电熔耐火原料在生产过程中会产生大量的粉尘和有害气体,既污染环境又浪费资源,虽然大多数企业在工厂建设时都配套了除尘设施,但由于工艺条件复杂, 除尘设施在配合上都不同程度地存在一些问题,除尘效果很难达到国家标准的要求。
在电熔耐火原料的生产中, 一般电熔刚玉的熔点在2100 ℃以下,烟气温度相应的比较低,除尘的设计相对比较简单,除尘效果也比较好。但电熔氧化锆熔点很高,比氧化铝高500 ℃左右,烟气温度高达1000 ℃,除尘的设计相对比较复杂。我们在2002年设计了一条2000 t电熔氧化锆耐火材料生产线,该生产线采用1250 kVA的电弧炉,除尘设计中采用了水冷风管以及旋风、布袋两级除尘的设计方案,除尘效果良好,有效地解决了电熔氧化锆原料生产中工作环境恶劣、污染环境的 问题。
1 生产工艺概况
该生产线生产的主要产品是电熔氧化锆砂和氧化锆空心球,采用的原料是工业氧化锆和稳定剂(为氧化钇、碳酸钙或氧化 镁) ,熔融温度2700 ℃以上。熔化设备采用倾倒式电弧炉(平面布置图如图1所示) ,最大倾炉角度为60°,电极可旋转,旋转最大角度为60°;炉子上方设加料平台,进行半机械化加料。
在冶炼过程中产生大量的高温含尘烟气和粉 尘。烟气成分主要为N2 , 其他为O2、CO、CO2 等; 含尘量约为5 ～ 10g·m- 3 ,根据加料的多少和冶炼的时段而不同。粉尘成分主要为ZrO2 , 其他为SiO2、MgO、Fe2O3、CaO、Al2O3 等,属碱性,密度约2. 5 g·cm- 3 ,磨蚀性较强;粒径分布为: < 5μm的占30% ～40% , 5～10 μm的占25% ～30% , 10～40μm的占15%～20% , > 40μm的占15%～20%。
2 除尘设计
1250 kVA电弧炉熔炼氧化锆时,炉气温度一般为800～
电 弧炉上部设水冷式密闭炉盖,实为矮烟罩的作用,其上有一检查孔为常开,可渗入炉外空气,补风兼使烟气温度降低。炉盖可升降和旋转,密闭排烟量为8000 m3 ·h- 1 ,烟气含尘浓度约为4500～8000 mg·m- 3。烟气温度根据冶炼时间和炉外空气混合比的不同而有所差异。
为最大限度 的减少烟尘对环境的污染,设计中对烟气采用了旋风除尘器和袋式除尘器二级除尘方案。对电弧炉进行密闭抽风,烟气先经旋风除尘器一级除尘后,再进入袋式除尘 器进行二级除尘,净化后的气体经风机高空排放。旋风除尘器为四筒式,袋式除尘器滤袋用诺梅克斯耐高温滤料,过滤面积96 m2。采用脉冲清灰方式,过滤风速可提高到2. 0 m·min- 1左右,这样除尘器就可选用较小型号,减小了占地面积,体现了经济和实用。
通 风机的选择也是决定除尘系统能否正常运行的一个重要因素,风机过大,则较多物料会被抽走,影响工艺系统,电耗也会增多;风机过小,则电弧炉设备的负压值不 足,粉尘外逸,除尘效果不理想。通过计算管路和各设备的阻力,按风量和风压选用C4 - 73 №5. 5C 排尘离心通风机, 置于除尘系统末端。
由 于电弧炉为倾倒式电弧炉,故设计可脱开式炉内排烟。排烟风管端口设活动套管,电弧炉炉盖上引出水冷排烟弯管,通过活动套管的左右位移实现两管的连接和脱 开,设计和制作套管时注意其和排烟管的间隙不宜太大,并注意其操作的灵活和方便。风管管路较长(40 m) ,利用了其较大的表面积自然冷却,省去了冷却设备;烟气降温后,烟气量随之减少,除尘器的工况条件也得以改善。除尘系统图如图2所示。
3 除尘系 统运行情况
除尘系统在投入使用后,运行平稳,工作区浓度、排放浓度等指标均符合要求,达到设计目的。
根据实测数据,系统运行各项指标如 下:
电弧炉除尘管道吸入烟气温度: 800 ℃;
旋风除尘器入口烟气温度: 120 ℃;
旋风除尘器出口烟气温度: 95 ℃;
袋 式除尘器入口烟气温度: 70 ℃;
电弧炉后除尘管道吸入烟气量: 14000 m3 ·h- 1 (含炉盖
渗入空气量) ;
4 结语
电 熔氧化锆的生产中,在电弧炉的排烟风管设水冷套可以大幅度地降低烟气温度,保障操作工人的安全,并延长布袋除尘器滤袋的使用寿命;使用旋风和布袋两级除尘 方式可以有效地回收粉尘,并使烟气达到国家排放标准。
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