干燥機盤管耐磨蝕工業實驗

桂云輝

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

蒸汽干燥工序是閃速爐熔煉的準備工序，負責將含水8%~10%的物料降低至0.3%。物料的干燥方式有氣流干燥、蒸汽干燥等。氣流干燥耗能高，逐漸被淘汰。蒸汽干燥機具有設備占地小，固定投資小；無煙塵發生率；間接接觸的干燥過程，無著火危險，無S02發生率；熱損失小，排氣量低；低操作成本，蒸汽自產等優勢，得到極大范圍的推廣。

受銅精礦與換熱管（干燥機盤管）接觸的影響，盤管不斷被腐蝕、磨損，導致蒸汽泄漏，生產無法維持，必須對盤管進行更換或盲堵。而對盤管進行檢修耗費時間較長，制約生產穩定運行。采用加厚管壁或更換盤管材質的方式，盤管的壽命能得到一定的提升，與三年壽命的預期有不小的差距，且有一定的隱患，需要找出其他耐磨手段。

2 蒸汽干燥工藝過程概述

貴冶2#閃速爐蒸汽干燥機屬于回轉式蒸汽干燥機，其本體設置一定的傾斜角度（進料端高于出料端）。干燥機由一臺大功率馬達驅動干燥機筒體與干燥機盤管同速轉動,蒸汽從轉子的中心管進入，穿過輻射狀聯箱，分配給盤管的主管后，再進入支管［1］。熱蒸汽流經各盤管的主管與支管，將熱量傳給不斷在轉子盤管間隙中運動的銅精礦，使精礦經歷升溫——蒸發——再升溫后逐漸蒸發脫除所含的水分［2］。蒸汽中的冷凝水在轉子離心力的作用下，匯集進入中心管，在蒸汽壓力的作用下，冷凝水從中心管通過虹吸管排出干燥機，返回到動力純水箱，回收純水。

3 實驗方向

金屬材料的應用在各個行業領域中都發揮著至關重要的作用。然而，其在實際應用中卻常常發生腐蝕現象，嚴重影響金屬制品的力學性能[3]。銅精礦含有較高的硫化物。由于蒸汽加熱礦粉而有一定的溫度，耐硫腐蝕是一關鍵考量要素；因為44.4kg/s的處理量（設計最大干燥能力160t/h），礦粉與盤管之間的接觸頻率高，抗摩擦腐蝕也將是另一個同等重要需要解決的課題，同時，礦粉具有酸性特征，并有與空氣中的氧氣接觸反應，存在氧化腐蝕的可能性。綜合而言，擺在工程技術人員面前的有硫腐蝕、摩擦腐蝕、酸腐蝕、氧化腐蝕這四個腐蝕問題。目前，干燥機盤管與支管普遍采用316L不銹鋼或雙相不銹鋼，對酸腐蝕及氧化腐蝕具有良好的耐受性。所以，選取在蒸汽加熱盤管上制備能夠抵抗硫腐蝕、磨蝕需要的防護膜，提高蒸汽加熱盤管的抗腐蝕耐受性，從而達到延長干燥機盤管使用壽命的目的。

干燥機盤管上的支管為無縫鋼管。為了提高換熱效率，支管冷彎成一定的弧度（如圖1所示）。但是，這樣就使得支管的彎管部位與銅精礦物料的接觸深度、方式和頻次更加復雜多樣，其承受的沖擊作用更多、更大、更強。因此在支管的彎管部位附近鍍膜能取得最理想的實驗效果。在實際的生產中，彎管附近的泄漏概率最大，也印證了分析結果。

圖1 干燥機盤管支管示意圖

為了延長支管的使用壽命，可以采用加大支管壁厚的方式。但加大管道壁厚會帶來缺陷：第一、增加備件成本；第二、增大了盤管自重，使干燥機本體重心產生偏移；第三、增加壁厚降低了蒸汽導熱效率，降低干燥機工作性能。目前，提高不銹鋼表面耐蝕性的主要手段有優化鋼材組成、鋼材表面鈍化、腐蝕介質中添加緩蝕劑、鋼材表面涂層、鋼材表面自組裝防腐膜五種技術，并已取得了一系列的進展［4］。所以，較薄的耐磨防腐涂層可有效降低增加支管壁厚帶來的缺陷，因此，采用一種耐磨防腐金屬鍍層成為提高支管使用壽命的有效途徑。

圖2 泄漏的干燥機盤管支管

4 耐磨防腐層材料的選取

金屬鍍層一般采用電鍍或化學鍍使基體表面獲得保護層［5］。電鍍防腐膜耐磨蝕實質上是一種克制現有基底工件磨蝕速率的一種有效方法，其工作的同時，防腐膜本身同樣在慢慢的被磨蝕。

在考慮合適的耐腐蝕材料時，應主要考慮耐腐蝕材料接觸不同腐蝕性介質時的性能，耐腐蝕材料的使用成本及對其工作年限的要求等［6］。通過前期實驗，選取陶瓷合金為防腐層，其參數為：比重 ：10.32~13.4 g/cm3；熔點 ：1013.5 ℃；導熱系數 ：在工作溫度160 ℃~210 ℃之間時，不低于17.9 W/m·℃；硬度(HRC)：58~62。為了不影響鋼管的換熱效率，防腐層厚度0.35~0.45mm。預想的防腐膜使用時長為12~15個月。

2018年11月1日，帶有防腐膜的10根干燥機盤管支管投入生產運行。為了便于觀察實驗進行的效果，實驗選取在干燥機近中心環位置的盤管支管上鍍防腐膜，鍍膜支管的位置位于干燥機出料端附近區域（銅精礦再升溫部位）。

5 防腐膜效果驗證

隨著生產的不斷進行，實驗技術人員在防腐膜工作6個月、12個月、20個月現場測量防腐膜的厚度。由于現場環境受限，采用人工使用游標卡尺測量支管外徑的方式，并與未鍍膜支管直徑進行對比，測量結果見表1所示。

表1 鍍膜支管使用后直徑數據對比 mm

通過現場測量的鍍膜支管直徑數據及現場照片，可以分析出如下結果：

（1）耐磨蝕防腐鍍膜盤管支管連續使用20個月后，實地觀測均可見鍍膜完整、無裂紋、無剝落，達到了預期使用15個月的耐磨防腐效果；

（2）鍍膜厚度為0.35mm的防腐膜有少許磨損，但尚未磨損盤管支管的本體；

（3）防腐膜的耐磨耐腐蝕性能基本滿足干燥機出口端工況需求。

圖2 使用20個月后的鍍膜管

6 結束語

通過對干燥機盤管支管鍍防腐膜，經一年半時間的持續跟蹤，鍍膜層磨損程度較小，達到了保護支管，延長使用壽命的目的，為下一步應用于生產中奠定了基礎。