锂锭浇铸及油炼锅用油优化控制研究

张旭琼

摘 要 燃油具有易燃性、易受热膨胀性、易挥发、易扩散、易流淌性、易爆性，易产生静电；对于两种完全互溶的可燃性液体组成的混合液，其闪点一般都低于各组分闪点的算术平均值。闪点越低的可燃性液体，挥发性越高，越容易着火，安全性较差。经过对生产现状分析，确定电解、精炼和蒸馏工序中所用油的优化方案：电解与蒸馏工序中的锂锭浇铸用油采用100#特种白油与32#白油按1：1混合的混合油、精炼与蒸馏工序的油炼锅内全部采用100#特种白油，提高安全效益和经济效益。

关键词 锂锭浇铸；扩散泵油；白油；优化控制

中图分类号 O646 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）172-0237-02

电解工序是从氯化锂等熔融电解质电解出金属锂目标产物，电解产出的金属锂转入盛有扩散泵油的铸模内，铸模放入装有扩散泵油和石蜡油的油车内，铸成粗锂锭，冷却取出，称重后供精炼使用或贮存。精炼工序是把电解制取的粗锂和各种返料，通过计算，按产品化学成份质量要求进行适当搭配，在化料罐内进行熔化、捞渣等过程。

近几年来，车间精炼工序的化料罐在使用时经常出现爆鸣和喷料现象，有些职工甚至因此受到伤害。由于每年在锂锭浇铸和油炼锅内的用油量较大，且3#扩散泵油的价格较高，使得这一部分的成本居高不下。因此需要对电解、精炼和蒸馏工序中锂锭浇铸用油及油炼锅用油进行优化改进。

1 相关生产作业难题及问题分析

生产线某化料罐出现喷料现象并引起着火事件，针对这一严重的安全隐患，车间和工段进行了现场观察，发现化料罐内的油蒸汽大量聚集在罐内上部空间。通过分析认为，爆鸣和喷料现象是由大量的油蒸汽与空气混合后遇高热引起的。

为了降低化料罐内油蒸汽的浓度，车间通过对化料操作中的充氮气过程进行细化改进，取得一定的成效。但在后续生产中液锂爆鸣和喷料现象偶尔还是会出现，且生产成本仍然居高。为了从根本上解决问题，车间对与粗锂锭有关的各个工序进行全面的了解和系统的分析，从出现爆鸣和喷料现象的源头——粗锂锭的浇铸用油入手来解决这个问题。

1.1 燃油相关性质

1）燃油的特性。易燃性，油品越轻闪点越低，着火危险性越大，白油遇明火、高热可燃；易爆性；易挥发、易扩散、易流淌性；易产生静电；易受热膨胀性。

2）燃油闪点及其测定方法。燃油闪点是在规定结构的容器中加热挥发出可燃气体与液面附近的空气混合，达到一定浓度时可被火星点燃时的燃油温度。一般闪点在150℃以下的轻质油品用闭杯法测闪点，重质润滑油和深色石油产品用开杯法测闪点。同一个油品，其开口闪点较闭口闪点高20℃～30℃。

3）闪点的近似计算公式。对于两种完全互溶的可燃性液体组成的混合液，其闪点一般都低于各组分的闪点的算术平均值。混合液闪点的近似估算公式为：

T混=1/（V1/T1+V2/T2+......+Vn/Tn）。

V1——第一种油所占的体积比，Vn——第n种油所占的体积比；

T1——第一种油的闪点；Tn——第n种油的闪点。

4）油品的安全使用规定。闪点越低的可燃性液体，挥发性越高，越容易着火，安全性较差。在储存和使用中禁止将油品加热到它的闪点，加热的最高温度，一般应低于闪点20℃～30℃；在敞口容器中，油的加热温度应低于闪点10℃，以保证使用安全和减少挥发损失。

1.2 现状分析

1）精炼工序化料罐内油蒸汽的来源。精炼工序化料时，化料罐内的油蒸汽为粗锂锭自身所带来的油品经高温后挥发出来的气体，而粗锂锭来自电解工序和蒸馏工序，具体情况为：

电解工序浇铸粗锂锭用油为3#扩散泵油与26#白油的混合油，26#白油的实测闭口闪点为165℃，3#扩散泵油的实测开口闪点为268℃，混合油的闪点约为202℃；蒸馏工序浇铸粗锂锭用油也为3#扩散泵油与26#白油的混合油，混合油的闪点约为200℃；精炼工序化料温度要求为190℃～240℃，一般情况下设定为220℃。

化料罐属于半敞口容器，理论上加热温度应比油品的闪点低20℃～30℃，实际加热温度比混合油的闪点还高，因此不安全。

2）蒸馏工序油炼锅。蒸馏工序油炼锅内用油为3#扩散泵油与26#白油的混合油，混合油的闪点约为226℃。油炼锅的温度控制要求为200℃～240℃，一般情况下设定为240℃。在敞口容器中，油的加热温度应低于闪点10℃，油炼锅是敞口容器，混合油的闪点应比加热温度高10℃，因此不安全。

3）精炼工序油炼锅。精炼工序油炼锅是敞口容器，用油为3#扩散泵油，温度控制要求为200℃～220℃，一般设定为220℃。3#扩散泵油的实测开口闪点为268℃，比控制参数高出许多，因此是安全的。

针对上述分析，要解决这个安全隐患的最简单的方法就是将电解与蒸馏用油全部替换为3#扩散泵油。由于3#扩散泵油（90元/kg）与26#白油（12元/kg）的价格相差太多，且每年的用油量又大，这种方法就会较大幅度提高生产成本。

2 优化方案的确定与实施

2.1 用油型号及比例的确定

通过表1中几种常见型号的白油的闪点、运动粘度对比发现：68#白油的运动粘度与3#扩散泵油相近，但闪点较低；100#特种白油的闪点相对其他白油较高，但运动粘度高；其他油品的指标与3#扩散泵油相差较大。

根据运动粘度相近的原理进行混合，通过理论计算得出几种常见型号的白油混合后的特性，见表2。

虽然表2中计算出来的闪点都不符合安全使用要求，但从现状分析中可以看出，各种油品的实测闪点都高于理论计算值，因此混合后的闪点也要高于表中计算值。通过综合对比，从表中可以看出，32#白油与100#特种白油按1：1混合是相对较优的选择。且经过多次实验发现32#白油与100#特种白油的实测开口闪点分别为217℃和245℃，按1：1混合后的闪点为230℃，虽然比3#扩散泵油的闪点低，但在实际生产中，只要限定实际设定温度，这个闪点就可以满足安全使用要求。因此，最后决定电解与蒸馏工序中的锂锭浇铸用油采用100#特种白油与32#白油按1：1混合的混合油，精炼与蒸馏工序的油炼锅内采用100#特种白油。

2.2 实控温度的确定

混合油的闪点为230℃，化料罐属于半敞口容器，实际加热温度应比混合油闪点低20℃，因此设定在 190℃～210℃之间。

蒸馏工序的油炼锅用油为100#特种白油，其闪点为245℃，油炼锅属于敞口容器，实际加热温度应比混合油的闪点低10℃，根据实际情况需要，要求加热温度设定在200℃～230℃。

精炼工序的油炼锅用油为100#特种白油，其闪点为245℃，油炼锅属于敞口容器，实际加热温度应比混合油的闪点低10℃，根据实际情况需要，要求加热温度设定在200℃～220℃。

3 优化结果分析

3.1 安全效益

车间根据前面确定的优化方案制定出新的《关于电解、精炼和蒸馏三个工序的用油规定》细则，并应用于生产中后，取得以下成果：

1）金属锂的一次投检合格率没有因为改变用油带来负面影响。

2）截止目前，没有发生过液锂爆鸣和喷料现象，安全隐患得到解决，生产安全系数得到提高。

3.2 经济效益

1）电解工序经济效益。改进前电解工序每吨电解粗锂所需油品费用为949.26元，改进后生产每吨粗锂所需费用为508.01元。按年度生产精锂需要粗锂500t，除去库存需要生产粗锂400t来计算，改进后可节约176 500元。

2）蒸馏工序经济效益。（1）按蒸馏工序生产345t粗锂计算，其中约25%进行了返包，返包时需对锂锭刷3#扩散泵油，平均每吨返包料需用油4kg，约需360元；改进后，返包时改用100#特种白油，共4×12.5=50元，每吨比改进前节约310元。

（2）改进前平均每天需要3#扩散泵油与26#白油费用分别为98 550元和13 140元，共111 690元；改进后，油炼锅内全部改用100#特种白油，全年需花费2 190×12.5=27 375元，全年比改进前节约84 315元。

（3）浇铸锂锭平均每吨用油分别为3.63kg和36.29kg，共762.18元；改进后，浇铸用油改为混合油，平均每吨需使用39.92kg，共489.02元，每吨比改进前节约273.16元。

按蒸馏300t粗锂计算，全年可节约：

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

3）精炼工序经济效益。改进前精炼工序全年需加油2 190kg（全部为3#扩散泵油），需花费2190×90=197 100元。改进后油炼锅内全部改用100#特种白油，每年需花费2190×12.5=27 375元，比改进前节约169 725元。

4）电解、蒸馏、精炼工序经济效益合计。全年共可节约176 500+189 513+169 725= 535 738元。

由此可见，油品的更换使得车间生产成本大大降低。

4 结论

通过了解燃油及闪点的性质特点，对生产现状进行分析后，确定电解、精炼和蒸馏工序中所用油的优化方案：电解与蒸馏工序中的锂锭浇铸用油采用100#特种白油与32#白油按1：1混合的混合油、精炼与蒸馏工序的油炼锅内全部采用100#特种白油。该方案的实施不仅使车间生产安全隐患可以得到解决，更大大降低了生产成本。

参考文献

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