成。冶炼炉料（精矿、烧结矿等）、焦炭、熔剂、返料等固体物料，从炉顶加入，炉身下部侧面风口装置中的鼓入的高压空气，在向上走的过程中，与向下的物料进行熔化、氧化、还原等反应，完成冶炼过程，液态金属、锍、炉渣从炉子下部的咽

13、喉口或炉缸排出，烟气、烟尘、气态金属或金属氧化物从炉顶烟气出口排出。不同用途的炉子各部分的结构不完全相同，如鼓风炉都有水套，有些炉身是全部用水套，而有些则只是风口区及其上一部分是水套，上部炉身为砖砌休；有些炉子有炉缸可存贮渣和液态金属，而有的炉子只有本床，渣和液态金属只是在此过渡一下，迅速流入前床（与鼓风炉分享的另一设备）贮存；炉顶结构也因温度和加料方式不同，有水套形式的，也有用耐火材料砌筑的。烟化炉是类似于鼓风炉的一种竖式冶炼设备，炉料中固体料从顶部、液体料从炉身中部加入，下部有风口鼓风，液态物料从下部渣口排出，气态物料、烟尘、烟气从上产烟口排出，它全部由水套组成，只是在炉底水套上有一层耐火

14、材料，防止液态炉渣的侵蚀。1.6 铅污染与治理由于铅是重金属之一，铅和铅的化合物都是有毒的，具有很强的毒性，人体内铅含量超标后会严重影响我们的身体健康，特别是正在生长发育的孩子，可能会导致其智力的正常发展。我国铅污染已经达到严重化，从铅开始冶炼起，各种铅污染事件就开始伴随而来。据统计，每个铅冶炼厂附近的居民或者是生产者的血铅都偏高；如在XXXX发生过因铅锌冶炼活动致使近万亩果树死亡；XX六盘水市某铅锌冶炼厂周边出现严重的铅污染。媒体也曾报道，XXXX市的某铅锌厂附近发生过数十位儿童铅中毒的事件。蓄电池生产及电子废弃物拆解等工业也可能导致严重的局部铅污染事件，在XX市贵屿镇就因此而出现135名儿

15、童铅中毒。目前铅污染的主要治理方法有：传统治理土壤铅污染的方法有客土法、隔离法、填埋法和淋洗法等，但因为治理费用高或存在二次环境风险而难以大面积推广应用。植物提取和植物固定属于新兴的污染土地修复技术，具有廉价、易操作、二次风险低等优点，在国际上也已有成功X例。对于矿山废弃地或工厂附近的高铅含量土地，可采用植物固定技术固定或钝化土壤铅，限制其向周边区域扩散。对于中低浓度铅污染土地可采用植物提取技术，通过种植铅超富集植物大量吸收并带走土壤中的铅，以达到去除土壤铅、恢复土地资源的利用价值。在目前没有有效治理技术的前提下，可以采取一些切实可行的措施，尽量减少铅进入人体的风险。例如：在受污染的农田中，可

16、以选种棉花、花卉、苗木等非食用作物。另外，根据我们对市100多种蔬菜的调查结果，大部分叶菜和果菜类蔬菜吸收铅的能力相对差一些，对土壤铅污染有一定的“抗性”。因此，对于铅污染程度较轻的农田，可通过选种这类抗铅污染的作物种类，以减少铅进入食物链的风险。但这些措施都是治本不治标的，不会减少土壤中的铅含量，因此不能从根本上解决土壤的铅污染问题，对后人和后代的污染风险并未消除。1.7 铅的展望未来尽管铅是重金属污染之一，但其在用途上是其他金属无法替代的，况且在冶炼中成本低，技术上已经相当完善。我过有着丰富的铅矿资源，且易于开采；伴随着我过工业的快速发展，铅在各个领域中发挥着重要角色作用，如在冶炼中对金的

17、捕获、在防护辐射、在对油画的鉴定年份（用铅210鉴定）、在军工业上的子弹等等。所以，铅冶金在以后的发展中还是很可观的。2 工艺流程的选择2.1 炼铅的方法与工艺铅从原矿开始，经过采矿和选矿，得到含铅45%70%的铅精矿，然后送入冶炼厂进行冶炼。目前世界上铅的冶炼方法有火法和湿法两种，主要以火法为主，湿法炼铅还未实现工业化。火法冶炼又可分为直接冶炼法和传统冶炼法。2.1.1直接炼铅法直接冶炼法主要有以下几种：（1）基夫塞特法(Kivcet)炼铅：1967年前苏联有色金属矿冶研究院开始试验；1988年实现了工业化连续生产。该工艺是由原苏联的莫斯科有色研究院和哈萨克斯坦共同研制完成的。意大利萨米公司

18、购买了该项专利权并在威斯麦港，基夫塞特法炼铅对物料的制备要求严格，入炉炉料经配料后要求充分干燥至水份0.5%以下，粒度要求100目左右。终渣含铅3%以上，仍有低空污染问题，生产能耗高。（2）氧气底吹炼铅法（QSL）：由德国鲁奇公司等研制的，已在中国、德国、韩国建厂，该工艺对原料制备要求相对较为宽松，物料水份、粒度组成不受严格的限制。由于氧化与还原在同一个装置中完成，终渣含铅为5%-10%，氧耗高、电耗高。（3）山口山炼铅法（SKS)；该法是中国自行开发的直接炼铅新工艺。它是在一台氧气底吹回转炉内冶炼的。铅精矿不经焙烧和烧结，在此炼出一步分粗铅，另一部分铅氧化成PbO进入炉渣，炉渣含铅40%，铸

19、块后进鼓风炉还原熔炼。（3）氧气钉锤炼铅法：此法是两段（氧化和还原）操作的直接炼铅法，澳大利亚MIM公司和Ausmelt公司分别拥有类似的技术。所建的工厂有处理铅精矿和废旧电池的，也有用于炼铅炉渣烟化回收锌的。炉型和炼铜的艾萨炉或奥氏炉相同。MIM公司最初建设的一套生产设施是由两台相互连通的炉子组成，一台氧化熔炼炉产出粗铅和高铅炉渣的混合熔体，该混合熔体经过连通管进入还原炉，高铅炉渣在还原炉用喷枪喷入粉煤还原。2.1.2传统炼铅法传统炼铅法主要为烧结鼓风炉熔炼法，而鼓风炉炼铅历史悠久，到19世纪已出现较大规模的生产，主要是将烧结块和焦炭从炉顶分层加入鼓风炉内进行还原熔炼。粗铅和炉渣从各自的放出

20、口间断或连续放出。粗铅品位为96%98%，需进一步精炼。炉渣进行烟化处理，回收其中的锌、铅和其它有价金属后弃去。由于该法工艺简单、生产稳定、回收率高等优点，多年来被广泛采用，所生产的铅占世界铅产量的80%以上。缺点是该工艺炼铅生产能耗高，产生SO2浓度低，不能实现两转两吸制酸，污染环境，劳动条件差。在中国，1979年株洲冶炼厂实现了鼓风炉进料自动控制，1973年XX鸡街铅冶炼厂开始用料封式密闭鼓风炉炼铅，改善了操作，稍微减轻了对环境的污染。2.2 工艺流程的选择综上所述可得，鼓风炉熔炼法炼铅虽然存在烧结块的制备过程复杂和污染环境等缺点，但由于具有较易建立和调整工艺过程的还原气氛，对原料成分的适

21、应性强，炉床能力高，技术成熟，工艺简单可靠，回收率高等优点，而一直是当前占主导地位的炼铅方法。因此对比之下，鼓风炉熔炼法炼铅还是存在许多炼铅法无法比拟的优势，具有可行性，这也是本设计的最终目的。图 1鼓风炉炼铅以氧化铅精矿团矿等块料为原料，经鼓风炉还原熔炼，获得粗铅。由于是在还原气氛下进行的，所以，鼓风炉熔炼也称还原熔炼。熔炼后的粗铅含铅95%98%，通常作为铅精炼的原料。工艺过程由铅烧结块(或团矿)和焦炭组成的炉料，从鼓风炉炉顶加料口送入炉中，与向上的炽热炉气进行热交换和发生反应，生成粗铅和炉渣，流入炉缸或前床进行澄清分离。炉渣烟化，使炉渣中有价金属挥发出来，并以氧化物形态回收。回收的氧化锌

22、烟尘是炼锌的原料。鼓风炉熔炼对原料的适应性强、易操作、生产稳定，被广泛采用。铅鼓风炉熔炼工艺流程见图1。之所以选择上述的工艺流程图，主要基于流程简单，生产效率高、污染小、技术熟练、适合用于广大大中型铅企业。3 设计内容3.1烧结矿计算3.1.1日消耗原矿的计算本论文为年产3万吨的粗铅，所以按照一年有365天计算，而鼓风炉一年能正常工作的大约为330天，所以每天生产的粗铅为：M总=30000/330=90.9吨=90900Kg我们是以某厂的铅烧结矿成分为依据而设计的，该厂的铅烧结矿铅含量成分见表31表31 铅烧结矿铅成分以及其他主要成分表名称PbPbOPbSO42PbSiO2ZnFeSi含量（）

23、2.228.682.72220.570.611.8由上面的表格可以算出该厂每100Kg烧结矿含有铅的量为： M每100Kg（Pb）=2.2+28.68207/223+2.72207/287+222207/267 =45.89Kg经计算得出该厂的铅含量为： 45.895由上面计算得出每天生产的铅为：90900Kg所以我们要设计的鼓风炉每天消耗的铅烧结矿为：M原矿=90900Kg/0.4589=198072.29Kg198.07吨3.1.2焦炭1）焦炭的作用主要用于高炉炼铅的鼓风炉冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。炼铅高炉采用焦炭代替木炭，为现代高炉的大型化奠定了基础，是冶金史上的一个重大里程

24、碑。为使高炉操作达到较好的技术经济指标，冶炼用焦炭（冶金焦）必须具有适当的化学性质和物理性质，包括冶炼过程中的热态性质。2）焦炭的物理性质焦炭物理性质包括焦炭筛分组成、焦炭散密度、焦炭真相对密度、焦炭视相对密度、焦炭气孔率、焦炭比热容、焦炭热导率、焦炭热应力、焦炭着火温度、焦炭热膨胀系数、焦炭收缩率、焦炭电阻率和焦炭透气性等。焦炭成分的要求：1）成分稳定、粒度均一；2）杂质少，特别是P、S；3）湿度低，干燥为宜。本论文设计中用到的焦炭成分见表32表32 焦炭成分表元素C用H用O用S用N用A用W用合计Q用低810.51.50.61.69.85.010066303.1.3炉料的粒度组成、假密度、堆

25、密度炉料粒度对鼓风炉冶炼铅有着重大影响，炉料粒度过大，则其在高炉内下降速度过快，严重影响着冶炼质量，甚至会没有完全冶炼就会出炉，粗铅成分过低，影响下一步的精炼。至于假密度，主要影响炉料的透气性，从而影响到高炉内的一氧化碳的还原，透气性过低，烧结块没有完全还原；若假密度太大，则可能会喷料，严重影响到生产的安全2。由此，合理的粒度、假密度、堆密度对冶炼质量至关重要。我们设计论文的炉料粒度组成、假密度、堆密度见表33。表33 炉料的粒度组成、假密度、堆密度物料名称粒度组成（）、密度（t/ m3）+100mm-100+50mm-50mm+20mm-20mm+50mm-5mm假密度堆密度烧结快焦炭540

26、402540202010200.951.40.53.2 物料平衡3.2.1鼓风炉熔炼物料平衡计算熔炼物料平衡计算的假定条件本论文设计是依据某厂粗含量成分进行设计的，该厂成分假定如下：（1）鼓风炉还原熔炼产出粗铅含铅量取96.5%，含砷量取0.3%，含锑量取0.8%。（2）炉渣组成：Fe 25.0%，SiO2 24.0%，CaO 16.0%，Pb2.0%。（3）渣中锌存在形态：81.5%锌呈氧化铅，其余锌呈硫化锌。（4）渣中铁存在形态：85%铁呈氧化亚铁，其余呈四氧化三铁。（5）渣中铅存在形态：全部铅呈硅酸铅。（6）熔炼炉料中的铜：20%进入炉渣，80%还原成金属铜进入粗铅。（7）熔炼过程中40

27、%硫进入烟气。（8）焦炭燃烧固定碳在风口区燃烧时，50%碳生成CO，另50%生成CO2；炉顶料面烟气中CO与CO2之比为1：2.5。（9）熔炼时损失：锌3.2%，铅、铁、二氧化硅、氧化钙等为1.0%。（10）其余有0.02kg锌、0.02kg铁、0.15kg硫等进入粗铅(以100kg假定)。3.2.2炉渣炉渣的冶金作用：炉渣在冶炼过程中起着下列重要的物理及化学作用：形成熔融炉渣使脉石组分或杂质氧化产物与熔融金属或熔锍顺利分离；脱除钢液中的有害杂质硫、磷和氧，吸收钢液中非金属夹杂物，并保护钢液不致直接吸收氢、氮、氧；富集有用金属氧化物.炉渣量按每100Kg烧结矿计算本论文这件时已经知道炉渣含量为

28、：50，所以熔炼100Kg烧结矿产生的炉渣为50Kg，见表34。表34 炉渣成分名称PbZnCuFeSiO2CaOS其他含量（）0.0415.121.2328.0526.4618.980.070.05Pb： 500.04=2.008kgZn： 500.1512=7.56kgCu： 500.0123=5.75kgFe： 500.2805=14.25kgSiO2： 500.2646=13.23kgCaO： 500.1898=9.49kgS： 500.0007=0.0035kg3.2.3粗铅粗铅中各成分的计算（以每100Kg粗铅为基础），粗铅成分见表35。表35 粗铅成分项目PbZnCu FeSSb

29、As其他合计kg96.500.0350.970.0350.260.800.301.10100.00%96.500.0350.970.0350.260.800.301.10100.003.2.4熔炼烟尘日烟尘量 139.030.017530000/330=2949.1212kg表3-6 返料化学成分名称PdCuZnFeSiO2CaOS其他合计鼓风炉水碎渣2.00.2412.1525.1024.1016.001.9018.51100.0熔炼烟尘67.099.750.231.157.4514.33100.0烧结烟尘67.860.332.701.341.365.458.1012.86100.03.2.

30、5烟气量及其组成表37 烟气量及组成表项目CO2COSO2O2N2H2O合计Kgm3（体积）20.610.513.98.767.09.281.980.70.934.43.14.1164.351.468.162.912.733.62102.2775.43100由表37可以算出熔炼每吨烧结快所需要的空气量VT=677.3 m3/t、熔炼每吨烧结快产出烟气量V烟=754.3 m3/t、料面温度t烟=500。由上面计算得出物料平衡，见表38表38物料平衡加入产出项目数量项目数量KgKg烧结块焦炭空气（湿）合计1001185.89196.8950.95.643.5100粗铅炉渣烟尘烟气误差合计45.89503102.270.