賀金森

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司貴溪冶煉廠，江西 鷹潭 335424）

某冶煉廠是大型省屬國(guó)有企業(yè)下屬的骨干工廠，是“六五”時(shí)期國(guó)家成套引進(jìn)的銅火法冶金工藝?；鸱ㄒ苯鹗巧a(chǎn)銅的主要方法，目前世界上80%的銅是火法冶金生產(chǎn)的，特別是硫化銅精礦，全用火法處理［1］。銅精礦的組成對(duì)冶煉工藝的選擇極為重要［2］。其精礦預(yù)干燥系統(tǒng)，歸口工廠下設(shè)的車間管理，是工廠主生產(chǎn)工藝線的首道關(guān)口。主要負(fù)責(zé)完成精礦入廠后的預(yù)干燥處理及輸送任務(wù)，系統(tǒng)年需輸送精礦量達(dá)200萬(wàn)t以上。該系統(tǒng)的核心——爐窯部分，經(jīng)過(guò)多年的使用維護(hù)和持續(xù)改造，不僅滿足了該套系統(tǒng)長(zhǎng)周期高效運(yùn)行的需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的低碳環(huán)保排放。對(duì)同行業(yè)的設(shè)備管理維護(hù)和改造實(shí)踐具有一定的借鑒意義。

1 基本概況

我國(guó)銅冶煉一般都采用圓筒干燥，干燥后精礦含水5% ～8%［3］。精礦預(yù)干燥系統(tǒng)主要是由熱風(fēng)爐、加料機(jī)、干燥窯等設(shè)備組成，如圖1所示，其原理是利用熱風(fēng)爐燃燒塊煤產(chǎn)生高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔庠诨剞D(zhuǎn)窯內(nèi)與高水分精礦進(jìn)行熱交換，并在回轉(zhuǎn)窯的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)下，精礦從窯頭向窯尾運(yùn)行，從而起到脫水的作用。

圖1 精礦預(yù)干燥系統(tǒng)設(shè)備連接圖（一系統(tǒng)一系列）

1.1 回轉(zhuǎn)窯

系統(tǒng)采用的核心設(shè)備之一——順流式回轉(zhuǎn)窯。由內(nèi)外雙層筒體構(gòu)成，外筒體尺寸為直徑Φ3 200 mm×20 000 mm，采用A3鎮(zhèn)靜鋼鋼板卷焊而成。內(nèi)筒體則主要采用厚8 mm的1Cr18Ni9Ti不銹鋼鋼板卷焊而成，內(nèi)外兩層筒體采用專用螺栓緊固連接，內(nèi)外筒體間設(shè)計(jì)了振打墊板。

為保護(hù)干燥窯端部及防止物料外溢，在筒體進(jìn)料端還設(shè)計(jì)了4 500 mm長(zhǎng)的310S材質(zhì)耐熱不銹鋼筒體，以及窯頭端部耐熱擋圈；筒體前端布置了8塊螺旋推料板，其作用是在窯體轉(zhuǎn)動(dòng)下將精礦向窯內(nèi)推送。在筒體內(nèi)還分別設(shè)置12圈共108塊升舉式揚(yáng)料板翻動(dòng)物料，以增加換熱面積?？紤]到入窯銅精礦水分“前高后低”的特性，揚(yáng)料板前6圈每圈設(shè)置了8塊，后6圈每圈設(shè)置了10塊。

為減少筒體內(nèi)物料粘結(jié)，在外筒體上還設(shè)計(jì)了9圈振打裝置，即每圈9個(gè)，共計(jì)81個(gè)振打錘，通過(guò)敲打振打墊板傳導(dǎo)振動(dòng)至內(nèi)筒體。窯體進(jìn)料選擇了傾斜33°的水冷螺旋加料機(jī)加料，對(duì)傳統(tǒng)的流槽式加料方式進(jìn)行了改進(jìn)，這不僅消除了繁重的捅料勞動(dòng)，而且使進(jìn)料均勻、流暢，保證了窯內(nèi)穩(wěn)定的物料供給。

1.2 熱風(fēng)爐

熱風(fēng)爐是為干燥設(shè)備提供熱源的設(shè)施。用于熱風(fēng)爐的熱源主要有：天然氣、煤、電、油以及太陽(yáng)能［4］。預(yù)干燥系統(tǒng)熱風(fēng)爐采用燃煤作為熱源，為磚砌體結(jié)構(gòu)，外形尺寸10 780 mm×4 524 mm×9 210 mm，其內(nèi)部配置了原上海鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的20 t／h標(biāo)準(zhǔn)鍋爐排，該爐排是一種機(jī)械化的鍋爐層式燃燒設(shè)備，以加煤斗進(jìn)行自動(dòng)落煤加入燃料。

爐排工作面即爐排表面部分，是由許多薄片的爐條呈魚鱗狀前后連續(xù)斜疊。通風(fēng)截面為6%，爐鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是有多根鏈條，不設(shè)橫梁，爐條以5片為1組，用爐條夾板夾住固定到鏈條上，鏈條用拉桿串聯(lián)，在鏈條之間又串有長(zhǎng)滾柱，滾柱與主軸上的鏈輪吻合，傳動(dòng)爐鏈運(yùn)轉(zhuǎn)。爐鏈的運(yùn)轉(zhuǎn)是由主動(dòng)軸推送的，從動(dòng)軸則是滑動(dòng)的，爐鏈在從動(dòng)軸上方傾斜，而下方下垂，使其產(chǎn)生拉力，拉緊爐排的工作面。

爐排內(nèi)部燃燒采用分段送風(fēng)，沿爐排縱向分成若干大容量的風(fēng)室，每個(gè)風(fēng)室單獨(dú)接進(jìn)風(fēng)管，進(jìn)入的燃燒風(fēng)由于擴(kuò)散而降低速度并能均勻地分布充滿風(fēng)室，進(jìn)風(fēng)管內(nèi)有碟形門，可以調(diào)節(jié)風(fēng)室風(fēng)壓。爐排采用兩側(cè)進(jìn)風(fēng)，風(fēng)室中間隔開。風(fēng)室出灰裝置采用碟形落灰門，搖轉(zhuǎn)落灰門，煤灰落至下層爐鏈上，爐鏈在下部導(dǎo)軌上移動(dòng)，導(dǎo)軌有缺口處，遇到缺口處，爐條垂直，煤灰就落到再下一層的埋刮板運(yùn)輸機(jī)內(nèi)。出灰門搖動(dòng)裝置通過(guò)進(jìn)風(fēng)管裝置而在風(fēng)管外面，其布置與進(jìn)風(fēng)管一致。

排渣裝置采用鷹嘴式擋渣器，其靠自身的重量將頭部壓在爐鏈上，下部擱底鋼軌砌在一堵矮墻上，兩端嵌入地基和爐墻，不與爐排支架連接，也不用地腳螺栓固定。

熱風(fēng)爐的給煤裝置為篩分一體的分層式鍋爐給煤裝置，裝置采用多塊結(jié)合式煤閘板，每塊閘板均裝有彈簧裝置，遇上較大煤塊時(shí)，煤閘板依靠彈簧的自行彈力，使其安全通過(guò)。能通過(guò)的最大煤塊直徑為160 mm。該裝置在前端設(shè)置兩道水冷系統(tǒng)，而且其鏈輪部位采用離合裝置，當(dāng)遇外部事故而使?jié)L筒受力加劇時(shí)，在一定力矩作用下會(huì)使離合裝置自行分開，保護(hù)關(guān)鍵部件不因受力過(guò)大而受到損壞。

2 故障分析及維護(hù)管理

2.1 故障分析

回轉(zhuǎn)窯的故障主要分為機(jī)電和窯體兩個(gè)部分。機(jī)電部分，常見的故障現(xiàn)象主要有減速機(jī)漏油、運(yùn)行溫度高，驅(qū)動(dòng)電機(jī)散熱風(fēng)扇老化燒損，大齒圈噴油裝置加油出現(xiàn)假信號(hào)不噴油，托輪軸承小流量冷卻水?dāng)嗔鞯?。窯體部分，故障現(xiàn)象主要有振打錘脫落、斜敲，內(nèi)筒體焊縫開裂，揚(yáng)料板變形脫落等。

熱風(fēng)爐的故障則主要集中在煤、渣處理及爐排系統(tǒng)上。常見的故障現(xiàn)象有給煤裝置粘接卡死，爐排魚鱗片脫落，防焦器管道漏水，下灰斗堵灰，煤灰刮板機(jī)異響、卡死，出渣機(jī)卡死停運(yùn)等。其次是在熱風(fēng)爐本體上，常見的故障現(xiàn)象有拱頂?shù)舸u坍塌，內(nèi)拱頂積灰過(guò)多堵塞通風(fēng)截面，上升煙道掉磚變形等。

上述爐窯設(shè)備中，幾乎每一個(gè)故障現(xiàn)象，都會(huì)對(duì)系統(tǒng)生產(chǎn)造成影響。而故障現(xiàn)象一旦擴(kuò)大化，則會(huì)對(duì)整個(gè)爐窯系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。輕則只是個(gè)別班次的短時(shí)停車，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)直接導(dǎo)致全系統(tǒng)停產(chǎn)。

2.2 維護(hù)管理

針對(duì)出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，車間在維護(hù)管理上采取的措施主要有：

1.制度化點(diǎn)檢。采用班組日常點(diǎn)檢加點(diǎn)檢員專業(yè)點(diǎn)檢的模式，生產(chǎn)班組每班次對(duì)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行前、中、后點(diǎn)檢，點(diǎn)檢組每周至少兩次對(duì)爐窯設(shè)備進(jìn)行專業(yè)點(diǎn)檢。同時(shí)，車間還會(huì)在每周一組織一次機(jī)電、工藝專業(yè)技術(shù)人員混編的聯(lián)合點(diǎn)檢。確保對(duì)爐窯設(shè)備日常和專業(yè)點(diǎn)檢的全覆蓋。

2.專業(yè)化分工。車間將爐窯設(shè)備分為機(jī)電、工藝兩個(gè)部分進(jìn)行分專業(yè)管理，統(tǒng)計(jì)表見表1，通過(guò)專業(yè)化分工，強(qiáng)化設(shè)備本體和附屬設(shè)備的專業(yè)化管理，提高設(shè)備管理的針對(duì)性。同時(shí)，不斷提高對(duì)專業(yè)技術(shù)人員的管理要求。

表1 預(yù)干燥系統(tǒng)爐窯部分專業(yè)化分工統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)采取以上維護(hù)管理措施，對(duì)于核心設(shè)備回轉(zhuǎn)窯內(nèi)筒體部分，使用壽命基本維持在了3～4 a，即兩個(gè)大修周期左右。車間采用第一個(gè)大修周期焊接修復(fù)筒體，整體更換揚(yáng)料板；第二個(gè)大修周期整體更換筒體及揚(yáng)料板的方式，保障了回轉(zhuǎn)窯筒體的長(zhǎng)周期使用。熱風(fēng)爐也基本維持在兩個(gè)大修周期深度檢修一次。

3 改造實(shí)踐

爐窯設(shè)備在多年的使用管理過(guò)程中，雖然能基本滿足車間預(yù)干燥系統(tǒng)的物料輸送生產(chǎn)需求。但窯體長(zhǎng)周期運(yùn)行后期，故障現(xiàn)象加重，維護(hù)成本高等弊端逐漸顯現(xiàn)。燃煤熱風(fēng)爐環(huán)保節(jié)能劣勢(shì)凸顯，不再符合有色冶金行業(yè)主流環(huán)保生產(chǎn)設(shè)備的高標(biāo)準(zhǔn)需求。這些因素的疊加，也不斷推動(dòng)著工廠加快對(duì)預(yù)干燥系統(tǒng)爐窯設(shè)備的改造步伐。

3.1 回轉(zhuǎn)窯改造

通過(guò)多年的經(jīng)驗(yàn)分析，回轉(zhuǎn)窯使用的主要問(wèn)題和痛點(diǎn)是：勵(lì)磁調(diào)速電機(jī)達(dá)不到很好的節(jié)能效果；內(nèi)筒體直接接觸年約2萬(wàn)t左右返回系統(tǒng)內(nèi)的中間物料，粘接腐蝕加劇。揚(yáng)料板掉落和內(nèi)筒體開裂嚴(yán)重；應(yīng)用的“一”字型揚(yáng)料板與回轉(zhuǎn)窯的焊接面窄，一旦脫落后，再焊接的新?lián)P料板抗沖擊力變差。

因此，車間針對(duì)這一系列痛點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行了逐一針對(duì)性的改造升級(jí)。一是在內(nèi)筒體部分，將原厚8 mm，1Cr18Ni9Ti材質(zhì)與310S材質(zhì)相結(jié)合的不銹鋼內(nèi)筒體鋼板進(jìn)行升級(jí)替換；同時(shí)，對(duì)揚(yáng)料板的型式和材質(zhì)也給予了相應(yīng)改進(jìn)，見表2。二是對(duì)原勵(lì)磁調(diào)速電機(jī)進(jìn)行了升級(jí)改造，將兩臺(tái)回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)電機(jī)，全部更換為了變頻電機(jī)。在提高了回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)節(jié)能水平的同時(shí)，改善了回轉(zhuǎn)窯的維護(hù)管理難度，延長(zhǎng)了回轉(zhuǎn)窯內(nèi)筒體及揚(yáng)料板的使用壽命。

表2 回轉(zhuǎn)窯改造前后相關(guān)信息對(duì)比表

3.2 熱風(fēng)爐改造

按照國(guó)家、行業(yè)發(fā)展的要求。2015-2016年，工廠對(duì)預(yù)干燥系統(tǒng)的兩臺(tái)燃煤熱風(fēng)爐，全部升級(jí)改造為了高效節(jié)能的預(yù)熱式天然氣熱風(fēng)爐。在使用清潔燃料替代的同時(shí)，熱風(fēng)爐由原全磚砌式結(jié)構(gòu)，變成了外部鋼筒體，內(nèi)部少量耐火磚砌筑的結(jié)構(gòu)。通過(guò)后期的性能考核試驗(yàn)得出的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，見表3、表4。

表3 1＃天然氣熱風(fēng)爐性能考核表

表4 2＃天然氣熱風(fēng)爐性能考核表

熱風(fēng)爐雖然外觀尺寸縮小，但仍然保持了較好的熱風(fēng)生產(chǎn)能力，以及非常高的熱利用效率，見表5、表6。

表5 1＃熱風(fēng)爐熱效率統(tǒng)計(jì)表

表6 2＃熱風(fēng)爐熱效率統(tǒng)計(jì)表

由表5、表6中可知，1＃熱風(fēng)爐總熱效率達(dá)到98.50%；2＃熱風(fēng)爐總熱效率達(dá)到98.59%，平均熱效率為98.55%，均超過(guò)設(shè)計(jì)值95%。此外，冶金工業(yè)是耐火材料的最大消費(fèi)者，其每年消耗的耐火材料約占全年耐火材料產(chǎn)量的60% ～70%（其中有色冶金工業(yè)的消耗量約占10% ～15%）［5］。熱風(fēng)爐進(jìn)行天然氣改造后，爐磚消耗量得以大幅下降，見表7。爐體維護(hù)成本及工作量都得到更好的控制。

表7 熱風(fēng)爐改造前后相關(guān)信息對(duì)比表

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)多年的摸索和持續(xù)的跟蹤改進(jìn)。目前，工廠首臺(tái)改造后的回轉(zhuǎn)窯，使用壽命已經(jīng)成功達(dá)到9 a。熱風(fēng)爐則由于采用清潔能源——天然氣替代，徹底改善了煤、渣處理等附屬設(shè)備帶來(lái)的系統(tǒng)高故障率，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度得以全面提升。熱風(fēng)爐熱風(fēng)生產(chǎn)控制因素，由以往的煤層厚度，爐排速度，鼓風(fēng)量及混風(fēng)量等簡(jiǎn)化成了天然氣入爐量和混風(fēng)量。司爐工的操作也變得更加簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)了以往多點(diǎn)面控制到現(xiàn)在單一檔位控制方式的改變，降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。此外，由于燃?xì)鉄犸L(fēng)爐不再需要保溫作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了隨用隨停的功能。因而保障了停止生產(chǎn)時(shí)窯內(nèi)滯留精礦不會(huì)因過(guò)干燥，而造成再開車時(shí)的窯后精礦揚(yáng)塵，有效改善了預(yù)干燥系統(tǒng)作業(yè)環(huán)境。精礦預(yù)干燥熱風(fēng)爐通過(guò)升級(jí)改造后，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)穩(wěn)定高效和環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的目標(biāo)，并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［6］。對(duì)工廠推進(jìn)綠色生產(chǎn)，加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度，提供了有力支撐。