球形鋅粉制備節能技術研究與應用

嚴海錦

江蘇科創金屬新材料有限公司江蘇科成有色金屬新材料有限公司泰州華民鋅品有限公司（江蘇泰州　225300）

球形鋅粉制備節能技術研究與應用

嚴海錦

江蘇科創金屬新材料有限公司江蘇科成有色金屬新材料有限公司泰州華民鋅品有限公司（江蘇泰州225300）

節能是企業降低成本、提高市場競爭力、破解能源約束的重要途徑，也是企業生存和發展的保障，更是企業應承擔的社會責任。企業節能主要有管理節能和技術節能兩種途徑，主要分析了球形鋅粉制備過程中能耗高的主要原因，就降低能耗提出行之有效的技術途徑，包括重視研發和制備新型節能爐型、改進制備工藝以提高能源綜合利用水平、延長設備的生命周期等。

球形鋅粉制備節能技術研究與應用

0　引言

球形金屬鋅粉主要作為富鋅涂料,富鋅油漆和其他防腐、環保等高性能涂料的關鍵原料而廣泛應用于大型鋼鐵構件、船舶、航空、集裝箱等行業，同時也作為重要原料而廣泛應用于冶金、農藥、醫藥、化工、滲鍍、催化劑、電子、印染、軍工等行業，是一種對國民經濟有重要支撐作用的功能性粉體材料。球形鋅粉的制備工藝主要有三種，即蒸餾法、熔化噴吹法和電解法。這三種生產工藝都存在能耗高、損耗大的缺點。2010年以來，工業經濟市場低落，下行壓力持續增大，企業面臨的市場競爭也更加激烈，在這種情況下，“能耗”成為評價一個企業綜合競爭力的重要指標。

近十年來，隨著我國工業化進程的加快，煤、電、油、氣供應出現持續緊張，節能是世界范圍內的研究熱點，也是各國工業發展的要求和趨勢。通過控制過時的經濟增長模式，提高能源的利用率，可實現工業經濟的有效增長。

國內規模企業制備球形鋅粉均采用蒸餾法，主要設備是采用耐火材料構建的臥式或者立式設備。蒸餾法制備球形鋅粉的工藝是以焦炭、燃油、煤氣或天然氣為燃料，使鋅錠經過熔融（400～600℃）、蒸發［（1080±20）℃］和冷凝等過程，最終成為超細顆粒。該工藝利用鋅的低熔點（419.4℃）、高蒸汽壓（沸點溫度下約為0.1 MPa）特性，在常壓下將鋅加熱至1000℃以上使之氣化（鋅的沸點為907℃），鋅蒸汽被導入與空氣隔絕的密閉低溫冷凝器內急劇冷凝（溫度在240～330℃左右）成為超細鋅粉，集塵收集制得的鋅粉平均粒徑大多在5μm以上，最后利用不同網目的設備將鋅粉篩分成不同細度的制品并且移入包裝桶。通過該工藝流程可知，在球形鋅粉的制備過程中，設備降耗、燃料的充分利用和節約是節能的主要途徑。

1　球形鋅粉制備節能途徑研究與技術應用

1.1節能途徑分析

國外粉末制備企業或者粉末冶金企業的能源消耗均為產品成本的4%，而我國則為14%左右（或15%～20%），可見我國企業的能源利用率較低，在能源的利用方面浪費現象相當嚴重，而窯爐是金屬粉末制備行業能耗最高的關鍵設備。根據能量守恒定律、球形鋅粉制備原理和其設備特點，節能途徑主要有以下幾個方面：一是研發和制備新型節能先進爐型，采用新型耐火纖維等優質保溫材料控制窯爐散熱損失，或采用先進的燃燒裝置強化燃燒，減少不完全燃燒，使空燃比趨于合理；二是工藝改進，降低排煙熱損失和加強煙氣余熱利用，提高能源的綜合利用率；三是保證設備正常運行，通過采用更先進科學的維護設備和技術，減少用能設備損耗，降低用能設備的維護成本，從而有效地減少企業的能源消耗支出；四是加強節能降耗管理，從制度上進行約束、行為上進行管控，杜絕能源浪費現象［1］。

1.2節能技術研究與應用

一些球形鋅粉制備企業對設備進行性能測試和技術改造，提升了熔煉工序的節能空間，取得了良好的節能效果，不僅促進了節能技術和設備的發展，也帶動了有色金屬粉末行業節能技術的進步。綜合國內外粉末制造行業的節能動向，建議企業采取下述節能技術和措施。

1.2.1重視研發和制備新型節能先進爐型

淘汰高能耗的設備，發展新型節能先進爐型。采用新型耐火纖維等優質保溫材料，在不增加爐體高度的前提下，加強爐體隔熱、延伸爐體長度、降低入口口徑和高度、降低爐壁溫度，以控制窯爐散熱損失；采用先進的燃燒裝置強化燃燒，減少不完全燃燒，使空燃比趨于合理；增加導熱系數高的弧形板，加強熱能的循環并提高其利用率。

在球形鋅粉制備設備中，經過改造的設備其蒸發室為組合式，蒸發面積減少1/3；同時在熔化池和蒸發池中加入了弧形板（若沒有弧形板，鋅液上層會發生氧化）；每噸鋅粉損耗鋅資源約35 kg；以煤炭或燃氣為能源，每噸鋅粉耗用煤炭980 kg或耗用燃氣250 m3，能源消耗量較大。在熔化池和蒸發池中增加的弧形板可以吸收熱量并可傳熱、導熱至交換室，同時起到隔絕空氣、防止鋅液氧化等作用，從而將每噸鋅粉的鋅資源損耗降至10 kg左右，同時實現每噸鋅粉耗用煤炭450 kg（節約率達54.08%）或者耗用燃氣210 m3。

1.2.2改進制備工藝，提高能源綜合利用水平

重視發展感應熔融蒸發技術，特別是熱成形感應熔融蒸發技術，提高加熱和傳熱的速率；采用提純冷凝技術；利用遠紅外線加熱并連續運行，達到能源高效利用的目的。

在球形鋅粉的制備過程中，如果整個加熱過程是通過多次升溫和熱輻射完成的，由于熔鋅池和蒸發室是開放式的，會導致加熱時間長、熱損高、受熱不均勻、熱效率低，造成一定的能源浪費?？梢酝ㄟ^改進制備工藝，使燃料轉化成的熱能進入熔化池和蒸發池，控制融化溫度、蒸發溫度、冷凝溫度及冷凝器內循環氣體的流動速率，使熱能經弧形板進入熱交換室，通過熱交換室實現廢氣與空氣的熱交換，使燃燒室空氣溫度提升50℃，并使排出煙囪的廢氣溫度由1000℃降至500℃，此舉可降低排煙熱損失并提高煙氣余熱利用，從而提高能源的綜合利用率。采用傳統的高溫冷卻工藝，熱能利用率只有70%左右。如果采用低溫旋風冷卻工藝先進行降溫然后再進行水冷，則熱能利用率可達95%，同時電流效率也可由原來的70%左右提高到95%以上。

1.2.3延長制備設備的生命周期，降低能源消耗

利用科學先進的設備維護技術延長設備的使用壽命、減少用能設備損耗、降低用能設備的維護成本，從而有效地減少企業的能源消耗支出。

球形鋅粉的制備設備中，有的設備生命周期是1個月，有的設備生命周期是6個月，還有的設備生命周期是12個月甚至長達24個月。球形鋅粉制備設備由保溫材料構建，在開爐前需要烘爐以促使材料的受熱系數一致或相近；停爐時需要進行梯度降溫，以保證爐體核心部件不受損壞并防止安全事故的發生。開爐前烘爐期間和停爐后保溫及梯度降溫期間均需要消耗大量的熱能，因此延長設備的使用壽命就相當于降低了能源的消耗。設備生命周期的長短有設備本身的原因，也有原材料使用和工藝技術的原因，還與操作方法有較大關系。最初，球形鋅粉制備設備由坩堝、冷凝器、耐火材料構成，加熱方式是開放式的，對原材料要求不高，生產過程中的熱損大、設備使用壽命短；塔式爐是經過改進的設備，為滿足除雜提純的要求，設備高度高、體積大，整個加熱過程是通過多次升溫和熱輻射完成的，加熱時間長，熱損高，球形鋅粉出粉率高、純度高，設備的使用周期相對延長；目前針對應用最廣的涂料用球形鋅粉而開發的臥式爐，將熔鋅池與蒸發室組合并改造成封閉式結構，可對鋅錠進行直接加熱，熱損低、保溫性好、溫度高、熱效率高。臥式爐的熱處理效率是塔式爐的1.5倍，使用壽命長達24個月，這間接提高了能源利用率。

2　結語

近年來，富氧閃速熔煉工藝和串聯法的采用，使有色金屬制備過程中的能耗降低20%～30%。球形鋅粉制備過程中的節能途徑很多，技術進步是節能的關鍵因素，也是實現節能降耗的重要途徑之一。用技術革新、科技進步、時代發展的手段更新、淘汰舊的、高能耗的設備；通過改進生產工藝、縮短工藝流程、采用低能耗工藝、重視余熱利用，多渠道著手，抓住源頭，重視生產過程中每一個環節的節能問題，最終可以達到節能的目的。

［1］吳光治.粉末冶金的節能技術途徑［J］.國外金屬熱處理, 1998(5)：45-46.

Research and Applications of Energy-saving Technologies in the Preparation of Spherical Zinc Powders

Yan Haijin

Energy efficiency is not only an important way for enterprises to reduce cost,improve market competitiveness,and break energy constraints,but also the guarantee of enterprises′survival and development；furthermore,it's one part of the corporate social responsibility.There are mainly two ways for enterprises to save energy,by means of management or technology.The main reasons for high energy consumption in the preparation of spherical zinc powders are analyzed,and effective technical approaches for reducing energy consumption are proposed,which include researching and manufacturing new energy-efficient furnace,improving preparation technology to raise the integrated utilization level of energy,and extending the life of equipments.

Spherical zinc powder；Preparation；Energy-saving technology；Research and application

TF 123.7

嚴海錦男1978年生本科高級經濟師高級工程師主要從事金屬冶煉、金屬新材料粉體制備及其技術研究工作

2015年10月