流態(tài)化冷卻器創(chuàng)新改進(jìn)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王卡卡，張振國(guó)，黎富強(qiáng)

（云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南會(huì)澤 654200）

云南馳宏鋅鍺股份有限公司會(huì)澤冶煉分公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)會(huì)澤冶煉）所用流態(tài)化冷卻器用于冷卻焙燒料，其作用是將鋅焙燒產(chǎn)出的高溫焙砂礦由890～950 ℃冷卻到500 ℃，冷卻效果的好壞直接影響后端設(shè)備圓筒冷卻器、刮板運(yùn)輸機(jī)和球磨機(jī)的使用壽命，因而是沸騰焙燒系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備。該設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)水套易開(kāi)裂、觀察孔蓋無(wú)法正常打開(kāi)、窺視孔蓋密封失效、進(jìn)料插板無(wú)法正常切換關(guān)閉、氣流使水套產(chǎn)生磨損等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。因此，極有必要對(duì)流態(tài)化冷卻器優(yōu)化改進(jìn)，提高安全性和穩(wěn)定性，保證沸騰焙燒系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 實(shí)際運(yùn)行中存在的問(wèn)題

流態(tài)化冷卻器主要由上筒段、下筒段、加料筒、出料筒、加料管、出料管、觀察孔蓋、窺視孔蓋、風(fēng)箱、風(fēng)帽、進(jìn)氣箱、燒注層和排渣口等組成[1]，流態(tài)化冷卻器結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。

圖1 流態(tài)化冷卻器結(jié)構(gòu)示意

1.1 水套易開(kāi)裂

由于進(jìn)、出料筒與水套上下板溫差較大，導(dǎo)致水套上下板膨脹量較大。而且進(jìn)、出料筒上部與水套上板是T形接頭焊接連接，進(jìn)、出料筒下部與水套下板是直角接頭焊接連接，焊接處應(yīng)力較集中，在經(jīng)受反復(fù)的熱脹冷縮應(yīng)力作用下，容易引起進(jìn)、出料筒下部與水套的焊縫以及進(jìn)、出料筒上部與水套的焊縫開(kāi)裂造成漏水事故。進(jìn)、出料筒與水套的焊縫易開(kāi)裂位置見(jiàn)圖2。

圖2 進(jìn)、出料筒與水套的焊縫易開(kāi)裂位置

1.2 觀察孔蓋無(wú)法正常打開(kāi)

觀察孔蓋采用螺栓連接，在設(shè)備出現(xiàn)故障需將其打開(kāi)應(yīng)急清理流化層積礦時(shí)，由于溫度高不易拆卸，無(wú)法正常快速打開(kāi)，造成設(shè)備故障處置周期長(zhǎng)。改造前觀察孔蓋使用示意見(jiàn)圖3。

圖3 改造前觀察孔蓋使用示意

1.3 窺視孔蓋密封失效

加料筒和出料筒頂部的窺視孔蓋對(duì)角各用一顆螺栓壓緊，熱脹冷縮時(shí)會(huì)導(dǎo)致密封失效。改造前窺視孔蓋使用示意見(jiàn)圖4。

1.4 進(jìn)料插板閥無(wú)法正常切換開(kāi)閉

進(jìn)料插板安裝在流態(tài)化冷卻器進(jìn)料管前端，由于進(jìn)料溫度在890～950 ℃，設(shè)備出現(xiàn)故障需切換關(guān)閉進(jìn)料插板時(shí)，由于溫度較高不易拆卸切換閥心，造成設(shè)備故障處置周期長(zhǎng)。

2 流態(tài)化冷卻器技改措施

圖4 改造前窺視孔蓋使用示意

針對(duì)流態(tài)化冷卻器所存在的問(wèn)題，本著不改變安裝尺寸的原則，對(duì)流態(tài)化冷卻器及進(jìn)料手板閥進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少水套開(kāi)裂漏水故障，提高斷風(fēng)、斷水后的應(yīng)急處置能力，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提升設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，保證沸騰焙燒系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)。

2.1 進(jìn)、出料筒與水套焊接的改進(jìn)

若進(jìn)、出料筒與水套焊接處的焊縫強(qiáng)度不足，會(huì)出現(xiàn)膨脹后焊縫開(kāi)裂引起漏水事故，而且進(jìn)、出料筒下部與水套下板直角接頭處又同時(shí)受氣體顆粒混合物沖刷，易受損。《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》關(guān)于焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)中提出：在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡可能采用最合理的結(jié)構(gòu)和焊接工藝，以便變形和應(yīng)力能減至最少；選用改進(jìn)后的設(shè)計(jì)，即在角形連接中，在要求密封和承受動(dòng)載荷時(shí)，應(yīng)在內(nèi)部增加焊縫[2]。因此，通過(guò)以下方法提高進(jìn)、出料筒與水套焊接處的焊縫強(qiáng)度及鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度：

1）在進(jìn)、出料筒與水套焊接處的內(nèi)外側(cè)采用雙面焊接，焊接示意見(jiàn)圖5。

2）根據(jù)JB/T 5000.3—2007《重型機(jī)械通用技術(shù)條件第3部分：焊接件》筋板倒角形式及尺寸，選擇在焊縫內(nèi)直角處焊接筋板，增加焊縫的鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

3）保證焊縫金屬與母材耐蝕性能一致，即焊縫金屬主要化學(xué)成分盡量接近母材，此外保證焊縫具有良好的抗裂性和綜合力學(xué)性能，焊接材質(zhì)選用A402焊條。

2.2 觀察孔蓋的改進(jìn)

原設(shè)計(jì)所用的流態(tài)化冷卻器觀察孔蓋由門(mén)孔、石棉板、螺栓、壓板及手柄組成，密封效果較差，高溫焙砂易從觀察孔蓋密封墊間噴出，導(dǎo)致焙砂及壓縮風(fēng)損失，還可能造成操作人員燙傷，且周?chē)h(huán)境難以清掃。

圖5 進(jìn)、出料筒與水套焊接示意

日常生產(chǎn)過(guò)程中，流態(tài)化冷卻器堵塞需要在30 min內(nèi)完成清理才能保證沸騰爐正常生產(chǎn)。但因溫度高，觀察孔四周又采用較多螺栓固定，拆卸困難，耗時(shí)較多，無(wú)法在30 min內(nèi)完成流態(tài)化冷卻器清理工作，從而造成沸騰爐燜爐，為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

為解決上述問(wèn)題，會(huì)澤冶煉選用一種實(shí)用的流態(tài)化冷卻器密封裝置加以替代，密封裝置包括鎖緊機(jī)構(gòu)、壓板、門(mén)孔、密封機(jī)構(gòu)和門(mén)鉸鏈機(jī)構(gòu)[3]。改造后的觀察孔蓋使用示意見(jiàn)圖6。

圖6 改造后觀察孔蓋使用示意

2.3 窺視孔蓋的改進(jìn)

會(huì)澤冶煉對(duì)窺視孔蓋進(jìn)行一系列優(yōu)化改造，措施如下：

1）使用2 mm鋼板制作非標(biāo)錐形封頭，用作壓蓋密封的外部密封槽，錐形封頭小端直徑508 mm，大端直徑628 mm，高120 mm。

2）將錐形封頭小端倒立置于進(jìn)料筒和出料筒頂部下方100 mm處，并通過(guò)焊接方式將二者固定在一起，從而完成由錐形封頭與進(jìn)、出料筒管壁組成的錐形密封槽。

3）壓蓋密封安裝完畢后，在錐形密封槽內(nèi)腔充濕鋅精礦，最終達(dá)到密封效果。

改造后窺視孔蓋結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7。

圖7 改造后窺視孔蓋結(jié)構(gòu)

2.4 進(jìn)料閘板閥的改進(jìn)

進(jìn)料閘板閥使用點(diǎn)溫度高達(dá)950 ℃，閘板閥制造安裝時(shí)，若閥板與閥座相接觸的密封面間隙過(guò)小，使用時(shí)由于熱脹冷縮造成閥板卡死，無(wú)法打開(kāi)，起不到臨時(shí)斷料應(yīng)急關(guān)閉作用；若閥板與閥座相接觸的密封面間隙過(guò)大，閥板密封不嚴(yán)，又會(huì)造成內(nèi)部空壓風(fēng)和焙砂混合物從閥板密封面飛出。針對(duì)這一情況，會(huì)澤冶煉采取以下實(shí)施方案：

1）閘板閥制造安裝時(shí)就確定閥板密封面間隙尺寸，保證應(yīng)急使用時(shí)能立即打開(kāi)閘板。

2）根據(jù)閘閥閥體靠閥板密封面一側(cè)的大小和手柄高度制作手柄密封盒，且手柄密封盒能夠?qū)⑹直耆芊庠趦?nèi)。

3）通過(guò)螺栓將手柄密封盒與閘閥閥體連接在一起。

4）安裝盲板閘板（閥門(mén)關(guān)時(shí)使用）或通板閘板（閥門(mén)開(kāi)時(shí)使用）后，在手柄密封盒內(nèi)填充硅酸鋁棉[4]，避免操作使用時(shí)因手柄溫度過(guò)高而無(wú)法作業(yè)。

5）手柄密封盒內(nèi)填充保溫棉，再通過(guò)螺栓連接方式安裝密封盒壓蓋，達(dá)到完全密封效果。

改進(jìn)后進(jìn)料閘板閥的設(shè)計(jì)及使用示意見(jiàn)圖8～9。

3 運(yùn)行效果

經(jīng)一系列改造后，2020年3月設(shè)備投入運(yùn)行，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)良好。

圖8 改進(jìn)后進(jìn)料閘板閥設(shè)計(jì)

圖9 改進(jìn)后進(jìn)料閘板閥使用示意

設(shè)備改造前后運(yùn)行效果見(jiàn)表1。

表1 設(shè)備改造前后運(yùn)行效果

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)原有流態(tài)化冷卻器的水套焊接工藝、觀察孔蓋、窺視孔蓋和進(jìn)料插板閥的改進(jìn)，水套焊縫壽命得以延長(zhǎng)，觀察孔蓋打開(kāi)、進(jìn)料插板閥開(kāi)閉切換更輕便、靈活，窺視孔蓋密封良好，經(jīng)會(huì)澤冶煉的實(shí)際應(yīng)用，能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。同時(shí)，該技改措施提高了流態(tài)化冷卻器的可靠性、實(shí)用性，降低設(shè)備故障率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，為鋅冶煉安全、連續(xù)生產(chǎn)提供了有力保障。