硫酸铜生产中LS型螺旋输送机的改造

2014-01-01刘磊

铜业工程 2014年6期

刘磊

(江西铜业集团公司贵溪冶炼厂，江西贵溪335424)

1 引言

新材料车间利用厂供粗结晶、黑铜泥、氧化铜皮等原料生产电镀和农用级硫酸铜，年产硫酸铜产品近3万t。各种物料先经过湿法酸浸，通过压滤机压滤后硫酸铜溶液进入浓缩槽浓缩，产出的硫酸铜结晶颗粒进入流化床干燥，干燥后的硫酸铜称重打包后外运销售。螺旋输送机连接流化床与称重打包机，在生产中起到十分重要的作用。

2 LS型螺旋输送机简介及工作原理

螺旋输送机俗称绞龙，LS型系列螺旋输送机是一种利用螺旋叶片的旋转，推动散料延着料槽向前运动的输送设备，适宜于输送粉状，颗粒状和小块物料。

如图1所示。硫酸铜结晶颗粒经过流化床干燥后，从螺旋输送机的进料口进入，当螺旋旋转时，硫酸铜受到螺旋叶片法向推力的作用。但是由于硫酸铜自身的重力和螺旋输送机料筒对硫酸铜的摩擦阻力的原因，硫酸铜并没有与螺旋叶片一起旋转，而是沿着料筒轴向移动，从而将硫酸铜输送至出料口［1-2］。

图1 螺旋输送机工作原理简图

3 存在的问题及分析

3.1 存在的问题

LS型螺旋输送机在生产中也遇到了一些问题，主要表现为:

(1)螺旋输送机在运行过程中，被夹杂在硫酸铜中的杂物卡死。

(2)螺旋输送机输送轴在运行中突然发生断裂。

上述问题对硫酸铜的连续性生产造成很大影响，造成停产事故。

3.2 原因分析

为了解决这些问题，通过深入细致的分析，认为主要原因有:

(1)硫酸铜在生产过程中，浓缩槽和流化床中的螺栓螺帽等金属紧固件易脱落，随着硫酸铜产品进入螺旋输送机中，造成螺旋输送机的卡死。

(2)螺旋输送机螺旋轴使用的是φ159×12mm的304中空厚壁管，外部焊接螺旋状的叶片。螺旋轴长度为9070mm，中间没有设置中间支撑轴承，螺旋轴在不断的旋转过程中，由于螺旋轴和物料的重力作用引起的挠度会逐渐增大。

长螺旋轴由材料力学方面分析:简支梁结构［3］，如图 2 所示。

图2 简支梁结构

轴承支座反力 FA=qL/2，FB=qL/2

剪力F(x)=qL/2-qx(0＜x＜L)

弯矩M(x)=qLx-qx2/2(0＜x＜L)

挠曲线方程为W=-qx(L3-2Lx2+x3)/(24EIz)

中间部位(即x=L/2时)挠度最大Wmax=-5qL4/(384 EIz)

从挠曲线方程可以得出螺旋轴的长度对挠度影响最大，长度越大扰度就越大，也就是弯曲程度越大。这个问题在螺旋输送机设备中普遍存在。这是由于螺旋轴一般采用两端轴承支承结构。从上面的简支梁结构图可以看出，螺旋轴中间部位的扰度最大，随着螺旋轴长度的增加，扰度成几何倍数的增加，导致螺旋轴的中间部位弯曲变大。根据受力分析，螺旋轴在弯曲的中间部位上表面受到挤压，下表面受到拉伸，而且还随着轴的旋转不断交替变化。螺旋轴受到本身材质缺陷或者焊接加工等原因的影响，产生表面裂纹，在交变应力的作用下，裂纹扩展。当裂纹扩展至一度程度而导致中空轴的有效截面积不足以承受所传递的扭矩时，就会沿着最大剪切应力的作用面断裂。通过上述分析得出，缩短螺旋轴的长度可以有效解决螺旋轴中间扰度过大造成的螺旋轴断裂问题［4］。在一定的输出扭矩作用下，短轴的弯矩小于长轴的弯矩，相同的材料短轴不易断裂，抗弯曲强度和疲劳强度都有一定提高。

4 改造措施

针对上述问题，采取了两个改进措施。

4.1 加装过滤网

在螺旋输送机进料口加装过滤网，防止螺帽等杂物进入螺旋机，同时在过滤网前端设计快开门，以便清理过滤网上面的杂物，预防过滤网堵塞造成的积料现象的发生。

4.2 输送轴的改造

为了减少由于主轴过长而造成的挠度较大的现象，将9.07m长的螺旋轴缩短至6.5m。螺旋轴轴体选用壁厚为14mm的无缝不锈钢管，钢管必须为一根整管，不允许拼接，并且在钢管的两端安装轴承处都采用实心轴对螺旋轴进行加强。螺旋中空轴轴体及两端实心轴的材质都是使用了316L材质制作［5］。除在螺旋轴的长度和材质改造之外，为了减小硫酸铜与螺旋主轴、叶片、外壳之间的摩擦力，防止螺旋叶片外缘磨损过快，在螺旋叶片和壳体之间设计合理的间隙，确保运行过程中螺旋轴旋转时，叶片不与壳体擦碰。

头部轴承采用进口两组圆锥滚子轴承将实体轴对锁，防止头轴窜动，输送机壳体在工作温度下具有一定的热膨胀量，尾部采用双列调心球轴承，使轴承在密封的轴承座内可以自由滑动［6］。改造后的主轴结构见图3。