竖罐蒸馏炉是指利用液体混合物中各组分挥发度的差别,使液体混合物部分汽化并随后使蒸汽部分冷凝,从而实现其所含组分的分离的一种设备。
竖罐蒸馏炉的原料是按所需比例配好煤粉的锌精矿焦结团矿,团矿由密闭加料装置加入罐体内,罐外由经预热后的空煤气燃烧间接加热罐内团矿,在高温作用下团矿内部的煤与氧化锌反应,锌被还原呈气体从罐体上部排出并在冷凝器中被吸收,被还原了锌的团矿从下部经排料辊排出炉外。
竖罐蒸馏炉的生产能力主要决定于罐本体受热面积,即罐本体的长和高,同时也与渣含锌有关。
竖罐蒸馏炉由罐体(包括罐本体、上延部、下延部)、燃烧室、换热室、冷凝器等部分组成。
罐体的上部叫上延部联结料钟和罐本体,下部叫下延部联结罐本体和排料辊,中间是罐本体,整个罐本体是团矿行进的通道,预热的团矿进入罐本体后,在下降过程中经加热反应直到从下部排出,罐本体内壁承受着高温和硬度较高的团矿的摩擦,因此,罐本体加热部分和罐壁用碳化硅质材料制造,它的下延部的套砖以上部和罐本体非加热部分则用高铝砖砌筑,上延部和下延部套砖用粘土砖砌筑。
燃烧室布置在罐体的两侧部,通过加热罐体外壁间接加热罐内团矿,由于燃烧室基本与罐体同样高,燃烧室宽度不大。因此燃烧室是细高型的,所用耐火材料要求高温强度高,以往用硅砖砌筑,但硅砖膨胀较大所留膨胀缝较大,影响砌体的严密性,同时易被氧化锌腐蚀,检修和拆炉时硅砖粉危害操作工人健康,已多改用优质高铝砖砌筑。
换热室是用于将燃烧所用空气和煤气预热的设备,由于预热温度要求达到700~800℃,一般金属换热器很难达到,故使用耐火材料砌筑的换热器,所用材质一般为粘土质,但多用专门生产的筒形砖。
冷凝器是为收集锌蒸气而用,工作温度不高(小于1000℃),用一般粘土砖及保温砖即可。
通过生产实践总结,影响竖罐蒸馏炉炉体寿命的主要因素有:
①炉体砌筑质量;
②蒸馏炉升温的控制;
③炉体的日常维护;
④蒸馏炉下延部送风;
⑤竖罐内下料的均匀稳定性;
⑥机械外力的作用;
⑦悬矿周期。
1)严格控制蒸馏炉炉体的砌筑质量
(1)保证各种耐火材料的质量。各种耐火材料除了符合硬度、强度、耐火度等指标要求外,还要保证外形完整、尺寸达标、表面清洁。另外,还要保证耐火灰浆的质量。
(2)砌筑时要设专人对砌筑质量进行全程监理。蒸馏炉炉体的砌筑根据各部作用不同,使用相应的耐火材料。
(3)作好炉体的竣工验收工作。对竣工炉体的每个部位都应严格检查,争取把问题消灭在开炉之前。
2)开炉升温的控制
由于炉体使用的耐火材料不同,它们的晶体转化点及膨胀系数都不同,所以升温时必须注意以下几点。
(1)升温速度要均匀稳定,不能过快,以保证各种材质耐火材料稳定膨胀,不至于造成裂缝。
(2)燃烧室各部温度差不能过大。上、中、下、底各部温差不能大于50℃,同层的四个温度点温差不能大于30℃,以保证炉体各部稳定膨胀,避免局部过速膨胀。
(3)升温过程中,注意各阶炉带定期松动。随着炉体温度的升高,炉体膨胀,如果炉带不能及时松放,会导致炉体膨胀畸形,严重时造成裂缝或断裂。
(4)升温过程中,由于某种事故原因造成长时间降温,恢复时必须以现实温度为基线,仍然按升温曲线缓慢升温,切不可急速升温恢复到原温度指标。
3)日常炉体维护
炉体日常维护工作非常重要,不仅仅是炉体后期的维护,前期的基础工作更为重要。要做好日常的维护工作,主要应从以下几个方面着手。
(1)定期处理顶砖灰及燃烧室疙疤。补炉时不可避免地将灰浆打到边墙和顶砖上,久而久之,灰疙疤越积越多,而且经长时间烧结,非常坚硬,很难处理,严重时会使燃烧室连死,或出现隔墙。一旦出现这种情况不仅减少罐体的受热面积,而且造成隔墙后面的竖罐漏点无法喷补。所以,顶砖灰及燃烧室两侧疙疤必须定期处理。
(2)定期处理罐壁疙疤。罐体漏位喷补后,都要形成一定的疙疤。该漏位如果再次泄露时,就不会像上次那样是一点了,由于疙疤的存在就会串成几点。
(3)及时清理燃烧室底部的杂质。清理燃烧室底部杂质每次必须清净,如果清不净,时间一长不仅越积越多,而且越来越硬,最后无法清除。
(4)注意作业时间和温度变化。无论是扒杂质、补炉还是打疙疤,作业时间不要太长,避免温度降低过多,减少温度变化对炉体的打击。另外,作业时要注意打门不要过多、过大。
(5)提高补炉质量和一次黏补率。补炉质量高可减少罐漏次数,要提高补炉质量,补炉时必须做到:准、快、好、省。准就是找位要准,快就是伸枪要快,好就是补炉质量要好,省就是用灰浆要省。
(6)合理控制罐内压力。后期炉和罐漏炉的罐口压力必须控制在0~50 Pa。
(7)提高补炉及时率。对于罐漏现象必须做到及时发现及时喷补。罐体出现漏点后,由于罐内压力远大于燃烧室压力,罐内锌蒸气会从漏点喷出,锌蒸气遇氧燃烧,温度可达2000℃以上,超过碳化硅的耐火度(1700~1800℃),所以漏点会很快被扩大。
4)控制下延部送风
送风过小会影响蒸锌产量,送风过大不但冲淡炉气还会使罐内呈现氧化气氛,炉料中的杂质金属Fe、Cu等会被氧化成低价金属氧化物。这些氧化物会与罐体发生反应,造成罐体腐蚀。
5)控制加排料确保罐内下料稳定
下料不均,局部下料快,则炉料对罐体局部磨损加重。下料快的炉料反应不充分,矿球硬度高,对罐体的磨损加剧。因此,应控制加排料确保罐内下料稳定。
6)减少或避免机械外力作用
机械外力作用,在打悬矿时发生,吊拆上延部会对罐体产生震动,处理罐口疙疤会对罐体产生冲击。这样的震动和冲击都会直接造成罐体的裂漏损坏。
7)改进炉体结构延长悬矿周期
生产实践表明,竖罐位于二阶半处的罐体是最薄弱的地方,该处由于下延部送风的侵蚀,罐体会较快变薄,又由于承重和炉料侧压力的作用,经常会出现外胀现象,裂漏频繁。解决这一问题的现实办法是,增加该处的顶砖。某厂在生产实践中将该处的顶砖由一块增加为两快,效果显著。蒸馏炉罐体上部的小燃烧室也存在类似的现象,采用同样方法后也取得很好效果。