鋰錠澆鑄及油煉鍋用油優(yōu)化控制研究

張旭瓊

摘 要 燃油具有易燃性、易受熱膨脹性、易揮發(fā)、易擴(kuò)散、易流淌性、易爆性，易產(chǎn)生靜電；對(duì)于兩種完全互溶的可燃性液體組成的混合液，其閃點(diǎn)一般都低于各組分閃點(diǎn)的算術(shù)平均值。閃點(diǎn)越低的可燃性液體，揮發(fā)性越高，越容易著火，安全性較差。經(jīng)過對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)狀分析，確定電解、精煉和蒸餾工序中所用油的優(yōu)化方案：電解與蒸餾工序中的鋰錠澆鑄用油采用100#特種白油與32#白油按1：1混合的混合油、精煉與蒸餾工序的油煉鍋內(nèi)全部采用100#特種白油，提高安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞 鋰錠澆鑄；擴(kuò)散泵油；白油；優(yōu)化控制

中圖分類號(hào) O646 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）172-0237-02

電解工序是從氯化鋰等熔融電解質(zhì)電解出金屬鋰目標(biāo)產(chǎn)物，電解產(chǎn)出的金屬鋰轉(zhuǎn)入盛有擴(kuò)散泵油的鑄模內(nèi)，鑄模放入裝有擴(kuò)散泵油和石蠟油的油車內(nèi)，鑄成粗鋰錠，冷卻取出，稱重后供精煉使用或貯存。精煉工序是把電解制取的粗鋰和各種返料，通過計(jì)算，按產(chǎn)品化學(xué)成份質(zhì)量要求進(jìn)行適當(dāng)搭配，在化料罐內(nèi)進(jìn)行熔化、撈渣等過程。

近幾年來，車間精煉工序的化料罐在使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)爆鳴和噴料現(xiàn)象，有些職工甚至因此受到傷害。由于每年在鋰錠澆鑄和油煉鍋內(nèi)的用油量較大，且3#擴(kuò)散泵油的價(jià)格較高，使得這一部分的成本居高不下。因此需要對(duì)電解、精煉和蒸餾工序中鋰錠澆鑄用油及油煉鍋用油進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

1 相關(guān)生產(chǎn)作業(yè)難題及問題分析

生產(chǎn)線某化料罐出現(xiàn)噴料現(xiàn)象并引起著火事件，針對(duì)這一嚴(yán)重的安全隱患，車間和工段進(jìn)行了現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)化料罐內(nèi)的油蒸汽大量聚集在罐內(nèi)上部空間。通過分析認(rèn)為，爆鳴和噴料現(xiàn)象是由大量的油蒸汽與空氣混合后遇高熱引起的。

為了降低化料罐內(nèi)油蒸汽的濃度，車間通過對(duì)化料操作中的充氮?dú)膺^程進(jìn)行細(xì)化改進(jìn)，取得一定的成效。但在后續(xù)生產(chǎn)中液鋰爆鳴和噴料現(xiàn)象偶爾還是會(huì)出現(xiàn)，且生產(chǎn)成本仍然居高。為了從根本上解決問題，車間對(duì)與粗鋰錠有關(guān)的各個(gè)工序進(jìn)行全面的了解和系統(tǒng)的分析，從出現(xiàn)爆鳴和噴料現(xiàn)象的源頭——粗鋰錠的澆鑄用油入手來解決這個(gè)問題。

1.1 燃油相關(guān)性質(zhì)

1）燃油的特性。易燃性，油品越輕閃點(diǎn)越低，著火危險(xiǎn)性越大，白油遇明火、高熱可燃；易爆性；易揮發(fā)、易擴(kuò)散、易流淌性；易產(chǎn)生靜電；易受熱膨脹性。

2）燃油閃點(diǎn)及其測定方法。燃油閃點(diǎn)是在規(guī)定結(jié)構(gòu)的容器中加熱揮發(fā)出可燃?xì)怏w與液面附近的空氣混合，達(dá)到一定濃度時(shí)可被火星點(diǎn)燃時(shí)的燃油溫度。一般閃點(diǎn)在150℃以下的輕質(zhì)油品用閉杯法測閃點(diǎn)，重質(zhì)潤滑油和深色石油產(chǎn)品用開杯法測閃點(diǎn)。同一個(gè)油品，其開口閃點(diǎn)較閉口閃點(diǎn)高20℃～30℃。

3）閃點(diǎn)的近似計(jì)算公式。對(duì)于兩種完全互溶的可燃性液體組成的混合液，其閃點(diǎn)一般都低于各組分的閃點(diǎn)的算術(shù)平均值。混合液閃點(diǎn)的近似估算公式為：

T混=1/（V1/T1+V2/T2+......+Vn/Tn）。

V1——第一種油所占的體積比，Vn——第n種油所占的體積比；

T1——第一種油的閃點(diǎn)；Tn——第n種油的閃點(diǎn)。

4）油品的安全使用規(guī)定。閃點(diǎn)越低的可燃性液體，揮發(fā)性越高，越容易著火，安全性較差。在儲(chǔ)存和使用中禁止將油品加熱到它的閃點(diǎn)，加熱的最高溫度，一般應(yīng)低于閃點(diǎn)20℃～30℃；在敞口容器中，油的加熱溫度應(yīng)低于閃點(diǎn)10℃，以保證使用安全和減少揮發(fā)損失。

1.2 現(xiàn)狀分析

1）精煉工序化料罐內(nèi)油蒸汽的來源。精煉工序化料時(shí)，化料罐內(nèi)的油蒸汽為粗鋰錠自身所帶來的油品經(jīng)高溫后揮發(fā)出來的氣體，而粗鋰錠來自電解工序和蒸餾工序，具體情況為：

電解工序澆鑄粗鋰錠用油為3#擴(kuò)散泵油與26#白油的混合油，26#白油的實(shí)測閉口閃點(diǎn)為165℃，3#擴(kuò)散泵油的實(shí)測開口閃點(diǎn)為268℃，混合油的閃點(diǎn)約為202℃；蒸餾工序澆鑄粗鋰錠用油也為3#擴(kuò)散泵油與26#白油的混合油，混合油的閃點(diǎn)約為200℃；精煉工序化料溫度要求為190℃～240℃，一般情況下設(shè)定為220℃。

化料罐屬于半敞口容器，理論上加熱溫度應(yīng)比油品的閃點(diǎn)低20℃～30℃，實(shí)際加熱溫度比混合油的閃點(diǎn)還高，因此不安全。

2）蒸餾工序油煉鍋。蒸餾工序油煉鍋內(nèi)用油為3#擴(kuò)散泵油與26#白油的混合油，混合油的閃點(diǎn)約為226℃。油煉鍋的溫度控制要求為200℃～240℃，一般情況下設(shè)定為240℃。在敞口容器中，油的加熱溫度應(yīng)低于閃點(diǎn)10℃，油煉鍋是敞口容器，混合油的閃點(diǎn)應(yīng)比加熱溫度高10℃，因此不安全。

3）精煉工序油煉鍋。精煉工序油煉鍋是敞口容器，用油為3#擴(kuò)散泵油，溫度控制要求為200℃～220℃，一般設(shè)定為220℃。3#擴(kuò)散泵油的實(shí)測開口閃點(diǎn)為268℃，比控制參數(shù)高出許多，因此是安全的。

針對(duì)上述分析，要解決這個(gè)安全隱患的最簡單的方法就是將電解與蒸餾用油全部替換為3#擴(kuò)散泵油。由于3#擴(kuò)散泵油（90元/kg）與26#白油（12元/kg）的價(jià)格相差太多，且每年的用油量又大，這種方法就會(huì)較大幅度提高生產(chǎn)成本。

2 優(yōu)化方案的確定與實(shí)施

2.1 用油型號(hào)及比例的確定

通過表1中幾種常見型號(hào)的白油的閃點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)粘度對(duì)比發(fā)現(xiàn)：68#白油的運(yùn)動(dòng)粘度與3#擴(kuò)散泵油相近，但閃點(diǎn)較低；100#特種白油的閃點(diǎn)相對(duì)其他白油較高，但運(yùn)動(dòng)粘度高；其他油品的指標(biāo)與3#擴(kuò)散泵油相差較大。

根據(jù)運(yùn)動(dòng)粘度相近的原理進(jìn)行混合，通過理論計(jì)算得出幾種常見型號(hào)的白油混合后的特性，見表2。

雖然表2中計(jì)算出來的閃點(diǎn)都不符合安全使用要求，但從現(xiàn)狀分析中可以看出，各種油品的實(shí)測閃點(diǎn)都高于理論計(jì)算值，因此混合后的閃點(diǎn)也要高于表中計(jì)算值。通過綜合對(duì)比，從表中可以看出，32#白油與100#特種白油按1：1混合是相對(duì)較優(yōu)的選擇。且經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)32#白油與100#特種白油的實(shí)測開口閃點(diǎn)分別為217℃和245℃，按1：1混合后的閃點(diǎn)為230℃，雖然比3#擴(kuò)散泵油的閃點(diǎn)低，但在實(shí)際生產(chǎn)中，只要限定實(shí)際設(shè)定溫度，這個(gè)閃點(diǎn)就可以滿足安全使用要求。因此，最后決定電解與蒸餾工序中的鋰錠澆鑄用油采用100#特種白油與32#白油按1：1混合的混合油，精煉與蒸餾工序的油煉鍋內(nèi)采用100#特種白油。

2.2 實(shí)控溫度的確定

混合油的閃點(diǎn)為230℃，化料罐屬于半敞口容器，實(shí)際加熱溫度應(yīng)比混合油閃點(diǎn)低20℃，因此設(shè)定在 190℃～210℃之間。

蒸餾工序的油煉鍋用油為100#特種白油，其閃點(diǎn)為245℃，油煉鍋屬于敞口容器，實(shí)際加熱溫度應(yīng)比混合油的閃點(diǎn)低10℃，根據(jù)實(shí)際情況需要，要求加熱溫度設(shè)定在200℃～230℃。

精煉工序的油煉鍋用油為100#特種白油，其閃點(diǎn)為245℃，油煉鍋屬于敞口容器，實(shí)際加熱溫度應(yīng)比混合油的閃點(diǎn)低10℃，根據(jù)實(shí)際情況需要，要求加熱溫度設(shè)定在200℃～220℃。

3 優(yōu)化結(jié)果分析

3.1 安全效益

車間根據(jù)前面確定的優(yōu)化方案制定出新的《關(guān)于電解、精煉和蒸餾三個(gè)工序的用油規(guī)定》細(xì)則，并應(yīng)用于生產(chǎn)中后，取得以下成果：

1）金屬鋰的一次投檢合格率沒有因?yàn)楦淖冇糜蛶碡?fù)面影響。

2）截止目前，沒有發(fā)生過液鋰爆鳴和噴料現(xiàn)象，安全隱患得到解決，生產(chǎn)安全系數(shù)得到提高。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

1）電解工序經(jīng)濟(jì)效益。改進(jìn)前電解工序每噸電解粗鋰所需油品費(fèi)用為949.26元，改進(jìn)后生產(chǎn)每噸粗鋰所需費(fèi)用為508.01元。按年度生產(chǎn)精鋰需要粗鋰500t，除去庫存需要生產(chǎn)粗鋰400t來計(jì)算，改進(jìn)后可節(jié)約176 500元。

2）蒸餾工序經(jīng)濟(jì)效益。（1）按蒸餾工序生產(chǎn)345t粗鋰計(jì)算，其中約25%進(jìn)行了返包，返包時(shí)需對(duì)鋰錠刷3#擴(kuò)散泵油，平均每噸返包料需用油4kg，約需360元；改進(jìn)后，返包時(shí)改用100#特種白油，共4×12.5=50元，每噸比改進(jìn)前節(jié)約310元。

（2）改進(jìn)前平均每天需要3#擴(kuò)散泵油與26#白油費(fèi)用分別為98 550元和13 140元，共111 690元；改進(jìn)后，油煉鍋內(nèi)全部改用100#特種白油，全年需花費(fèi)2 190×12.5=27 375元，全年比改進(jìn)前節(jié)約84 315元。

（3）澆鑄鋰錠平均每噸用油分別為3.63kg和36.29kg，共762.18元；改進(jìn)后，澆鑄用油改為混合油，平均每噸需使用39.92kg，共489.02元，每噸比改進(jìn)前節(jié)約273.16元。

按蒸餾300t粗鋰計(jì)算，全年可節(jié)約：

300×25%×310+84315+300×273.16=189 513元。

3）精煉工序經(jīng)濟(jì)效益。改進(jìn)前精煉工序全年需加油2 190kg（全部為3#擴(kuò)散泵油），需花費(fèi)2190×90=197 100元。改進(jìn)后油煉鍋內(nèi)全部改用100#特種白油，每年需花費(fèi)2190×12.5=27 375元，比改進(jìn)前節(jié)約169 725元。

4）電解、蒸餾、精煉工序經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)。全年共可節(jié)約176 500+189 513+169 725= 535 738元。

由此可見，油品的更換使得車間生產(chǎn)成本大大降低。

4 結(jié)論

通過了解燃油及閃點(diǎn)的性質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行分析后，確定電解、精煉和蒸餾工序中所用油的優(yōu)化方案：電解與蒸餾工序中的鋰錠澆鑄用油采用100#特種白油與32#白油按1：1混合的混合油、精煉與蒸餾工序的油煉鍋內(nèi)全部采用100#特種白油。該方案的實(shí)施不僅使車間生產(chǎn)安全隱患可以得到解決，更大大降低了生產(chǎn)成本。

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