沸腾焙烧炉详解

沸腾焙烧是流态化技术在冶金工业上的具体应用，为达到下一步冶金工序的要求，将物料进行氧化焙烧、半氧化焙烧、还原焙烧、硫酸化焙烧或半硫酸化焙烧等作业的热工设备。

沸腾焙烧炉的工作原理是将空气从炉底送入，经空气分布器进入炉内，当空气以一定的流速自下而上地吹过颗粒状料层，整个料层在空气的搅动下，炉料粒子互相分离，并上下翻腾，只要风速不超过一定限度，炉料粒子就在一定的高度范围内处于悬浮状态，造成矿粒与气体接触的最好条件，使焙烧过程气固间热交换速度快，反应十分激烈，并且料层温度均匀。通过控制焙烧温度、炉料停留时间、鼓入不同成分的气体等措施，可实现不同目的的焙烧作业。沸腾焙烧炉产出焙砂质量好，生产率高，操作简单，便于实现生产连续化和自动化等一系列优点，因此在冶金工业中得到广泛应用。例如，锌精矿、铜精矿的氧化焙烧和硫酸化焙烧，金精矿、含钴硫铁精矿的硫酸化焙烧，锡精矿的氧化焙烧，高钛渣的氯化焙烧，汞矿石焙烧，富镍冰铜氧化焙烧，镍精矿半氧化焙烧，含镍钴红土矿的加热和还原也利用沸腾炉进行生产。

北京有色冶金设计研究总院开发的浆式进料沸腾焙烧炉，已于1992年成功地用于中原黄金冶炼厂大型工业生产。其优点在于省却了精矿干燥工序，避免了粉尘污染及精矿飞扬损失；焙烧温度易于调节；该岗位操作环保条件好。

沸腾炉的缺点是烟尘率高，达到20％～55％，给烟气净化处理增加复杂性。

沸腾焙烧炉的操作温度

一、焙烧温度的控制

硫化金属矿物的焙烧是一放热过程，可以靠身的化学反应来维持所需的焙烧温度，并且热量有富余，需移去多余的热量。

而沸腾焙烧炉的流态化特点是炉内物料激烈翻腾使沸腾层内各点温度接近均匀，所以只要改变沸腾床局部工作条件，如在炉墙内侧装设冷却水套、床层内装设冷却水管或向床层喷水等措施，都可以起到调节整个床层温度的效果。这些措施不公可以方便地移去床层内多余的热量，并且控制也比较容易，因而沸腾焙烧炉可以应用于各种矿物不同目的的工艺操作。

二、焙烧温度的选择

沸腾层操作温度是根据不同的焙烧性质和入炉物料的化学成分而定，使焙烧过程处于最好的化学反应条件下进行。锌精矿硫酸化焙烧温度一般为820～920℃；锌精矿氧化焙烧温度为950～1100℃；铜精矿全氧化焙烧温度控制在750～800℃；铜精矿半氧化焙烧温度控制在650～750℃；铜精矿全酸化焙烧温度控制在620～650℃；铜精矿半酸化焙烧温度控制在650～720℃

沸腾焙烧炉结构

一、炉体

沸腾焙烧炉的炉体外壳一般由钢焊制而成，其内衬由耐火材料的构成，炉体结构比较简单，整个炉体可人成上中下三部分。上部是炉膛，它包括沸腾层段和上部焙烧空间段，整个炉膛用耐火材料砌筑成中空的焙烧室，各种精矿的沸腾焙烧过程，就在炉膛进行。中部是炉底气体分布装置，通常称作空气分布板，其作用是支承炉内物料并均匀分布气体。下部是风箱，其作用是尽可能使气体从风管进入风箱的气体动压头转变成静压均匀分布，因此风箱的容积必须足够大。

二、炉体结构和耐火材料

沸腾焙烧炉用耐火材料分述如下：

(1)炉底气体分布装置。炉底气体分布装置对炉内物料沸腾状态、增强气固接触、防止滞留起着关键的作用，是焙烧炉正常生产很重要的部件。它必须满足下列要求：一能支承炉内物料；二能均匀分布气体并创造良好的起始流态化条件；三能抑制聚式流态化原生不稳定性的恶性引发。也就是要考虑气体从气体分布装置喷出的一瞬间的流型和湍流程度，创造一个良好的气固接触条件。

在高温操作条件下，隔热层可保护花板不发生热变形或损坏，炉底花板由钢板制成，风帽由耐热铸铁或耐热合金钢制成，填隔热层一般厚度为230～250。

两种耐火材料组合成隔热层的上层抹面厚度为50～100mm，隔热层材料配比见表1。

表1　沸腾焙烧炉气体分布板隔热材料的配比

单一耐火材料隔热层耐火浇注料，其组成材料及配比如下：

矾土水泥12％～20％，高铝矾土熟料粉（粒度小于0.088mm 要大于85％）为0～15％，高铝矾土熟料（粘度小于3mm的占15％，粒度3～6mm的占20％，粒度6～15mm占40％）外加水8～12％。

(2)炉墙砖体。炉墙内衬一般采用粘土砖砌筑，近年来新建的大型沸腾炉采用高铝砖砌筑，在粘土砖或高铝砖外面，砌筑保温砖（硅藻土砖或高强经质粘土砖），在保温砖与炉壳钢板之间填充绝热材料（石棉板、硅藻土）。

(3)燃烧道砖体。沸腾焙烧炉沸腾层以上视炉膛直径大小设有1～4个燃料器，供烤炉和开炉加热料用，由于沸腾炉为圆柱形炉墙，而锥台形燃烧道要倾向沸腾层料面，使燃烧道砖体均为异型砖，给设计和制造带来很大困难，且每一砖型的用砖数量有限，因此多数设计均用铝酸盐水泥耐火浇注料在现场浇制，给砖块的设计、制造、现场施工都带来方便。

(4)炉顶结构。沸腾焙烧炉球形炉顶采用耐火砖砌筑或耐火浇注料浇灌而成。

耐火砖砌筑的球顶，球顶厚度常采用230mm、250mm或300mm，视炉膛直径大小而定，耐火砖砖形需根据球顶直径大小而配置若干种异型砖，搭配砌筑或按每环一个砖型砌筑，常用砖体材质为耐火粘土砖、硅藻土、矿渣棉、蛭石及膨胀珍珠岩等。

耐火浇注料捣制成的炉顶，由于浇制炉顶的整体性较好，施工过程较简单，因此在中小型炉子上得到采用。

浇注炉顶可采用整体式浇注，也可根据炉顶直径大小分数片浇注，通常分作6～8片。浇注炉顶厚度一般为200～250mm。在炉顶上部再敷设100～150mm绝热材料，如矿渣棉、蛭石等，上部盖18号25mmX25mm铁丝网，表面用1：2水泥砂浆抹面。

(5)其他。在炉体上尚设有投料口、排料口、入孔口，冷却装置的安装门洞、炉膛上部清理孔及排烟口等所用耐火材料的材质与炉墙相同。

三、沸腾焙烧炉外壳保温材料与措施

(1)沸腾焙烧炉。在焙烧硫化矿物的生产过程中，产生的烟气含有二氧化硫，其中部分会转化为三氧化硫，并与烟气中水蒸气结合生成硫酸。当钢外壳壁面温度低于所生成的硫酸露点时，硫酸就在钢壳壁面上凝结而产生腐蚀。使炉壳寿命大大缩短。近年来，我国沸腾焙烧炉设计已采用了外保温措施，使炉壳钢板的温度处于烟气硫酸露点温度以上、杜绝烟气硫酸冷凝，从而保护钢板外壳。

(2)保温材料。该材料应选择具有质轻、热导率低、化学性能稳定、耐腐蚀、不燃烧和防震等特性的绝热材料，常用岩棉、矿渣棉等人造无机纤维材料制成的毡、毯、板各种制品，也有选用硅藻土或膨胀珍珠岩等。

(3)敷设。在炉壳外敷设保温材料，保温层由计算确定，以保证炉壳温度高于烟气硫酸露点温度。在保温层外表绑上钢丝，使保温层贴在炉壳上。最外层再设置一个由薄板制作的外壳，使保温材料免遭雨水、大风、碰撞等因素而破坏，起到保护作用。