新型顶吹沿没喷枪富氧熔池炼锡技术
　

一、 所属行业  有色金属冶金

二、 技术名称  新型顶吹沿没喷枪富氧熔池炼锡技术

三、 技术类型  新工艺新设备的开发利用

四、 适用领域  金属锡冶炼企业

五、 技术内容

1、基本原理

新型顶吹沿没喷枪富氧熔池炼锡技术是一种典型的顶吹沉没喷枪熔池熔炼技术，其基本过程是将一根经过特殊设计的喷枪，由炉顶插入固定垂直放置的圆筒型炉膛内的熔体之中，空气或富氧空气和燃料从喷枪末端直接喷入熔体中，在炉内形成剧烈翻腾的熔池，经过加水混捏成团或块状的炉料可由炉顶加料口直接投入炉内熔池。

本技术的特点是熔池强化熔炼过程。在熔炼过程开始前必须形成一个有一定深度的熔池。在正常情况下，可以是上一周期留下的熔体。若是初次开炉则需要预先加入一定量的干渣，然后插入喷枪，在物料表面加热使之熔化，形成一定深度的熔池，并使炉内温度升高到1150℃左右即可开始进入熔炼阶段。

在正常的锡冶炼过程中一般采用三段熔炼：

（1）熔炼阶段。将喷枪插入熔池，控制一定的插入深度和压缩空气及燃料量，通过经喷枪末端喷出的燃料和空气造成剧烈翻腾的熔池。然后由上部进料口加入经过配料并加水润湿混捏过的炉料团块，熔炼反应随即开始。

随着熔炼反应的进行，还原反应生成的金属锡在炉底部积聚，形成金属锡层。由于作业时喷枪被保持在上部渣层下一定深度（约200mm），故主要是引起渣层的搅动，从而可以形成相对平静的底部金属层。当金属锡层达到一定深度时，适当提高喷枪的位置，开口放出金属锡，而熔炼过程可以不间断。如此反复，当炉渣层达到一定深度时，停止进料，将底部的金属锡放完，就可以进入渣还原阶段。熔炼阶段耗时6个小时要左右。渣还原阶段根据还原程度的不同分为弱还原阶段和强还原阶段。

（2）弱还原阶段。弱还原阶段作业的主要目的是对炉渣进行轻度还原，即不使铁过还原而生成金属铁，产出合格金属锡的条件下，使炉渣含锡从10%降低到4%左右。为此，这一阶段作业炉温要提高到1200℃左右。这时要把喷枪定位在熔池的顶部（接近静止液渣表面），同时快速加入块煤，促进炉渣中SnO₂的还原。弱还原阶段作业时间约20~40min。作业结束后，迅速放出金属锡，即可进入强还原阶段。

（3）强还原阶段。强还原阶段是对炉渣进一步还原，使渣中含锡降至1%以下，达到可以抛弃的程度。这一阶段炉温要升高到1300℃左右，并继续加入还原煤。由于炉渣中含锡已经较低，因此，不可避免地有大量铁被还原出来，所以，这一阶段产出的是Fe-Sn合金。强还原阶段约持续2~4小时。作业结束后让Fe-Sn合金留在炉内放出大部分炉渣经过水淬后丢弃或堆存。炉内留下部分渣和底部的Fe-Sn合金，保持一定深度的熔池，作为下一作业周期的初始熔池。残留在炉内的Fe-Sn合金中的Fe将在下一周期熔炼过程中直接参与同SnO₂或SnO的还原反应：

SnO₂+2Fe = Sn+2FeO                   （1）

SnO+Fe = Sn+FeO                      （2）

因此，强还原阶段用于Fe的能源消耗最终转化为用于Sn的还原。

在特殊情况下，为使炉渣中含锡降至更低的程度，可以继续在同一炉内在强还原阶段结束后放出Fe-Sn合金，并将炉温升高到1400℃以上，把喷枪深深插入渣池中，同时加入黄铁矿，实际是对炉渣进行烟化处理。

锡精矿还原反应过程主要是SnO₂同CO之间的气固反应，而控制该反应速度的主要因素是CO向精矿表面扩散和CO₂向空间的逸散速度和过程。在反射炉熔炼过程中，物料形成静止料堆，不利于上述过程的进行。而在澳斯麦特熔炼过程中，反应表面受到不断地冲刷以及由于燃料在物料表面直接燃烧的高温可形成更高的CO浓度，有力地促进了上述的扩散和逸散过程，改善了反应的动力学过程，加快了还原反应的进行。

正如前面的分析那样，由于反射炉熔炼过程中渣相和金属相之间达到平衡，因此，要想得到含铁较低的粗锡而大幅度降低渣中含锡是不可能的，渣中含锡量和金属相中的含铁量成负相关关系，即当平衡情况下，炉渣中的含锡量低于2%时，粗锡中的含铁量将急剧上升。

在熔炼过程中，由于喷枪仅引起渣的搅动，可以形成相对平静的底部金属相，因此可以在熔炼过程中连续或间断地放出金属锡，破坏渣锡之间的反应平衡，

SnO_渣+Fe_金属 = FeO_渣+Sn_金属                  （3）

迫使上述反应向右进行，从而可以降低渣中的含锡量。Mc Clelland等的渣还原过程热力学模型分析结果表明，在熔池中渣锡之间达到完全平衡和不形成平衡的情况下，锡的还原程度和渣中含锡量出现明显区别。本工艺取得的试验数据已经处于平衡曲线以下，即在相同条件下，可以取得更低的渣含锡指标，已接近理论理想指标。

本工艺可以通过调节喷枪插入熔体的深度、喷入熔体的空气过剩量或加入还原剂的量和加入速度，以及通过多次或分批放出金属等手段，达到控制反应平衡和速度的目的，从根本上解决了传统熔池熔炼过程中渣含锡过高的问题。这是由于生成的金属及时排出，破坏了反应(4)和(5)

（SnO）_渣+CO = [Sn]_金属+CO₂                 （4）

 [Fe]_金属+（SnO）_渣 = [Sn]_金属+（FeO）_渣       （5）

的平衡，迫使两个反应向右进行，除降低了渣含锡之外，还通过单独的渣还原过程，提高温度和快速加入还原剂，使渣表面形成较高的CO浓度，促使反应（4）向右进行。尽管随着金属锡的析出会促使平衡反应（5）向左进行，但是据有关研究证明该反应相应较慢，因此可以通过加快反应进程和及时放出锡，阻止上述反应的进行。

2、工艺流程图（理解性示意图）

云南锡业集团有限责任公司的新型顶吹沿没喷枪富氧熔池炼锡技术工艺流程示意图：

3、 技术评价情况

      （1）熔炼效率高、熔炼强度高。本工艺的核心，是利用一根经特殊设计的喷枪插入熔池，空气和粉煤燃料从喷枪的末端直接喷入熔体中，在炉内形成一个剧烈翻腾的熔池，极大地强化了反应的传热和传质过程，加快了反应速度，提高了热利用率，有极高的熔炼强度。单位熔炼面积的物料处理量（炉床指数）是反射炉的15~20倍。

喷枪由经特殊设计的三层同心套管组成，中心是粉煤通道，中间是燃烧空气，最外层是套筒风。喷枪被固定在可沿垂直轨道运行的喷枪架上，工作时随炉况的变化由DCS系统或手动控制上下移动。熔炼过程中，经润湿混捏的物料从炉顶进料口加入，直接跌入熔池，燃料（粉煤）和燃烧空气以及为燃烧过剩的CO、C和SnO、SnS等的二次燃烧（套筒）风均通过插入熔池的喷枪喷入。当更换喷枪或因其他事故需要提起喷枪保持炉温时，则从备用烧嘴口插入、点燃备用烧嘴。备用烧嘴以柴油为燃料。

（2）处理物料的适应性强。由于澳斯麦特技术的核心是有一个翻腾的熔池，因此，只要控制好适当的渣型和合理的操作工艺，对处理的物料就有极强的适应性。

（3）热利用率高。由喷枪喷入熔池的燃料直接同熔体接触，直接在熔体表面或内部燃烧，根本上改变了反射炉主要依靠辐射传热，热量损失大的弊病。据初步计算，与反射炉熔炼相比，每年可减少燃料煤10000t以上。此外，由于取代目前的7座反射炉及电炉等粗炼设备，炉内烟气经一个出口排出，烟气余热能量集中可得到充分利用，与现在的反射炉相比每年可多发电2500万kWh以上，将使每吨锡的综合能耗有较大幅度下降。

        （4）环保条件好。由于集中于一个炉子，烟气集中排出，与反射炉相比烟气总量小，容易解决烟气处理问题。因新熔炼炉开口少，整个作业过程处于微负压状态，基本无烟气泄露，无组织排放大幅度减少；此外，由于烟气集中，可以有效地进行SO₂脱除处理，从根本上解决对环境的污染。

        （5）自动化程度高。基本实现过程计算机控制，操作机械化程度高，可大幅度减少操作人员，提高劳动生产率。

        （6）产品质量提高减少中间返回品占用。通过调节喷枪插入深度、喷入熔体的空气过剩量或加入还原剂的量及加入速度等手段，控制反应平衡，从而控制铁的还原，制取含铁较低的粗锡。这将大大减少返回品数量，进而减少返回品的处理成本、回收损失和占用资金的利息。

        （7）占地面积小、投资省。由于生产效率高，一座新熔炼炉可以取代目前的七座反射炉及电炉等有关粗炼设备，炉子主体仅占地数十平方米，这为不停产改造提供了可能。而且，主体设备简单，投资省。

4、技术专利和知识产权情况

该技术属澳大利亚澳斯麦特公司的知识产权。云南锡业集团有限责任公司在引进应用中对 “澳斯麦特强化熔炼工艺中二次燃烧方法与装置”和“澳斯麦特炉炼锡工艺中的高铁渣型配方”进行了创新性改进，并已申报国家发明专利并得到受理。 

六、  技术适用条件

1、适用于处理含锡品位波动范围很广的各类锡精矿以及冶炼过程中产生的各种返回品。

2、  燃料可以是煤、天然气或各种燃料油。

3、  辅助设备基本上为通用设备，没有特殊要求。 

七、 主要技术经济指标

1．  锡冶炼金属平衡率大于99.3%；

2．  收尘效率大于99.5%；

3．  尾气粉尘排放浓度小于100mg/m3，SO2最终排放浓度≦660mg/m3；

4．  燃煤消耗仅为反射炉的45%；

5．  渣含锡仅为反射炉的40%；

6．  炉床指数为反射炉的20倍。 

八、 投资与效益

1、投资情况

云南锡业集团有限责任公司建设一套新熔炼系统，总投资为1.7亿元人民币。

2、经济效益情况

产生的经济效益，采用相关复合因素合成分离计算法（CSP），通过以下几个方面计算而得：

（1）增量增效（计算公式为：含税增效=增产量×销价×利润率+增值税+附加税）：

 （2）提高回收增效（计算公式为：增效=提高回收率×锡单耗×锡原料单价）：

 （3）增发电增效（计算公式为：增效=增发电量×（市价－成本）－电单秏上升增加成本）：

 （4）粗锡质量提高

（计算公式为：增效=减少熔离析渣量×处理熔离析渣的加工成本）：

 （5）粉煤代重油增效

（计算公式为：增效=重油量×重油价格－粉煤量×粉煤价格）：

（6）布袋收尘替代电收尘增效

（计算公式为：增效=（布袋收尘效率－电收尘效率）×多回收锡的价值）：

 （7）耐火材料增效

（计算公式为：增效=反射炉耐火材料成本－澳斯麦特炉耐火材料成本）：