电除尘器阴极振打瓷轴断裂的原因分析及对策

李兆钧，刘建萍，陈洪春，李华成，张均杰

（烟台国润铜业有限公司，山东烟台 264002）

烟台国润铜业有限公司（以下简称国润铜业）是一家生产阴极铜、硫酸、黄金和白银的铜冶炼生产企业，其中铜冶炼系统始建于1970年。2017年7月进行技术改造，铜冶炼系统采用“富氧侧吹炉熔炼+多枪顶吹炉连续吹炼+反射炉精炼”工艺，实现了热态三连炉连续炼铜；制酸系统采用稀酸洗涤净化、二转二吸工艺，净化工序为单系列，干吸、转化工序为双系列，硫酸系统设计生产能力达370 kt/a[1]。电除尘器的运行情况直接影响到后续制酸设备的运行指标，而电除尘器的阴极振打瓷轴是电除尘器高效运行的关键组件，一旦发生故障，冶炼和制酸生产都会受到严重制约，为此，笔者对电除尘器阴极振打瓷轴频繁断裂的原因及对生产的影响进行了分析，并提出了建议措施，取得了满意的效果。

1 电除尘器运行情况

在铜冶炼系统电收尘工序，熔炼烟气经过余热锅炉降温后，进入南侧和北侧的2台35 m2的电除尘器，混合后通过高温风机送入混合器；吹炼烟气经过余热锅炉降温后，进入1台35 m2的电除尘器收尘，然后进入混合器与熔炼烟气混合，混合后的烟气被送入制酸净化系统。每台电除尘器分3个电场，配置6台阴极振打装置。阴极振打装置通过周期性振打阴极框架，使吸附在阴极丝上的烟尘脱落。而瓷轴是振打装置的重要部件，安装在振打轴和传动装置之间，起传递扭矩和绝缘的作用。95瓷轴优于普通瓷轴，其α-Al2O3的晶体结构能满足电除尘器对瓷轴的性能要求，具有机械强度高（抗压、抗拉、抗扭）、耐热温度高、绝缘性能优良、抗温度骤变能力强等显著特点[2]，因此国润铜业的电除尘器阴极振打瓷轴采用95瓷轴。

自2017年投产以来，制酸系统生产稳定，电除尘器各项运行参数均在指标范围内，收尘效率稳定，阴极振打瓷轴更换频次为6个月1次。2020年1月底，电除尘器出现阴极振打瓷轴频繁断裂的现象，更换频率为1周1次，严重时甚至达到1天1次，电压在20 kV左右，电流在100 A左右，收尘效率降低。

2 阴极振打瓷轴断裂对生产的影响

通过对现场更换的阴极振打瓷轴进行观察发现，伞裙有缺边、破坏，表面有粘结的烟灰，进一步清洗后瓷轴釉面存在明显爬电的痕迹，瓷轴断裂处呈明显的蓝色裂纹。断裂的瓷轴见图1。

图1 断裂的瓷轴

阴极振打瓷轴频繁断裂对生产的不利影响主要表现为：

1）频繁降低系统负荷更换瓷轴，不仅增加了操作工作量和维修费用，还会降低冶炼作业率。

2）瓷轴频繁爬电、断裂导致电除尘器送电效果差，收尘效率低，致使有价金属后移，金属回收率降低。

3）电收尘器的收尘效率降低，电收尘器出口的烟气固含量增多。大量的大颗粒烟尘进入后续的管道设备，不但会导致高温风机及进出口管道清灰频率加大，净化工序的除尘压力增加，还会使洗涤酸中的固含量增多，进而引起污酸排放量增加，空塔喷嘴、填料塔等设备堵塞，净化压滤机工作频率加大等一系列问题。

3 阴极振打瓷轴断裂的原因分析

对电除尘器的内部进行检查，结合瓷轴断裂的表面现象分析可知，瓷轴出现断裂不是由电除尘器内部的结构变化引起扭矩增大导致的，而是由于烟尘粘结在瓷轴表面出现严重的爬电现象产生污闪，导致伞裙破坏、瓷轴断裂。可能造成瓷轴发生爬电断裂的原因主要有：

1）阴极振打绝缘箱运行温度低、漏风。振打绝缘箱附近漏风或者运行温度较低，烟尘中的SO3和水形成冷凝酸，附着于瓷轴表面或者浸蚀瓷轴，随着瓷轴表面金属杂质的增加，瓷轴表面的导电性增强，导致阴极振打瓷轴爬电断裂。

2）低熔点金属氧化物烟尘在瓷轴表面积聚[3]。返料烟尘形成闭路循环，在电除尘器中逐步富集，低熔点金属氧化物（镉、铋的氧化物等）达到一定含量，在瓷轴表面出现爬电现象，损伤伞裙。爬电沿着电弧方向将釉面烧灼，在正常扭矩的作用下，瓷轴断裂。

3）瓷轴上釉造成污闪。在95瓷轴表面施上一层绝缘釉的作用有：①增加瓷轴强度，机械强度可提高30%；②利用釉面掩盖瓷坯的表面缺陷；③减少瓷轴表面的受污和吸附现象。但釉与瓷轴材质不同，釉是玻璃体，属于脆性材料，弹性应变区较窄，基本无塑形变形区，釉面拉应力超过一定范围会发生龟裂，粉尘进入造成闪络使裂纹扩张，最终导致瓷轴断裂[4]。

4）烟气的露点升高，烟尘在瓷轴上结露。熔炼工艺的特点导致工艺烟气中水含量较高[5]，侧吹熔炼原料不经干燥直接入炉，造成工艺烟气露点升高，几种熔炼工艺烟气的含水量由小到大依次为“闪速熔炼+闪速吹炼”、“闪速熔炼+转炉吹炼”、“侧吹熔炼+顶吹吹炼”[6]。熔炼系统满负荷运行后，随着投矿量的增加，入炉水分增加，造成工艺烟气中水含量增加，露点升高。另外，烟气中三氧化硫发生率较高，也会导致露点升高。

4 原因排查及采取的改进措施

4.1 排查阴极振打绝缘箱的漏风和保温情况

排查阴极振打绝缘箱附近可能产生漏点的焊接位置，做好堵漏，降低漏风率；对破损的保温层进行修复，确保保温层完好无损，避免壳体局部低温腐蚀；加热器由周期性运行改为24 h连续运行，保证阴极振打绝缘箱的温度。经检查，阴极振打绝缘箱的运行温度满足生产要求，没有冷凝酸生成导致瓷轴爬电断裂。

4.2 分析烟尘的金属含量

对烟尘化验分析其中的低熔点金属含量，结果显示烟尘中的镉、铋等含量均较低。由此说明，瓷轴爬电断裂并非由低熔点金属氧化物积聚造成的。

4.3 取消95瓷轴抛光上釉

通过与阴极振打瓷轴生产厂家沟通，根据表面抛光上釉可能会增加高温烟气中瓷轴的故障率，在保证95瓷轴表面光洁度的前提下，取消瓷轴表面上釉工序，使瓷轴的内外材质一致，杜绝瓷轴表面出现龟裂。经过应用实践，瓷轴频繁断裂的问题没有明显好转。

4.4 改造阴极振打绝缘箱结构

针对阴极振打瓷轴箱体结构容易积尘的问题，为了最大限度地减少阴极振打瓷轴表面上的积尘，对箱体进行了如下改造：

1）使用石英板封堵，形成密闭空间，减少浮灰进入绝缘箱。但对瓷轴频繁断裂的问题没有明显作用。

2）使用石棉毡、保温棉、耐高温绝缘布、喇叭形状石棉板对瓷轴进行包裹，减少烟尘在瓷轴表面的附着。使用石棉毡和喇叭状石棉板对瓷轴进行包裹，效果并不理想，电除尘器送电效果较差，瓷轴断裂问题没有好转；改用保温棉和耐高温绝缘布，瓷轴断裂有所缓解，但电除尘器送电效果仍然较差，问题没有得到根本解决。

4.5 定期清理瓷轴

充分利用停车检修的机会，使用钢丝刷对瓷轴表面进行积灰清理。瓷轴断裂频次虽然降低，但由于不是实时清理，只能由人工定期清理，送电效果刚开始较高，运行一段时间后瓷轴断裂问题仍然存在，而且工作量较大，作业率降低。

4.6 增加热风吹扫装置

热风吹扫装置是将瓷轴密封起来，瓷轴对面用石英板密封，留一个小孔。热空气由阴极绝缘箱的侧板孔进入吹扫管，将热空气均匀地喷向瓷轴内壁空间，向下方及四周吹扫，使瓷轴不易产生污闪，避免因表面积灰造成绝缘件爬电击穿，影响电除尘器正常工作。自热风吹扫装置投入使用半年以来，瓷轴频繁断裂的问题得到了彻底解决，电除尘器运行正常。

5 结语

电除尘器阴极振打瓷轴频繁断裂严重制约着制酸系统生产。国润铜业通过分析瓷轴断裂的原因，并有针对性地进行技措尝试，最终通过增加热风吹扫装置改善了瓷轴的运行工况，保证了电除尘器的高效运行。