某冶炼厂精矿预干燥系统炉窑维护与改造实践

贺金森

（江西铜业集团有限公司贵溪冶炼厂，江西 鹰潭 335424）

某冶炼厂是大型省属国有企业下属的骨干工厂，是“六五”时期国家成套引进的铜火法冶金工艺。火法冶金是生产铜的主要方法，目前世界上80%的铜是火法冶金生产的，特别是硫化铜精矿，全用火法处理［1］。铜精矿的组成对冶炼工艺的选择极为重要［2］。其精矿预干燥系统，归口工厂下设的车间管理，是工厂主生产工艺线的首道关口。主要负责完成精矿入厂后的预干燥处理及输送任务，系统年需输送精矿量达200万t以上。该系统的核心——炉窑部分，经过多年的使用维护和持续改造，不仅满足了该套系统长周期高效运行的需求，同时实现了系统的低碳环保排放。对同行业的设备管理维护和改造实践具有一定的借鉴意义。

1 基本概况

我国铜冶炼一般都采用圆筒干燥，干燥后精矿含水5% ～8%［3］。精矿预干燥系统主要是由热风炉、加料机、干燥窑等设备组成，如图1所示，其原理是利用热风炉燃烧块煤产生高温烟气，高温烟气在回转窑内与高水分精矿进行热交换，并在回转窑的不断转动下，精矿从窑头向窑尾运行，从而起到脱水的作用。

图1 精矿预干燥系统设备连接图（一系统一系列）

1.1 回转窑

系统采用的核心设备之一——顺流式回转窑。由内外双层筒体构成，外筒体尺寸为直径Φ3 200 mm×20 000 mm，采用A3镇静钢钢板卷焊而成。内筒体则主要采用厚8 mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢钢板卷焊而成，内外两层筒体采用专用螺栓紧固连接，内外筒体间设计了振打垫板。

为保护干燥窑端部及防止物料外溢，在筒体进料端还设计了4 500 mm长的310S材质耐热不锈钢筒体，以及窑头端部耐热挡圈；筒体前端布置了8块螺旋推料板，其作用是在窑体转动下将精矿向窑内推送。在筒体内还分别设置12圈共108块升举式扬料板翻动物料，以增加换热面积。考虑到入窑铜精矿水分“前高后低”的特性，扬料板前6圈每圈设置了8块，后6圈每圈设置了10块。

为减少筒体内物料粘结，在外筒体上还设计了9圈振打装置，即每圈9个，共计81个振打锤，通过敲打振打垫板传导振动至内筒体。窑体进料选择了倾斜33°的水冷螺旋加料机加料，对传统的流槽式加料方式进行了改进，这不仅消除了繁重的捅料劳动，而且使进料均匀、流畅，保证了窑内稳定的物料供给。

1.2 热风炉

热风炉是为干燥设备提供热源的设施。用于热风炉的热源主要有：天然气、煤、电、油以及太阳能［4］。预干燥系统热风炉采用燃煤作为热源，为砖砌体结构，外形尺寸10 780 mm×4 524 mm×9 210 mm，其内部配置了原上海锅炉厂设计制造的20 t／h标准锅炉排，该炉排是一种机械化的锅炉层式燃烧设备，以加煤斗进行自动落煤加入燃料。

炉排工作面即炉排表面部分，是由许多薄片的炉条呈鱼鳞状前后连续斜叠。通风截面为6%，炉链的结构特点是有多根链条，不设横梁，炉条以5片为1组，用炉条夹板夹住固定到链条上，链条用拉杆串联，在链条之间又串有长滚柱，滚柱与主轴上的链轮吻合，传动炉链运转。炉链的运转是由主动轴推送的，从动轴则是滑动的，炉链在从动轴上方倾斜，而下方下垂，使其产生拉力，拉紧炉排的工作面。

炉排内部燃烧采用分段送风，沿炉排纵向分成若干大容量的风室，每个风室单独接进风管，进入的燃烧风由于扩散而降低速度并能均匀地分布充满风室，进风管内有碟形门，可以调节风室风压。炉排采用两侧进风，风室中间隔开。风室出灰装置采用碟形落灰门，摇转落灰门，煤灰落至下层炉链上，炉链在下部导轨上移动，导轨有缺口处，遇到缺口处，炉条垂直，煤灰就落到再下一层的埋刮板运输机内。出灰门摇动装置通过进风管装置而在风管外面，其布置与进风管一致。

排渣装置采用鹰嘴式挡渣器，其靠自身的重量将头部压在炉链上，下部搁底钢轨砌在一堵矮墙上，两端嵌入地基和炉墙，不与炉排支架连接，也不用地脚螺栓固定。

热风炉的给煤装置为筛分一体的分层式锅炉给煤装置，装置采用多块结合式煤闸板，每块闸板均装有弹簧装置，遇上较大煤块时，煤闸板依靠弹簧的自行弹力，使其安全通过。能通过的最大煤块直径为160 mm。该装置在前端设置两道水冷系统，而且其链轮部位采用离合装置，当遇外部事故而使滚筒受力加剧时，在一定力矩作用下会使离合装置自行分开，保护关键部件不因受力过大而受到损坏。

2 故障分析及维护管理

2.1 故障分析

回转窑的故障主要分为机电和窑体两个部分。机电部分，常见的故障现象主要有减速机漏油、运行温度高，驱动电机散热风扇老化烧损，大齿圈喷油装置加油出现假信号不喷油，托轮轴承小流量冷却水断流等。窑体部分，故障现象主要有振打锤脱落、斜敲，内筒体焊缝开裂，扬料板变形脱落等。

热风炉的故障则主要集中在煤、渣处理及炉排系统上。常见的故障现象有给煤装置粘接卡死，炉排鱼鳞片脱落，防焦器管道漏水，下灰斗堵灰，煤灰刮板机异响、卡死，出渣机卡死停运等。其次是在热风炉本体上，常见的故障现象有拱顶掉砖坍塌，内拱顶积灰过多堵塞通风截面，上升烟道掉砖变形等。

上述炉窑设备中，几乎每一个故障现象，都会对系统生产造成影响。而故障现象一旦扩大化，则会对整个炉窑系统的正常运行造成严重威胁。轻则只是个别班次的短时停车，严重时则会直接导致全系统停产。

2.2 维护管理

针对出现的故障现象，车间在维护管理上采取的措施主要有：

1.制度化点检。采用班组日常点检加点检员专业点检的模式，生产班组每班次对设备进行运行前、中、后点检，点检组每周至少两次对炉窑设备进行专业点检。同时，车间还会在每周一组织一次机电、工艺专业技术人员混编的联合点检。确保对炉窑设备日常和专业点检的全覆盖。

2.专业化分工。车间将炉窑设备分为机电、工艺两个部分进行分专业管理，统计表见表1，通过专业化分工，强化设备本体和附属设备的专业化管理，提高设备管理的针对性。同时，不断提高对专业技术人员的管理要求。

表1 预干燥系统炉窑部分专业化分工统计表

通过采取以上维护管理措施，对于核心设备回转窑内筒体部分，使用寿命基本维持在了3～4 a，即两个大修周期左右。车间采用第一个大修周期焊接修复筒体，整体更换扬料板；第二个大修周期整体更换筒体及扬料板的方式，保障了回转窑筒体的长周期使用。热风炉也基本维持在两个大修周期深度检修一次。

3 改造实践

炉窑设备在多年的使用管理过程中，虽然能基本满足车间预干燥系统的物料输送生产需求。但窑体长周期运行后期，故障现象加重，维护成本高等弊端逐渐显现。燃煤热风炉环保节能劣势凸显，不再符合有色冶金行业主流环保生产设备的高标准需求。这些因素的叠加，也不断推动着工厂加快对预干燥系统炉窑设备的改造步伐。

3.1 回转窑改造

通过多年的经验分析，回转窑使用的主要问题和痛点是：励磁调速电机达不到很好的节能效果；内筒体直接接触年约2万t左右返回系统内的中间物料，粘接腐蚀加剧。扬料板掉落和内筒体开裂严重；应用的“一”字型扬料板与回转窑的焊接面窄，一旦脱落后，再焊接的新扬料板抗冲击力变差。

因此，车间针对这一系列痛点问题，对回转窑进行了逐一针对性的改造升级。一是在内筒体部分，将原厚8 mm，1Cr18Ni9Ti材质与310S材质相结合的不锈钢内筒体钢板进行升级替换；同时，对扬料板的型式和材质也给予了相应改进，见表2。二是对原励磁调速电机进行了升级改造，将两台回转窑驱动电机，全部更换为了变频电机。在提高了回转窑生产节能水平的同时，改善了回转窑的维护管理难度，延长了回转窑内筒体及扬料板的使用寿命。

表2 回转窑改造前后相关信息对比表

3.2 热风炉改造

按照国家、行业发展的要求。2015-2016年，工厂对预干燥系统的两台燃煤热风炉，全部升级改造为了高效节能的预热式天然气热风炉。在使用清洁燃料替代的同时，热风炉由原全砖砌式结构，变成了外部钢筒体，内部少量耐火砖砌筑的结构。通过后期的性能考核试验得出的统计数据，见表3、表4。

表3 1＃天然气热风炉性能考核表

表4 2＃天然气热风炉性能考核表

热风炉虽然外观尺寸缩小，但仍然保持了较好的热风生产能力，以及非常高的热利用效率，见表5、表6。

表5 1＃热风炉热效率统计表

表6 2＃热风炉热效率统计表

由表5、表6中可知，1＃热风炉总热效率达到98.50%；2＃热风炉总热效率达到98.59%，平均热效率为98.55%，均超过设计值95%。此外，冶金工业是耐火材料的最大消费者，其每年消耗的耐火材料约占全年耐火材料产量的60% ～70%（其中有色冶金工业的消耗量约占10% ～15%）［5］。热风炉进行天然气改造后，炉砖消耗量得以大幅下降，见表7。炉体维护成本及工作量都得到更好的控制。

表7 热风炉改造前后相关信息对比表

4 结束语

通过多年的摸索和持续的跟踪改进。目前，工厂首台改造后的回转窑，使用寿命已经成功达到9 a。热风炉则由于采用清洁能源——天然气替代，彻底改善了煤、渣处理等附属设备带来的系统高故障率，系统的自动化程度得以全面提升。热风炉热风生产控制因素，由以往的煤层厚度，炉排速度，鼓风量及混风量等简化成了天然气入炉量和混风量。司炉工的操作也变得更加简便，实现了以往多点面控制到现在单一档位控制方式的改变，降低了员工的劳动强度。此外，由于燃气热风炉不再需要保温作业，实现了随用随停的功能。因而保障了停止生产时窑内滞留精矿不会因过干燥，而造成再开车时的窑后精矿扬尘，有效改善了预干燥系统作业环境。精矿预干燥热风炉通过升级改造后，实现了生产稳定高效和环保达标排放的目标，并且取得了良好的经济效益和社会效益［6］。对工厂推进绿色生产，加大生态环境保护力度，提供了有力支撑。