球形锌粉制备节能技术研究与应用

严海锦

江苏科创金属新材料有限公司江苏科成有色金属新材料有限公司泰州华民锌品有限公司（江苏泰州　225300）

球形锌粉制备节能技术研究与应用

严海锦

江苏科创金属新材料有限公司江苏科成有色金属新材料有限公司泰州华民锌品有限公司（江苏泰州225300）

节能是企业降低成本、提高市场竞争力、破解能源约束的重要途径，也是企业生存和发展的保障，更是企业应承担的社会责任。企业节能主要有管理节能和技术节能两种途径，主要分析了球形锌粉制备过程中能耗高的主要原因，就降低能耗提出行之有效的技术途径，包括重视研发和制备新型节能炉型、改进制备工艺以提高能源综合利用水平、延长设备的生命周期等。

球形锌粉制备节能技术研究与应用

0　引言

球形金属锌粉主要作为富锌涂料,富锌油漆和其他防腐、环保等高性能涂料的关键原料而广泛应用于大型钢铁构件、船舶、航空、集装箱等行业，同时也作为重要原料而广泛应用于冶金、农药、医药、化工、渗镀、催化剂、电子、印染、军工等行业，是一种对国民经济有重要支撑作用的功能性粉体材料。球形锌粉的制备工艺主要有三种，即蒸馏法、熔化喷吹法和电解法。这三种生产工艺都存在能耗高、损耗大的缺点。2010年以来，工业经济市场低落，下行压力持续增大，企业面临的市场竞争也更加激烈，在这种情况下，“能耗”成为评价一个企业综合竞争力的重要指标。

近十年来，随着我国工业化进程的加快，煤、电、油、气供应出现持续紧张，节能是世界范围内的研究热点，也是各国工业发展的要求和趋势。通过控制过时的经济增长模式，提高能源的利用率，可实现工业经济的有效增长。

国内规模企业制备球形锌粉均采用蒸馏法，主要设备是采用耐火材料构建的卧式或者立式设备。蒸馏法制备球形锌粉的工艺是以焦炭、燃油、煤气或天然气为燃料，使锌锭经过熔融（400～600℃）、蒸发［（1080±20）℃］和冷凝等过程，最终成为超细颗粒。该工艺利用锌的低熔点（419.4℃）、高蒸汽压（沸点温度下约为0.1 MPa）特性，在常压下将锌加热至1000℃以上使之气化（锌的沸点为907℃），锌蒸汽被导入与空气隔绝的密闭低温冷凝器内急剧冷凝（温度在240～330℃左右）成为超细锌粉，集尘收集制得的锌粉平均粒径大多在5μm以上，最后利用不同网目的设备将锌粉筛分成不同细度的制品并且移入包装桶。通过该工艺流程可知，在球形锌粉的制备过程中，设备降耗、燃料的充分利用和节约是节能的主要途径。

1　球形锌粉制备节能途径研究与技术应用

1.1节能途径分析

国外粉末制备企业或者粉末冶金企业的能源消耗均为产品成本的4%，而我国则为14%左右（或15%～20%），可见我国企业的能源利用率较低，在能源的利用方面浪费现象相当严重，而窑炉是金属粉末制备行业能耗最高的关键设备。根据能量守恒定律、球形锌粉制备原理和其设备特点，节能途径主要有以下几个方面：一是研发和制备新型节能先进炉型，采用新型耐火纤维等优质保温材料控制窑炉散热损失，或采用先进的燃烧装置强化燃烧，减少不完全燃烧，使空燃比趋于合理；二是工艺改进，降低排烟热损失和加强烟气余热利用，提高能源的综合利用率；三是保证设备正常运行，通过采用更先进科学的维护设备和技术，减少用能设备损耗，降低用能设备的维护成本，从而有效地减少企业的能源消耗支出；四是加强节能降耗管理，从制度上进行约束、行为上进行管控，杜绝能源浪费现象［1］。

1.2节能技术研究与应用

一些球形锌粉制备企业对设备进行性能测试和技术改造，提升了熔炼工序的节能空间，取得了良好的节能效果，不仅促进了节能技术和设备的发展，也带动了有色金属粉末行业节能技术的进步。综合国内外粉末制造行业的节能动向，建议企业采取下述节能技术和措施。

1.2.1重视研发和制备新型节能先进炉型

淘汰高能耗的设备，发展新型节能先进炉型。采用新型耐火纤维等优质保温材料，在不增加炉体高度的前提下，加强炉体隔热、延伸炉体长度、降低入口口径和高度、降低炉壁温度，以控制窑炉散热损失；采用先进的燃烧装置强化燃烧，减少不完全燃烧，使空燃比趋于合理；增加导热系数高的弧形板，加强热能的循环并提高其利用率。

在球形锌粉制备设备中，经过改造的设备其蒸发室为组合式，蒸发面积减少1/3；同时在熔化池和蒸发池中加入了弧形板（若没有弧形板，锌液上层会发生氧化）；每吨锌粉损耗锌资源约35 kg；以煤炭或燃气为能源，每吨锌粉耗用煤炭980 kg或耗用燃气250 m3，能源消耗量较大。在熔化池和蒸发池中增加的弧形板可以吸收热量并可传热、导热至交换室，同时起到隔绝空气、防止锌液氧化等作用，从而将每吨锌粉的锌资源损耗降至10 kg左右，同时实现每吨锌粉耗用煤炭450 kg（节约率达54.08%）或者耗用燃气210 m3。

1.2.2改进制备工艺，提高能源综合利用水平

重视发展感应熔融蒸发技术，特别是热成形感应熔融蒸发技术，提高加热和传热的速率；采用提纯冷凝技术；利用远红外线加热并连续运行，达到能源高效利用的目的。

在球形锌粉的制备过程中，如果整个加热过程是通过多次升温和热辐射完成的，由于熔锌池和蒸发室是开放式的，会导致加热时间长、热损高、受热不均匀、热效率低，造成一定的能源浪费。可以通过改进制备工艺，使燃料转化成的热能进入熔化池和蒸发池，控制融化温度、蒸发温度、冷凝温度及冷凝器内循环气体的流动速率，使热能经弧形板进入热交换室，通过热交换室实现废气与空气的热交换，使燃烧室空气温度提升50℃，并使排出烟囱的废气温度由1000℃降至500℃，此举可降低排烟热损失并提高烟气余热利用，从而提高能源的综合利用率。采用传统的高温冷却工艺，热能利用率只有70%左右。如果采用低温旋风冷却工艺先进行降温然后再进行水冷，则热能利用率可达95%，同时电流效率也可由原来的70%左右提高到95%以上。

1.2.3延长制备设备的生命周期，降低能源消耗

利用科学先进的设备维护技术延长设备的使用寿命、减少用能设备损耗、降低用能设备的维护成本，从而有效地减少企业的能源消耗支出。

球形锌粉的制备设备中，有的设备生命周期是1个月，有的设备生命周期是6个月，还有的设备生命周期是12个月甚至长达24个月。球形锌粉制备设备由保温材料构建，在开炉前需要烘炉以促使材料的受热系数一致或相近；停炉时需要进行梯度降温，以保证炉体核心部件不受损坏并防止安全事故的发生。开炉前烘炉期间和停炉后保温及梯度降温期间均需要消耗大量的热能，因此延长设备的使用寿命就相当于降低了能源的消耗。设备生命周期的长短有设备本身的原因，也有原材料使用和工艺技术的原因，还与操作方法有较大关系。最初，球形锌粉制备设备由坩埚、冷凝器、耐火材料构成，加热方式是开放式的，对原材料要求不高，生产过程中的热损大、设备使用寿命短；塔式炉是经过改进的设备，为满足除杂提纯的要求，设备高度高、体积大，整个加热过程是通过多次升温和热辐射完成的，加热时间长，热损高，球形锌粉出粉率高、纯度高，设备的使用周期相对延长；目前针对应用最广的涂料用球形锌粉而开发的卧式炉，将熔锌池与蒸发室组合并改造成封闭式结构，可对锌锭进行直接加热，热损低、保温性好、温度高、热效率高。卧式炉的热处理效率是塔式炉的1.5倍，使用寿命长达24个月，这间接提高了能源利用率。

2　结语

近年来，富氧闪速熔炼工艺和串联法的采用，使有色金属制备过程中的能耗降低20%～30%。球形锌粉制备过程中的节能途径很多，技术进步是节能的关键因素，也是实现节能降耗的重要途径之一。用技术革新、科技进步、时代发展的手段更新、淘汰旧的、高能耗的设备；通过改进生产工艺、缩短工艺流程、采用低能耗工艺、重视余热利用，多渠道着手，抓住源头，重视生产过程中每一个环节的节能问题，最终可以达到节能的目的。

［1］吴光治.粉末冶金的节能技术途径［J］.国外金属热处理, 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

严海锦男1978年生本科高级经济师高级工程师主要从事金属冶炼、金属新材料粉体制备及其技术研究工作

2015年10月