有色矿山和冶炼行业中机械工程技术的几个发展趋势

熊 勇

(中国有色金属建设股份有限公司,北京 100029)

有色矿山和冶炼行业中机械工程技术的几个发展趋势

熊 勇

(中国有色金属建设股份有限公司,北京 100029)

从矿山机械日趋大型化发展、不断更新,冶炼技术及设备注重节能环保、多样共存和有色机械设备集多功能为一身、力求完善三个方面,比较详细地论述了有色矿山和冶炼行业中机械工程技术的几个发展趋势。

有色;机械工程技术;发展趋势

有色金属行业作为向整个工业系统提供紧缺原材料的基础工业,随着近二、三十年来全球经济的持续发展,无论是在规模上还是在技术进步上都取得了突飞猛进的发展。在支撑有色金属行业持续发展的各类技术中,机械工程技术作为有色金属行业采矿、选矿和冶炼三大主要行业分支的基础和主体,也在不断地发展和完善,逐渐形成了自己特有的发展趋势。

1 矿山机械日趋大型化发展、不断更新

由于现存的矿山金属品位相对日益降低,只有尽量采用大规模开采才能保证矿山运行的经济性。这一特性的存在,促使采矿和选矿机械不断向大型化发展,同时其大型化的发展也带动了设计、材料和机电一体化等综合技术的发展,使这一过程在不断吸收和融合新技术的基础上得以持续。

目前国际上,露天开采的关键机械矿用挖掘机在采用了齿轮齿条刚性推压技术和直流电动机驱动技术的基础上,斗容不断增大,目前已出现50～60 m3的规格;矿用自卸运输车在采用交-直流驱动技术和完善液压缸密封技术的基础上,载重量不断提升,最大已达到320～350 t。与此同时,地下井巷和斜坡道采掘中的300 kW以上功率的多头掘进机和直径10 m、深度1 500 m以上的混合式竖井提升机等大型地下采矿设备也不断出现。

选矿破碎中使用最广泛的颚式破碎机应用了破碎腔双向啮角设计和高锰钢等耐磨材料,在进出料750×1 060/125规格下,产能达到250～300 t/h;随着无齿轮磨机驱动G MD技术的发展,球磨机的最大规格达到了Φ8×12 m/17 500 kW、半自磨机的最大规格为Φ12×7 m/21 000 kW,半自磨机+球磨机的配套使用也成为目前磨矿技术发展的趋势,其最大处理能力接近60 000 t/h;浮选机和浮选柱在充气方式及材料多样化和采用电、磁、真空、溶气等多种浮选新技术的基础上,其最大体积分别发展到127 m3和220 m3。

我国有色采矿和选矿机械在吸收、消化国外先进技术的基础上,为提高机械的效率和产能,大型化的发展也方兴未艾:最大矿用挖掘机(WK55型)斗容量为56 m3,年产量可达1 200万m3,适用于3 000万t级的大型露天有色金属矿的剥离和采装作业;最大的电动轮矿用自卸运输车(SF35100型)一次可装卸矿石300 t,且运行成本只相当于国外的三分之一;最大的半自磨机和球磨机的规格分别Φ8.8×4.8 m和Φ6.2×9.5 m,最大单系列日处理量1.5万t(正在制造过程中的半自磨机和球磨机的规格分别Φ11× 5.4 m和Φ7.9×13.6 m,单系列设计日处理量为3.5万t);最大的浮选机体积已达200 m3(KYF-200 m3型)。这些大型机械产品,不仅规格上名列国际前茅,在核心技术上也有突破,许多都具有自主知识产权,标志着我国机械工程技术在有色金属工业中的长足发展。

2 冶炼技术及设备注重节能环保、多样共存

总体来讲,由于有色金属资源的相对稀缺和分布不均,有色金属的冶炼能力大于矿山资源的供给能力;同时由于有色金属冶炼能耗高、排放污染较严重,使得目前其冶金机械工程技术的发展方式有所不同于矿山机械工程:不完全一味追求大型化,而是在大型化的同时越来越注重节能减排和对环境的保护。

在国际铝电解领域,由于大型自焙式电解槽及相关配套技术的普遍和相对较早的应用,各项技术和节能指标都达到了新的水平:电流效率94%～96%,电耗13 000～13 200 kWh/t铝,炭素净耗400 kg/t铝;铜冶炼由于新式强化冶炼工艺的应用、氧气的广泛使用及浓度的提高、冶金工艺参数采集和控制技术的提高、对伴生有价金属的综合回收和湿法炼铜工艺的广泛应用,使粗铜冶炼的能耗指标有了明显下降:反射炉工艺炼铜0.82 t标准煤/t,封闭鼓风炉工艺炼铜0.75 t标准煤/t,电炉工艺炼铜0.69 t标准煤/t,闪速炉工艺炼铜0.50 t标准煤/t。

对于我国有色冶炼来说,冶炼机械大型化的要求主要来自于淘汰小而散的落后产能;而节能减排和环境保护的要求则是针对我国冶炼产能远远大于矿山资源能力、能耗普遍高于国际平均水平而制定的强制性战略规划。

以电解铝节能技术及机械装备发展最快,通过研发320 kA的特大型铝电解槽、大型铝电解系列不停电停(开)槽技术及装备和全石墨化结构阴极材料的推广等,提高了电解铝生产过程的电流效率、降低了单位能耗,全行业达到平均低于14 000 kWh/t的水平。铅冶炼自主研发出氧气底吹熔炼-鼓风炉还原炼铅的新工艺和机械装备,将氧化和还原分别在不同的熔炼池中反应,很好地解决了铅冶炼烟气制酸和铅烟尘的污染问题,同时使炼铅中焦碳的消耗量下降了30%～40%。在铜冶炼领域,一方面引进、消化、吸收国外先进的闪速炉和氧气强化艾萨炉炼铜工艺及机械装备,使国内的闪速炉不仅单机容量达到30万t/a的世界前茅规格、而且单位能耗也达到了0.45 t标准煤/t的国际水平;另一方面采用自主独创的氧气底吹熔炼(SKS法)技术及机械装备,实现了自热熔炼,无需添加辅助燃料,明显降低了能耗(粗铜能耗达到0.64 t标准煤/t)并提高了设备的使用寿命(喷枪寿命达5 000 h以上)。

3 有色机械设备集多功能为一身、力求完善

由于拥有比较完整的科研、设计、制造、建设和生产运行体系,我国有色机械工程技术引进、吸收和自我完善的能力不弱,主要大型单体采、选、冶机械在规模和主要性能上也接近于国外同类产品;但在机械设备的复合功能、可靠性和技术经济综合指标上还有不少差距。应在提高单体设备的主体性能的同时,借助于机电一体化和计算机技术的应用,尽快提高机械设备的复合功能,更好地体现机械设备的效能。

机械设备的组合功能。随着生产规模的提高,自动化连续作业成为提高效能的重要手段,在有色机械设备(特别是电解冶炼辅助设备)中,组合式功能的设备不断涌现和更新,如电解铝生产中的多功能天车、锌电解生产中的自动铸锭码垛机和电解铜生产中的多功能阴极处理机组等,都是将以往多台单独设备分别完成的功能组合在一台(组)设备上,由微电脑进行程序控制,同时或连续完成,显著地提高了功效和产率。

机械设备的在线检测和适应功能。包括激光物料探测、红外温度遥测和光谱介质分析在内的新传感技术和包括步进电机、可控硅和可编程控制器在内的控制元件的结合应用,有色生产中主要机械设备(特别是选矿设备)中普遍采用了具有在线检测和自适应调整技术。如圆锥破碎机的进排料口开度的检测及自适应系统、球磨机的负荷检测及调整系统和浮选机的浮选泡沫分析及控制系统等等,都是设备在不停机的状态下,随时根据输入物料或设备负荷或介质的成分的变化来自动调整设备的运转、物料的加入和介质的配置,以达到最佳状态。

机械设备的组块式备件在线更换功能。设备的防护、检修和备件的更换是生产持续稳定进行的保证,随着备件设计新理念和检修设备的发展,不仅中、小型设备,大型有色机械设备也逐渐采用了组块式备件和在线更换技术。如大型旋回破碎机的整体内衬板备件及快速更换、阳极碳素焙烧炉整段式炉体备件及在线更换、电解槽整体槽壳式备件及不停电更换等,通过用组合式的整体机械备件将破损或到维护期的易损易耗件更换下来,以缩短(甚至几乎不停机)停机检修时间,不仅保证了生产效率,也使设备的维护和检修水平得到了提升。

4 结 论

上述三个方面,比较典型地归纳出机械工程技术在有色金属行业发展的趋势。作为各类工业的技术基础,机械工程技术只有和新兴的机电一体化技术、计算机应用技术、新材料和新传感技术结合融通,才能继续推动有色金属行业沿着高效能、低能耗和清洁环保的方向发展。

Abstract:By the introduction of large-scale machinery in mine,energy-saving&environmental protection facility in smelter and multi-function equipment in nonferrous field,it discussed several develop trends of mechanical engineering technology in nonferrous metals industry.

Key words:nonferrous;mechanical engineering technology;develop trend

Trends on Mechanical Engineering Technology in Nonferrous Metals Industry

XIONG Y ong
(China Nonferrous Metals Industry’s Foreign Engineering and Construction Co.,Ltd,Beijing100029,China)

F273.1

A

1003-5540(2011)04-0078-03

2011-05-28

熊 勇(1956-),男,高级工程师,主要从事有色行业工程项目管理工作。