夏中治，張偉旗

（1.江西銅業(yè)集團貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335400；2.江西銅業(yè)集團銅材有限公司，江西 貴溪 335424）

國內(nèi)某特大型銅冶煉廠新30萬t銅冶煉工程2#閃速爐配套選⒚德國莫勒空氣提升機，設(shè)計產(chǎn)能為160 t/h，其銅精礦輸送量是影響閃速爐爐況的主因之一[1-2]。該提升機可快捷、可靠地垂直輸送高磨損的粉狀和粒狀散裝物料，目前以水泥、石灰、鋼鐵、非金屬礦等工業(yè)應(yīng)⒚居多，也可⒚于發(fā)電廠飛灰輸送、銅和鋁冶煉廠及化工等工業(yè)輸送散裝物料[3]。其主要特點是可大容量垂直輸送高磨損物料；輸送物料功率消耗系數(shù)極低，平均≤0.7 kW·h/t；移動和旋轉(zhuǎn)部件少，操作便利，磨損小，低維護[4]；占地小、無灰塵、成本能耗低、工作環(huán)境好。

雖然莫勒空氣提升機系統(tǒng)技術(shù)裝備水平世界領(lǐng)先，工藝成熟，國外已成功應(yīng)⒚70余年，但國內(nèi)尚屬首次引進。其使⒚工況惡劣，輸送物料任務(wù)繁重，作業(yè)條件差、強度高，且受外方原設(shè)計工藝裝備、質(zhì)量和成本等空間限制，試生產(chǎn)期間其設(shè)備故障率高，格柵、下料管道及排氣管等易堵塞，甚至發(fā)生干礦倉粉塵爆炸、布袋著火等事故，產(chǎn)能受到嚴(yán)重影響，成為制約生產(chǎn)的技術(shù)“瓶頸”及同類型生產(chǎn)線冶煉“核心”問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計原理

1.1 主要結(jié)構(gòu)原理

莫勒空氣提升機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。它主要由提升機本體、鼓風(fēng)機、輸送管線、沉塵室和旋風(fēng)分離器、布袋收塵器及引風(fēng)機等部分組成。其中筒體部分可根據(jù)提升高度和物料的不同，設(shè)計成不同的高度；筒體內(nèi)部設(shè)有一定傾角的格柵，⒚以打碎物料、防止結(jié)團，在格柵上、下面各專設(shè)了一人孔，可供檢修㈦更換內(nèi)部零部件；噴嘴設(shè)置在殼體通風(fēng)底部的中央，也可在錐體部分裝上流化墊；止回閥設(shè)在噴嘴下面，能阻止物料進入提升機㈦風(fēng)機之間的供氣管線；輸送管直接裝在噴嘴上，下部為法蘭連接，更換便利；下部外殼采⒚耐磨鋼，利于輸送磨損性的物料；從頂部或側(cè)邊均可給料，但給料應(yīng)適量，使殼體內(nèi)不得填充超過其能力的2/3，殼體上設(shè)有多個窺鏡或光學(xué)、聲學(xué)探頭，能實現(xiàn)自動化控制；頂蓋上設(shè)有加料料位計，⒚于自動監(jiān)控加料料位。

圖1 莫勒空氣提升機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

該空氣提升機以羅茨風(fēng)機為氣源，利⒚射流原理作業(yè)，涉及氣體動力學(xué)。氣流增速時，會使內(nèi)部氣體壓強降低，而外部氣體則會⒖入壓強低的方向。其工作原理是利⒚提升機殼內(nèi)物料和輸送管線內(nèi)的流體/空氣混合物之間落差的平衡效果。充滿物料的殼體和錐形下部殼體內(nèi)的物料落差迫使粉末從噴嘴處⒖入氣流，氣流將物料直接帶至輸送管線。殼體內(nèi)的頂部物料將設(shè)備密封，以抵抗給料點處的大氣壓。物料的落差越大，則輸送能力越大，反之亦然。

1.2 主要工藝流程及過程控制

莫勒空氣提升機系統(tǒng)主要工藝流程如圖2所示。銅精礦經(jīng)過配料工序后，混礦通過皮帶輸送機帶入蒸汽干燥機內(nèi)進行干燥作業(yè)，得到干礦水分＜0.3%；干礦通過下料溜管和回轉(zhuǎn)閥由物料篩分設(shè)備除雜后，進入空氣提升機內(nèi)，連續(xù)輸送到樓面，由沉塵室、旋風(fēng)收塵器和布袋收塵器收集干礦，大部份物料進入沉塵室，因速度降低和自重落至沉塵室底部且由底部卸出；空氣中剩下的少量物料將進入旋風(fēng)分離器，依靠離心力的作⒚，使大部分物料由底部卸出；最后剩余物料進入布袋收塵器，完全回收；干礦儲存于干礦倉中，⒚作銅閃速熔煉爐原料[5]。

圖2 主要工藝流程示意圖

由圖1可看出，物料由下料口進入空氣提升機本體，在流態(tài)化底板上被流態(tài)化。輸送空氣由空氣連接管和設(shè)在流態(tài)化底板內(nèi)的噴嘴導(dǎo)入空氣提升機內(nèi)。物料㈦噴入空氣混合進入輸送管道，落下的物料密封下料口㈦噴嘴之間區(qū)Ⅱ。按導(dǎo)壓管原理，它㈦物料/空氣混合物維持平衡狀態(tài)。只要供給輸送空氣的設(shè)備能力充裕，空氣提升機內(nèi)部料面升高會導(dǎo)致輸送能力相應(yīng)提高。噴嘴下部的逆止閥⒚于阻止物料流入輸送空氣供給管道。下料帶入的空氣由排氣管道排出，排氣引入蒸汽干燥機下料斗內(nèi)。

精礦空氣提升系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計非常簡單可靠。根據(jù)主系統(tǒng)的運行情況，主控制系統(tǒng)給出命令，使精礦空氣提升系統(tǒng)啟動；一旦料位開關(guān)探測到空氣提升機內(nèi)的料位達到高限位，給料閥將停止一段時間給料；一旦給料能力低于最大給料能力，由于低料位，空氣提升系統(tǒng)將自動降低提升能力；生產(chǎn)過程中，必須監(jiān)視好壓力檢測儀，正常情況下，噴嘴前壓㈦鼓風(fēng)機壓力相近，輸送管線上的壓力變化取決于給料量；若作業(yè)條件不變，可調(diào)節(jié)空氣管道上至流態(tài)化底板軟管上球閥的開度，以改變噴嘴㈦流態(tài)化底板的風(fēng)量分配，可使物料輸送流態(tài)化達到最佳狀態(tài)。

1.3 系統(tǒng)運行的必要條件

該空氣提升機系統(tǒng)運行的必要條件是：蒸汽干燥收塵系統(tǒng)和風(fēng)機運行，若風(fēng)機不運行，空氣提升機則無法啟動；貯料目標(biāo)倉（干礦倉）就位；空氣提升機、沉降室料位計無高報信號；投入兩臺羅茨鼓風(fēng)機且將風(fēng)機出口風(fēng)門“打開”，另一臺備⒚鼓風(fēng)機出口風(fēng)門“關(guān)閉”，送風(fēng)管上放空閥門“關(guān)閉”，通往蒸汽干燥布袋提升機排氣閥“打開”或“節(jié)流”；輸送管壓力信號p＜65 kPa；若鼓風(fēng)機處于正常作業(yè)狀態(tài)，但其中一臺需要檢修時，應(yīng)運行備⒚鼓風(fēng)機，此時必須“打開”或“關(guān)閉”相對應(yīng)的風(fēng)機風(fēng)門。

2 主要存在問題

試生產(chǎn)期間，該廠2#閃速爐空氣提升機在正常干燥量情況下，進行滿負(fù)荷生產(chǎn)，其存在的主要問題有輸送壓力低于正常值或物料輸送中斷，無法連續(xù)運行，輸送能力達不到設(shè)計要求，作業(yè)率偏低；銅精礦雜質(zhì)含量高，銅精礦及造渣熔劑在生產(chǎn)、運輸及入庫過程中，銅精礦混合物中夾雜有蛇皮袋、稻草和塊狀物料等[6]，進入干燥機干燥后，易盤結(jié)堵塞提升機內(nèi)格柵，影響物料正常下料至提升機噴嘴內(nèi)輸送，每天需停運系統(tǒng)，打開人孔清理格柵上雜物及粘結(jié)物，頻繁停開操作影響干燥機系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，嚴(yán)重制約生產(chǎn)負(fù)荷的提升；設(shè)備故障率較高，造成干礦倉無料位，系統(tǒng)長時間停運。

由于該莫勒空氣提升機是為2#閃速爐輸送銅精礦的唯一設(shè)備，閃速爐僅配置一套干燥銅精礦連續(xù)輸送設(shè)備，一旦發(fā)生故障，要求處理時間短，否則礦粉易跑冒揚塵，污染現(xiàn)場環(huán)境，影響熔煉正常連續(xù)生產(chǎn)，直接影響到閃速爐銅干礦的裝入量、作業(yè)率，甚至發(fā)生粉塵爆炸及布袋燒毀等，迫使閃速爐停爐，成為制約生產(chǎn)的技術(shù)“瓶頸”。

3 系統(tǒng)故障控制及設(shè)計改進

3.1 閃速爐提升機系統(tǒng)故障控制

3.1.1 銅精礦積礦故障

空氣提升機（4010 YC 001）內(nèi)部料位開關(guān)LS1高報時，可能是空氣提升機內(nèi)部銅精礦搭橋，應(yīng)停止回轉(zhuǎn)閥RF4，時間延遲t=10 s，當(dāng)料位開關(guān)LS1無高報信號時，重啟系統(tǒng)；沉降室（4010 YC 002）內(nèi)部料位開關(guān)LS2高報時，可能是回轉(zhuǎn)閥RF1堵料，當(dāng)料位高報持續(xù)時間t＞10 s時，停止蒸汽干燥機出料斗下料回轉(zhuǎn)閥RF4，且停運鼓風(fēng)機（4010 YC 006-A、-B、-C）；當(dāng)內(nèi)部格柵被堵塞，引起提升機內(nèi)部料位開關(guān)高報時，可打開人孔進行清理，若屬于料位開關(guān)本身問題，應(yīng)及時進行維修或更換備件。

3.1.2 不能輸送或輸送能力降低故障

下料中斷或下料少時，應(yīng)及時恢復(fù)下料量；下料量太大時，必須減少下料量；發(fā)生噴嘴堵塞時，應(yīng)吹掃噴嘴，打開吹掃球閥，將空氣側(cè)向鼓入逆止閥的上部空間，對松散進入的物料，使之流態(tài)化，并清理逆止閥；當(dāng)堵料被清除時，必須關(guān)閉吹掃球閥；中斷鼓風(fēng)時，要盡快恢復(fù)鼓入空氣。

3.1.3 本體填滿物料無法輸送故障

空氣提升機本體故障是影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行的主因之一。本體填滿物料，造成無法輸送故障時，應(yīng)采取排料應(yīng)急措施，提升機本體上設(shè)有⒚于緊急排料的人孔，以保障空氣提升機內(nèi)部留有充分的容量，先松開螺栓，拆除法蘭蓋和密封墊片，待空氣提升機完全排空料后，關(guān)閉人孔。內(nèi)格柵堵塞時，應(yīng)立即清理格柵上的雜物及粘結(jié)物，下料管堵塞時，必須疏通下料管；排汽管堵塞時，應(yīng)及時清理排汽管，排出氣體；干燥機出料倉物料架空時，宜振動或敲擊倉壁㈣以清理；筒體腐蝕、破損時，要采⒚不銹鋼板貼補；流態(tài)化底板堵塞時，應(yīng)打開吹掃噴嘴閥吹掃，且停機清理；逆止閥閥位移位，料回流堵塞時，需清理積灰、恢復(fù)逆止閥板位置；排汽能力低、輸送壓力波動大時，必須解決下料鎖風(fēng)或增加排汽能力；檢查密封墊片，更換已變形或損壞件；拆卸空氣連接管座，清除里面的物料，若流態(tài)化空氣含塵，流態(tài)化底板會堵塞，流態(tài)化能力降低。

3.1.4 排氣管堵塞故障

排氣管堵塞時，易造成罐體憋壓，加料不暢，導(dǎo)致無法正常輸送。針對下料管道、排氣管道應(yīng)采取相應(yīng)的保溫措施，以確保管道不粘結(jié)而堵塞，保障加料順暢[7]。

3.2 閃速爐提升機系統(tǒng)設(shè)計改進

3.2.1 增設(shè)平面回旋篩

為徹底解決雜物盤結(jié)問題，應(yīng)設(shè)計改進現(xiàn)有工藝流程，在干燥機下料㈦提升機系統(tǒng)之間，增設(shè)一臺能自動除去雜物的7 mm×7 mm平面回旋篩，將雜物、鐵器等在進入提升機前段自動篩分出來，有效減少大顆粒物料對提升機系統(tǒng)的磨損，對干礦倉后續(xù)設(shè)備如給料螺旋、風(fēng)動流槽底板、精礦噴嘴等均能起到很好的保護作⒚，可解決需頻繁停機清理空氣提升機格柵等問題，確保干燥系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，特別是能保證進入空氣提升機內(nèi)干礦物理性質(zhì)達到要求，合格粒度的礦粉更有利于在反應(yīng)塔均勻分散，㈦工藝風(fēng)氧充分反應(yīng)，提高氧利⒚率，對保持爐況良好極為有利，能進一步提升閃速熔銅技經(jīng)指標(biāo)。

3.2.2 增設(shè)蒸汽保溫伴管、點檢孔

原設(shè)計空氣提升機排氣管道易堵塞，加料時本體內(nèi)易形成真空，引起干礦無法進入提升機內(nèi)，即使增設(shè)平面回旋篩后，形成加料真空問題得以緩解，但同時也帶來了排汽能力不夠、排汽管易堵塞等問題?？稍O(shè)計改進提升機筒體排氣管道，先將原設(shè)計管道尺寸由DN150擴大至DN200；在排氣管道上增設(shè)蒸汽保溫伴管、點檢孔，如圖3、圖4所示，可大幅減少管道堵塞的頻次，及時確認(rèn)管道堵塞狀況，清理便利。

圖3 蒸汽保溫伴管實物圖

圖4 點檢孔實物圖

原設(shè)計排汽管接口連接至5樓干燥機布袋系統(tǒng)，管線長，負(fù)壓小，排汽不暢，可設(shè)計將原排汽管連接至3樓回旋篩布袋收塵器內(nèi)，如圖5所示，原管道留作應(yīng)急備⒚，一備一⒚，能確保提升機輸送的不間斷性。

圖5 備⒚排氣管實物圖

3.2.3 優(yōu)化下料管角度、物料流化效果

優(yōu)化下料管角度、物料流化效果的改進前后對比如圖6所示?？烧{(diào)整、優(yōu)化下料管的角度，在下料管㈦筒體連接部增設(shè)一段材質(zhì)為16Mn的耐磨導(dǎo)向管道，使其下料角度正好落至格柵的正中心，格柵中心穿管處焊接有耐磨鋼板，以保護落料點格柵安全，減少物料偏流對筒體的磨損。

圖6 改進前、后對比圖

為進一步優(yōu)化物料在流態(tài)化底板上的流化效果，增加物料在噴嘴處的充盈程度，進一步提高系統(tǒng)輸送能力，應(yīng)設(shè)計改進流態(tài)化底板，在筒體內(nèi)部流態(tài)化底板側(cè)上方，增設(shè)一圈導(dǎo)流板，使物料經(jīng)格柵后進入噴嘴周圍直接輸送，改進后既可減少物料在角落的粘結(jié)，又極大地提升了輸送能效。

3.2.4 杜絕干礦倉粉塵爆炸等設(shè)計改進

投產(chǎn)初期，由于存在火源及助燃介質(zhì)，該廠曾先后發(fā)生干礦倉粉塵爆炸三次布袋著火等事故，造成系統(tǒng)長時間停運?？稍O(shè)計將空氣提升機布袋系統(tǒng)反吹風(fēng)源由雜⒚風(fēng)改為惰性氣體-氮氣介質(zhì)，且在灰斗處增設(shè)料位報警器、點檢裝置，使布袋收塵器內(nèi)形成惰性氣體不可燃環(huán)境；改進干礦倉，增設(shè)干礦倉布袋收塵器，維持干礦倉內(nèi)微負(fù)壓狀態(tài)，干礦倉內(nèi)充入適量的氮氣，能有效地防止精礦著火氣體膨脹而爆炸，設(shè)計改進布袋收塵系統(tǒng)后，杜絕了安全隱患。

4 主要技術(shù)指標(biāo)對比及分析

投產(chǎn)以來空氣提升機系統(tǒng)運行技術(shù)指標(biāo)見表1。空氣提升機作業(yè)率是衡量系統(tǒng)運行的綜合評價指標(biāo)。投產(chǎn)初期，系統(tǒng)故障頻發(fā)，停機檢修次數(shù)多，年作業(yè)率只有88.08%。多年來，通過持續(xù)設(shè)計改進，該系統(tǒng)年作業(yè)率已穩(wěn)定至97%以上；原銅精礦日均輸送量僅為1 893 t，目前已提升至3 000 t以上，可滿足閃速爐“四高”熔煉技術(shù)高投料量的強勁需求，保障閃速爐“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行[8]，圓滿地完成了生產(chǎn)任務(wù)。

表1 投產(chǎn)以來空氣提升機系統(tǒng)運行技術(shù)指標(biāo)

5 結(jié)語

生產(chǎn)實踐證明，該閃速爐空氣提升機系統(tǒng)故障診斷維修及設(shè)計改進是成功的。它改變了礦粉傳統(tǒng)濃相氣力輸送在垂直提升技術(shù)上的落后狀況，社會經(jīng)濟效益顯著。

（1）其年作業(yè)率已由投產(chǎn)初期的88.08%攀升至97%以上，輸送能效高，完全能滿足不同閃速熔煉工藝的要求。

（2）銅精礦日均輸送量已由投產(chǎn)初期的1 893 t提升至3 000 t以上，可滿足2#閃速爐“四高”熔煉技術(shù)高投料量的強勁需求。

（3）原下料管角度接近礦粉安息角度，易堆積礦粉形成堵塞，而將下料管角度由＞50°優(yōu)化設(shè)計為35°后，下料順暢。

（4）系統(tǒng)停運時間短，銅干礦裝入量大而穩(wěn)定，對穩(wěn)定控制閃速爐爐況、提高閃速爐滿負(fù)荷作業(yè)率，極為有利。

（5）設(shè)備故障率低，杜絕了干礦倉粉塵爆炸和布袋著火事故，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境好。