蔡江南,楊中波

(1.河南華慧有色工程設(shè)計有限公司 ,河南鄭州 450041;2.中國鋁業(yè)股份有限公司河南分公司自備電廠 ,河南鄭州 450041)

拜爾法溶出系統(tǒng)中脫硅機改造

蔡江南1,楊中波2

(1.河南華慧有色工程設(shè)計有限公司 ,河南鄭州 450041;2.中國鋁業(yè)股份有限公司河南分公司自備電廠 ,河南鄭州 450041)

針對工藝流程和原料性質(zhì)的改變,將原有流程中的脫硅機實行改造后,不僅滿足新流程的需要,而且大大降低生產(chǎn)成本。

燒結(jié)法 ;拜耳法 ;脫硅機 ;射線檢測 ;滲透檢測 ;局部熱處理

1 脫硅機改造的背景

近年來,國內(nèi)氧化鋁礦石指標(biāo)下滑。以一水硬鋁石為主要原料,采用燒結(jié)法工藝進(jìn)行氧化鋁生產(chǎn)的企業(yè)舉步維艱。此時國外優(yōu)質(zhì)礦石逐漸走進(jìn)國門。這些進(jìn)口礦主要是三水軟鋁石,且需采用低溫拜耳法工藝進(jìn)行氧化鋁的生產(chǎn)。為降低成本,很多中鋁旗下的老企業(yè)購買國外礦石,并對工藝流程和生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行低溫拜耳法改造。本文論述的脫硅機改造是對生產(chǎn)設(shè)備改造的一個范例。

2 脫硅機改造的原因

改造的脫硅機是燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中使用的設(shè)備,原始結(jié)構(gòu)見圖 1。當(dāng)其在拜耳法工藝中作礦漿溶出停留罐使用時,由于三水軟鋁石中石英、針鐵礦等雜質(zhì)磨損物含量較高,物料對容器底部半球形封頭沖刷磨蝕十分厲害。在高溫條件下停留使用一段時間后,石英等雜質(zhì)在出料口底部便有大量結(jié)疤,需頻繁清除。最終厚度為 20 mm的半球形封頭,不到一年就因磨穿而更換,生產(chǎn)成本大大增加。為解決這些問題,我們對原脫硅機底部進(jìn)行改造,以適應(yīng)新工藝、新礦石的要求。改造結(jié)構(gòu)見圖 1。

圖 1 脫硅機改造前后對比

3 脫硅機改造的方法

脫硅機改造方案為：不廢棄承壓作用的半球形封頭,同時在其內(nèi)部增設(shè)常壓錐形假底。常壓錐形假底具有良好排料性和成本低廉的優(yōu)點,既滿足生產(chǎn)要求,又降低維修費用。

具體方案為：在距原筒體與原半球形封頭焊縫向上 80 mm處,我們在脫硅機內(nèi)部焊接常壓錐形假底。為不破壞半球形封頭,我們將滾壓成形的常壓錐形假底按圖示要求縱分成16等份后,通過c人孔部件送到脫硅機內(nèi)組焊成形。最后我們在其上下各開 4個Φ100 mm的小圓孔使之與半球形封頭連通,達(dá)到不承壓的目的。由于常壓錐形假底在結(jié)構(gòu)設(shè)計上保證不承壓,我們選擇經(jīng)濟實用的Q235-B鋼板即可。與其對接的承壓錐體,由于結(jié)構(gòu)上是承壓部件,我們需選擇質(zhì)量較好一些的 20R壓力容器用鋼板?？紤]到口徑越小,流速越快,沖刷磨損越嚴(yán)重,我們應(yīng)適當(dāng)增加承壓錐體的厚度。

為防止錐形假底承料后產(chǎn)生形變變形或因劇烈振動而導(dǎo)致錐形假底與半球形封頭處的焊縫脫焊,我們在錐形假底四周焊接筋板予以支撐。與筋板相焊的墊板,應(yīng)與球形封頭內(nèi)球面貼合緊密后焊接定位。

因清理結(jié)疤和檢修需要,我們將 c人孔做延伸處理。即增加一人孔短節(jié)與人孔接管焊接,并與錐形假底連通。我們將卷圓的鋼板割成兩個半圓并加工對接坡口后,運往現(xiàn)場通過 c人孔部件在脫硅機內(nèi)組焊。此改造方案的好處為：由于磨損主要發(fā)生在常壓錐形假底部件上,所以如出現(xiàn)磨穿現(xiàn)象,只需更換常壓錐形假底,而不是承壓半球形封頭,從而維修費用較以前大大降低。

4 制造、檢驗和驗收

4.1 制造

先將承壓錐體、接管和法蘭在車間內(nèi)組焊成部件(1)運往現(xiàn)場。在脫硅機球形封頭底部,按承壓錐體實際插入孔徑在球形封頭上開孔。用機械冷加工方式按照圖 2焊接結(jié)構(gòu)圖要求在球形封頭上加工坡口。而后部件 (1)通過人孔送入脫硅機內(nèi)部后,從球形封頭底部開孔中穿出,與配對的管道法蘭用螺栓螺母固定。最后按照圖 2要求采用氬弧焊打底,手工填充的方式進(jìn)行焊接。

圖 2 焊接結(jié)構(gòu)圖

將拆分好的人孔短節(jié)零部件通過 c人孔運到脫硅機內(nèi)部組焊好后,再將拆分好的常壓錐形假底零部件、筋板和墊板通過 c人孔也運到脫硅機內(nèi)部,逐步對接組焊完成如圖 2結(jié)構(gòu)所示。常壓錐形假底由于是非受壓元件,所以其縱、環(huán)焊接接頭可采用帶鈍邊的V形焊縫,未注焊腳高度為相鄰件薄者之厚度;法蘭與接管的焊接按照相關(guān)的法蘭標(biāo)準(zhǔn)。

改造的焊接按照 JB/T4709-2000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》進(jìn)行,焊接材料按照該標(biāo)準(zhǔn)的原則選取。焊接前應(yīng)做焊接工藝評定,焊接工藝評定按照J(rèn)B/T4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》進(jìn)行。所有焊縫均為連續(xù)焊縫。

4.2 檢驗與驗收

錐形假底上沿與脫硅機殼體的焊接接頭應(yīng)按照J(rèn)B/T4730-2005《承壓設(shè)備無損檢測》進(jìn)行 100%射線無損檢測,射線檢測的技術(shù)等級不低于AB級,合格級別不低于Ⅲ級,且不允許有未焊透。檢驗合格后,按照 GB150-1998《鋼制壓力容器》規(guī)定,采用履帶加熱的方式進(jìn)行局部消除應(yīng)力熱處理。

承壓錐體、接管和法蘭組焊成型的部件 (1),應(yīng)對其焊接接接頭進(jìn)行 100%射線無損檢測,射線檢測的技術(shù)等級不低于AB級,合格級別不低于Ⅲ級,并且不允許有未焊透。檢測合格后進(jìn)行退火處理消除內(nèi)應(yīng)力。部件 (1)與底部半球形封頭的連接焊縫,要求采用氬弧焊打底,手工填充的全焊透工藝。焊接完成后進(jìn)行滲透檢測,Ⅰ級合格。經(jīng)檢驗合格后,采用履帶加熱法進(jìn)行退火熱處理。

設(shè)備維修改造完畢后應(yīng)進(jìn)行水壓試驗。

5 結(jié)語

通過對改造后的脫硅機進(jìn)行跟蹤調(diào)查,此改造方案滿足使用要求,降低維修更換成本,具有良好的安全性和經(jīng)濟性。此方案已在我廠推廣開來。

[1] 楊海濤.壓力容器的安全與強度計算[M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社,1982.

[2] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB150-1998《鋼制壓力容器》.國家技術(shù)監(jiān)督局,1998.

[3] 《壓力容器實用技術(shù)叢書》編寫委員會編.壓力容器制造和修理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

TQ051.8

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：1003-3467(2010)14-0037-02

2010-06-21

蔡江南(1982-),女,助理工程師,主要從事化工機械方面的研究,電話：25503920。