干燥机盘管耐磨蚀工业实验

2021-08-25桂云辉

铜业工程 2021年3期

桂云辉

（江西铜业集团有限公司贵溪冶炼厂，江西贵溪 335424）

1 引言

蒸汽干燥工序是闪速炉熔炼的准备工序，负责将含水8%~10%的物料降低至0.3%。物料的干燥方式有气流干燥、蒸汽干燥等。气流干燥耗能高，逐渐被淘汰。蒸汽干燥机具有设备占地小，固定投资小；无烟尘发生率；间接接触的干燥过程，无着火危险，无S02发生率；热损失小，排气量低；低操作成本，蒸汽自产等优势，得到极大范围的推广。

受铜精矿与换热管（干燥机盘管）接触的影响，盘管不断被腐蚀、磨损，导致蒸汽泄漏，生产无法维持，必须对盘管进行更换或盲堵。而对盘管进行检修耗费时间较长，制约生产稳定运行。采用加厚管壁或更换盘管材质的方式，盘管的寿命能得到一定的提升，与三年寿命的预期有不小的差距，且有一定的隐患，需要找出其他耐磨手段。

2 蒸汽干燥工艺过程概述

贵冶2#闪速炉蒸汽干燥机属于回转式蒸汽干燥机，其本体设置一定的倾斜角度（进料端高于出料端）。干燥机由一台大功率马达驱动干燥机筒体与干燥机盘管同速转动,蒸汽从转子的中心管进入，穿过辐射状联箱，分配给盘管的主管后，再进入支管［1］。热蒸汽流经各盘管的主管与支管，将热量传给不断在转子盘管间隙中运动的铜精矿，使精矿经历升温——蒸发——再升温后逐渐蒸发脱除所含的水分［2］。蒸汽中的冷凝水在转子离心力的作用下，汇集进入中心管，在蒸汽压力的作用下，冷凝水从中心管通过虹吸管排出干燥机，返回到动力纯水箱，回收纯水。

3 实验方向

金属材料的应用在各个行业领域中都发挥着至关重要的作用。然而，其在实际应用中却常常发生腐蚀现象，严重影响金属制品的力学性能[3]。铜精矿含有较高的硫化物。由于蒸汽加热矿粉而有一定的温度，耐硫腐蚀是一关键考量要素；因为44.4kg/s的处理量（设计最大干燥能力160t/h），矿粉与盘管之间的接触频率高，抗摩擦腐蚀也将是另一个同等重要需要解决的课题，同时，矿粉具有酸性特征，并有与空气中的氧气接触反应，存在氧化腐蚀的可能性。综合而言，摆在工程技术人员面前的有硫腐蚀、摩擦腐蚀、酸腐蚀、氧化腐蚀这四个腐蚀问题。目前，干燥机盘管与支管普遍采用316L不锈钢或双相不锈钢，对酸腐蚀及氧化腐蚀具有良好的耐受性。所以，选取在蒸汽加热盘管上制备能够抵抗硫腐蚀、磨蚀需要的防护膜，提高蒸汽加热盘管的抗腐蚀耐受性，从而达到延长干燥机盘管使用寿命的目的。

干燥机盘管上的支管为无缝钢管。为了提高换热效率，支管冷弯成一定的弧度（如图1所示）。但是，这样就使得支管的弯管部位与铜精矿物料的接触深度、方式和频次更加复杂多样，其承受的冲击作用更多、更大、更强。因此在支管的弯管部位附近镀膜能取得最理想的实验效果。在实际的生产中，弯管附近的泄漏概率最大，也印证了分析结果。

图1 干燥机盘管支管示意图

为了延长支管的使用寿命，可以采用加大支管壁厚的方式。但加大管道壁厚会带来缺陷：第一、增加备件成本；第二、增大了盘管自重，使干燥机本体重心产生偏移；第三、增加壁厚降低了蒸汽导热效率，降低干燥机工作性能。目前，提高不锈钢表面耐蚀性的主要手段有优化钢材组成、钢材表面钝化、腐蚀介质中添加缓蚀剂、钢材表面涂层、钢材表面自组装防腐膜五种技术，并已取得了一系列的进展［4］。所以，较薄的耐磨防腐涂层可有效降低增加支管壁厚带来的缺陷，因此，采用一种耐磨防腐金属镀层成为提高支管使用寿命的有效途径。

图2 泄漏的干燥机盘管支管

4 耐磨防腐层材料的选取

金属镀层一般采用电镀或化学镀使基体表面获得保护层［5］。电镀防腐膜耐磨蚀实质上是一种克制现有基底工件磨蚀速率的一种有效方法，其工作的同时，防腐膜本身同样在慢慢的被磨蚀。

在考虑合适的耐腐蚀材料时，应主要考虑耐腐蚀材料接触不同腐蚀性介质时的性能，耐腐蚀材料的使用成本及对其工作年限的要求等［6］。通过前期实验，选取陶瓷合金为防腐层，其参数为：比重：10.32~13.4 g/cm3；熔点：1013.5 ℃；导热系数：在工作温度160 ℃~210 ℃之间时，不低于17.9 W/m·℃；硬度(HRC)：58~62。为了不影响钢管的换热效率，防腐层厚度0.35~0.45mm。预想的防腐膜使用时长为12~15个月。

2018年11月1日，带有防腐膜的10根干燥机盘管支管投入生产运行。为了便于观察实验进行的效果，实验选取在干燥机近中心环位置的盘管支管上镀防腐膜，镀膜支管的位置位于干燥机出料端附近区域（铜精矿再升温部位）。