陳 祿
(山東恒邦冶煉股份有限公司,山東 煙臺 264000)
山東恒邦冶煉股份有限公司(以下簡稱恒邦股份)冶煉二公司銅冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)于2010年3月正式投產(chǎn)運行,采用的是富氧底吹造锍捕金熔煉工藝技術(shù)進行銅冶煉生產(chǎn)。受全國銅冶煉系統(tǒng)擴產(chǎn)、新建及國內(nèi)銅礦資源匱乏、銅礦品味下降等因素的影響,全國銅冶煉系統(tǒng)生產(chǎn)用銅精礦的供應(yīng)壓力日趨明顯,依賴國外進口銅精礦及選擇低品位、多元素入爐銅冶煉物料成為我公司保證生產(chǎn)的有效手段。
為適應(yīng)多遠復(fù)雜入爐原料,提高公司的經(jīng)濟效益,公司于2015開始嘗試投入高砷銅物料,并摸索生產(chǎn)試驗。經(jīng)過一年的反復(fù)摸索試驗,2016年突破火法銅冶煉驟冷收砷技術(shù)瓶頸,公司入爐原料更加多樣性,更是成功將入爐銅礦的砷品位提高至3.5%,成為世界首家將驟冷收砷技術(shù)應(yīng)用于銅冶煉的企業(yè)。伴隨著入爐雜礦的持續(xù)投入,經(jīng)過冶煉后產(chǎn)生的煙氣對于后續(xù)工段的設(shè)備生產(chǎn)及運行造成了極大的被動。底吹爐余熱鍋爐內(nèi)部煙氣由于溫度較高,行程的高溫?zé)崛荏w在輻射區(qū)內(nèi)沿著水冷壁流淌至刮板輸送機,造成刮板輸送機被高溫熔體沖刷腐蝕;同時鍋爐內(nèi)部因溫度較高,復(fù)雜煙氣在鍋爐管束形成結(jié)焦焦塊。高溫?zé)崛垠w及管束產(chǎn)生的大塊結(jié)焦造成鍋爐刮板輸送機鏈條及本體故障頻繁,導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)頻繁停車檢修,工人勞動強度不斷增大。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,2019年1月至2020年1月期間,冶煉二公司因鍋爐刮板輸送機故障問題累計造成系統(tǒng)停車時間合計142小時24分,嚴重制約著冶煉二公司的開車率,對冶煉二公司生產(chǎn)運行造成極大被動,同時頻繁的維修刮板輸送機增大了工人的勞動強度,造成維修人員不斷離職,且維修費用居高不下,備件及維修費用達到260萬元/年,解決刮板輸送機故障問題迫在眉睫。
通多對刮板輸送機拆解維修及鍋爐運行中的跟蹤觀察,造成鍋爐刮板輸送機故障的原因主要有三大方面:
(1)一是刮板輸送機鏈條損壞嚴重,鏈條斷齒、斷鏈,銷軸腐蝕斷裂、銷孔受熱拉裂,鏈條整體受熱變形及腐蝕損壞等問題。主要是因為刮板機輸送區(qū)域溫度較高,普通碳鋼鏈條在500℃高溫熔體下受熱造成本體熱膨脹。刮板輸送機總長20米,經(jīng)過計算在500℃高溫下刮板輸送機鏈條膨脹200mm,造成刮板機鏈條因剮蹭造成故障,同時自身的材質(zhì)特性因受高溫發(fā)生變化,疲勞特性及強度降低,影響使用壽命。
(2)二是刮板輸送機箱體及隔板腐蝕破損,無法輸送物料。主要是余熱鍋爐內(nèi)部高溫?zé)崛垠w流淌至刮板機中間隔板上部,熱熔體與運轉(zhuǎn)的刮板鏈條相互摩擦造成隔板破損。同時高溫?zé)崛垠w對刮板箱體具有流淌腐蝕性,造成箱體腐蝕損壞。
(3)三是刮板機輸送機尾部中心傳動軸因高溫受熱,導(dǎo)致傳動軸變形、鏈條脫軌,同時高溫致輸送機尾部軸承室內(nèi)潤滑油融化,需要人員隨時對軸承加注潤滑油及軸流風(fēng)機持續(xù)吹掃降溫,如果潤滑不及時造成軸承損壞,軸承潤滑油及軸流風(fēng)機電耗消費較高。
(4)四是刮板輸送機結(jié)渣嚴重,刮板機負荷大造成設(shè)備不能正常運轉(zhuǎn),需經(jīng)常性對箱體進行切割進行清渣處置,清渣完畢后進行焊接恢復(fù),頻繁操作導(dǎo)至箱體漏氣,腐蝕較重。
以上故障均是由于鍋爐內(nèi)的高溫?zé)煔饧案邷厝垠w造成,是刮板輸送機故障的根源所在。
針對導(dǎo)高溫導(dǎo)致刮板輸送機這一系列故障的原因,我們提出改變刮板輸送機的結(jié)構(gòu)形式,通過強制冷卻循環(huán)降溫處置,并打破原有刮板輸送機下部進行物料輸送的方式,重新設(shè)計制作了一套上出料式水冷循環(huán)刮板輸送機。新設(shè)計的刮板輸送機主要由頭部驅(qū)動裝置、箱體機構(gòu)、高溫物料輸送裝置、清灰及排渣裝置、尾部水冷缺裝置、中間水冷缺裝置。
新設(shè)計的刮板輸送機在結(jié)構(gòu)形式及材料選用上更加契合現(xiàn)場的高溫工作環(huán)境。通過對夾套進行強制水冷缺循環(huán)降溫的方式對內(nèi)部高溫?zé)崛荏w及煙氣進行降溫冷卻。
頭部驅(qū)動裝置采用高強度合金鋼線切割加工制成線形驅(qū)動齒,保證在鏈條驅(qū)動時受力均勻,防止因受力不均及受熱造成驅(qū)動齒斷裂的情況。
上部物料輸送的方式有效解決了大塊結(jié)焦對鏈條的卡傷、斷裂;刮板機箱體機構(gòu)采用耐熱、耐腐蝕的316L不銹鋼板材制作,同時增大鋼板厚度,大大提高了設(shè)備本體的耐腐及受熱性能;高溫物料輸送機構(gòu)采用耐熱及延展性更強的310S不銹鋼板采用沖壓工藝并焊接而成,同時在鏈條兩側(cè)增加加強翅板,提高鏈條輸送的承載能力。
清灰及排渣裝置是設(shè)置在箱體機構(gòu)上的快開活動人孔門,快開人孔門采用斜鐵加保溫棉緊釘?shù)哪J?,省去因結(jié)焦對箱體的切割焊接,易于對設(shè)備內(nèi)部積灰及結(jié)焦進行清理,既降低工人勞動強度,也節(jié)省了清焦時間。
尾部水冷裝置采用軸承部空心設(shè)計,并配合采用雙旋轉(zhuǎn)接頭,并接通冷卻水循環(huán)進行冷卻降溫,有效解決了刮板輸送機尾部受熱變形及潤滑油受熱融化的問題。
中間水冷裝置采用316L不銹鋼板制作而成,整套管板輸送機分為4組水套,水套之間采取分區(qū)并聯(lián)模式,防止在使用過程中因某塊水冷裝置損壞造成整體水循環(huán)停用的狀況,水冷裝置內(nèi)部增設(shè)折流擋板,最大限度保證水冷卻循環(huán)效果。為了防止高溫?zé)崛荏w對中間隔板的沖刷腐蝕及摩擦磨損,中間水套制作完成后在上面鋪設(shè)一層耐火澆鑄材料,有效阻止高溫?zé)崛垠w對水套表面的沖刷及磨損腐蝕。
圖1 內(nèi)部鏈條輸送裝置
自行設(shè)計的刮板輸送機自2020年3月份完成制作并投入生產(chǎn)使用,通過1年的使用運行,改造后的使用效果明顯。經(jīng)過統(tǒng)計,2020年4月至2021年3月,刮板輸送機及鏈條整體使用壽命明顯增強,由以前月消耗4副鏈條降低是月消耗1副甚至不消耗的狀態(tài),有效解決了高溫熔體及結(jié)焦對刮板輸送機的影響。高溫熔體受冷卻水循環(huán)冷卻,熱熔體冷凝成焦塊,有效的防止了熱態(tài)熔體對隔板的腐蝕磨損,未在發(fā)生過中間隔板腐蝕斷裂的情況;刮板輸送機尾部水冷軸水冷降溫后使軸承室可以正常潤滑,減少了潤滑脂消耗和軸流風(fēng)機的電消耗。
圖2
刮板輸送機自投入使用后效果明顯,主要從以下幾方面得以體現(xiàn):
(1)減少因設(shè)備故障造成的停車時間,提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的開車率。經(jīng)統(tǒng)計,2019年1月至2020年1月份冶煉二公司因鍋爐刮板輸送機故障累積造成停車時間為142小時24分。而2020年3月份更換自制的水冷循環(huán)刮板輸送機后,截至2021年1月份,因刮板輸送機故障造成的停車時間僅有2小時,極大的提高了設(shè)備的開車時間。通過計算,節(jié)省的開車時間可直接提高經(jīng)濟效益約280萬元。
(2)減少設(shè)備及備件的消耗費用,降低生產(chǎn)成本。經(jīng)過統(tǒng)計,2019年1月至2020年1月份冶煉二公司更換刮板箱體兩套、刮板機尾3套,刮板鏈條47套,累積備件更換費用約為207.02萬元,折合每月備件耗費17.25萬元。更換為改造的新型水冷刮板輸送機后,2020年4月至2021年3月期間更換刮板機備件費用合計62.14萬元,折合每月約6.2萬元,每年可節(jié)省刮板輸送機備件費用132萬元。人工更換費用及工程車輛消耗費用忽略不計,僅增加開車率及備件節(jié)約耗費累計克節(jié)省400多萬元。
(3)其它效益:由于水冷循環(huán)刮板輸送機運行故障率降低,減少了維修工人的勞動強度,降低了員工的離職率;刮板輸送機尾部雙旋轉(zhuǎn)接頭水冷循環(huán)大大降低了軸承室溫度,節(jié)省潤滑脂及軸流風(fēng)機降溫費用未詳細計算。同時設(shè)備完好運行不會造成組織煙氣的外溢,對周圍工人的工作環(huán)境有了極大改善。
(4)其它各生產(chǎn)公司生產(chǎn)系統(tǒng)的推廣使用情況:由于各公司冶煉系統(tǒng)均處理復(fù)雜精礦,余熱鍋爐內(nèi)部都存在高溫熔體及刮板輸送機機體溫度過高的情況。其中冶煉一公司側(cè)吹系統(tǒng)熔煉車間余熱鍋爐刮板輸機也頻繁出現(xiàn)設(shè)備故障,鑒于冶煉二公司水冷循環(huán)刮板輸送機的成功應(yīng)用,冶煉一公司熔煉車間側(cè)吹系統(tǒng)熔煉余熱鍋爐刮板已經(jīng)于2020年6月份大修對原有刮板輸送機進行了更換,改為自行設(shè)計的水冷循環(huán)刮板輸送機,目前使用效果較為良好,投入使用至今未出現(xiàn)任何過故障;冶煉三公司底吹爐余熱鍋爐刮板輸送機計劃于2021年大修期期間對其進行改造更換。
水冷循環(huán)刮板輸送機打破了傳統(tǒng)刮板輸送機的設(shè)計思路,是根據(jù)我公司生產(chǎn)實際情況、現(xiàn)場工況摸索試驗并設(shè)計制作而成的。通過對結(jié)構(gòu)形式改變,材料性能的優(yōu)化,水冷系統(tǒng)的增設(shè)運用,有效解決了刮板輸送機故障對系統(tǒng)運行的影響,在生產(chǎn)運用中解決了制約生產(chǎn)開車率及維修費用高的問題,給公司取得了良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。同時水冷循環(huán)刮板輸送機在同行業(yè)內(nèi)相同工況下為首次設(shè)計應(yīng)用,可在相同工況條件下借鑒使用,為冶煉企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)適應(yīng)更加復(fù)雜多變的入爐物料提供了強有力的設(shè)備保障。