銅精礦氣流干燥技術(shù)及其設(shè)備研究

喻 鑫

（江西瑞林裝備有限公司，江西 南昌 330000）

有色爐窯冶煉過程中對爐料的含水量有一定要求，如反射爐熔煉和沸騰爐焙燒時，要求精礦含水量6～8%；電爐熔煉時，要求精礦含水量不大于3%；閃速爐熔煉時則要求精礦的含水量不大于0.3%。因此，干燥技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于有色冶金工廠，干燥設(shè)備是有色冶煉設(shè)備的重要組成部分[1]。

1 三段直管式氣流干燥系統(tǒng)

在閃速熔煉銅精礦深度干燥技術(shù)中，對于含水量大于8%的銅精礦，常用的氣流干燥方式為由圓筒干燥窯、鼠籠破碎機和氣流干燥管組成的三段直管式，見圖1。三段直管式氣流干燥系統(tǒng)占地小，投資少，干燥過程溫度低、時間短，很少發(fā)生精礦的氧化脫硫現(xiàn)象，干燥系統(tǒng)負壓操作，粉塵少，有利于大氣的環(huán)境保護；排煙溫度低，熱效率高，過程可實現(xiàn)全自動控制，并可作為干燥精礦的垂直提升設(shè)備。

圖1 三段直管式氣流干燥系統(tǒng)

2 氣流干燥設(shè)備

三段式氣流干燥系統(tǒng)作業(yè)時，除雜后的銅精礦先由皮帶機輸入圓筒干燥窯進行初步干燥，以保證進入鼠籠破碎機的物料水分降至7%以下，避免了鼠籠破碎機內(nèi)因粘料引發(fā)故障。鼠籠破碎機和圓筒干燥窯排料端直接相連，在進一步干燥精礦的同時將可能存在的顆?；蚪Y(jié)團打散，以利于下一段的氣流管干燥。氣流干燥管直接與鼠籠破碎機出口相接，經(jīng)過干燥管最終的干燥，銅精礦的水分可降至0.3%以下，并將干燥物料輸送至需要的高度[2]。

2.1 圓筒干燥窯

圓筒干燥窯主要由窯頭罩、給料裝置、筒體、支承裝置、傳動裝置、密封裝置以及其它附屬部件等組成，見圖2。圓筒干燥窯為順流式，其入口氣流溫度應(yīng)由整個干燥系統(tǒng)的熱量平衡計算確定，一般為400～600℃，筒內(nèi)平均氣流速度為10～15m/s，常用直徑為1.5m～2.2m，長度7m～16m。

圖2 圓筒干燥窯

2.1.1 筒體結(jié)構(gòu)

為加強保溫和防止精礦粘結(jié)，筒體采用了雙層中空結(jié)構(gòu)。外層筒體采用普通碳素鋼板卷制對焊而成，考慮到安裝滾圈、齒圈處筒體承受荷載較大，厚度則相應(yīng)加厚。內(nèi)層筒體直接和物料、煙氣接觸，采用不銹鋼板卷制，可基本消除粘結(jié)現(xiàn)象。

為了便于筒體進料端物料容易推進，在進料端處設(shè)置了一段堆進葉片，焊于內(nèi)筒體上；筒體中段設(shè)置了揚料板使物料與熱氣流保持充分接觸；在筒體的后段還設(shè)置了一段中心固定式換熱格子板，以增加氣流和物料的熱交換面積。堆進葉片、揚料板、格子板及其所用的中心鋼管等均采用不銹鋼材質(zhì)，以免粘料。

2.1.2 滾圈與筒體的聯(lián)接

滾圈直接松套在筒體的焊接墊板上，冷態(tài)時滾圈的內(nèi)徑與墊板外徑之間留有適當間隙，熱態(tài)時該間隙正好由筒體的膨脹而消失。合理選擇間隙值，既可控制應(yīng)力，又可充分利用滾圈的剛性，使之對筒體起加固作用。

墊板與筒體一般采用的是焊接式結(jié)構(gòu)，焊接后便于加工墊板外圓，對間隙的控制較為精確。墊板的周邊不能全部與筒體進行連續(xù)焊接，以免焊縫產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力而造成墊板與筒體開裂。

2.1.3 筒體密封裝置

干燥窯是在負壓下操作， 由燃燒室進入筒體頭部的煙氣和外界空氣的壓力差小，且窯為順流干燥方式，密封要求不高，故對筒體頭部的密封采用的是徑向迷宮式密封結(jié)構(gòu)。迷宮式密封的結(jié)構(gòu)簡單，沒有接觸面，不存在磨損問題，且不會因筒體受熱伸長竄動影響。

筒體尾部密封連接處筒體內(nèi)外氣體的壓差較大，需盡可能減少冷空氣漏入到鼠籠破碎機中，故采用的是彈簧壓緊式端面密封結(jié)構(gòu)。動環(huán)隨筒體旋轉(zhuǎn)并通過彈簧壓緊于固定的鼠籠破碎機殼體上的靜環(huán)上。為了增加減輕磨損，在動環(huán)和靜環(huán)接觸面間設(shè)置了稀油潤滑裝置。

2.1.4 傳動裝置

圓筒干燥窯傳動方式比較簡單，主要由電動機、減速機、聯(lián)軸器等再通過一對開式齒輪來驅(qū)動筒體轉(zhuǎn)動。在實際生產(chǎn)中，由于給料量的波動以及物料含水份的變化等因素的影響，筒體的轉(zhuǎn)速需要調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為2 ～6 r/min，當生產(chǎn)穩(wěn)定時轉(zhuǎn)速為4r/min。

2.2 鼠籠破碎機

鼠籠破碎機主要由殼體、轉(zhuǎn)子、主軸、驅(qū)動裝置、活動底座、固定底座等組成。工作時，由干燥窯來的銅精礦物料與熱空氣同時進入鼠籠破碎機的殼體內(nèi)，物料與高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子相撞，塊狀和粒狀物料被打散，由此增大了氣固相接觸的面積。打散后的物料在高速氣流作用下處于懸浮狀態(tài)，有利于進入氣流干燥管后的輸送和進一步干燥。

2.2.1 殼體結(jié)構(gòu)

殼體用鋼板焊制而成，殼體上的進料口法蘭與干燥窯尾部密封裝置相連接，干燥窯轉(zhuǎn)動時會將物料揚起，使排出的物料與圓筒中心偏移一定距離，為使圓筒排出的物料能輸送到鼠籠轉(zhuǎn)子中心位置，進料口中心線與干燥窯的中心應(yīng)偏移一定距離。排料口位置一般設(shè)在殼體的上方與垂直方向成一傾角并和氣流干燥管的傾角相對應(yīng)，以保證物料的順利輸送。

隨物料一起進入殼體的雜物，如石塊等不能被打散排出便會積存于殼體內(nèi)部，為此在殼體下方設(shè)置清理孔，用以排出雜物。未被打散的顆粒物料，隨氣流輸送到一定高度后掉入傾斜貯槽內(nèi)，積存到一定重量時，便克服配重打開擋板自動排出。為了減輕磨損，在殼體內(nèi)表面襯以厚度為20～30mm 高鉻鑄鐵板，襯板與殼體采用螺栓固定。為了減少熱損失，殼體外表面需包覆保溫層。

2.2.2 轉(zhuǎn)子

破碎機轉(zhuǎn)子由外環(huán)、內(nèi)環(huán)、打散棒、輻板、輪轂等組成，工作時，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子將進入的物料打散。轉(zhuǎn)子采用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外層打散棒的右端均固定于輻板上，其左端則分別與內(nèi)外圓環(huán)板相固接。由于物料對轉(zhuǎn)子的磨損，打散棒一般采用具有較高硬度和良好耐磨性的鉻鉬鋼材料。打散棒與內(nèi)、外圓環(huán)板及輻板之間常用的連接方式為焊接，為減小轉(zhuǎn)子因偏心而產(chǎn)生的不平衡力，焊縫應(yīng)打磨平整，并對轉(zhuǎn)子進行靜平衡試驗。轉(zhuǎn)子線速度直接影響著鼠籠破碎機的效率和轉(zhuǎn)子的磨損，轉(zhuǎn)子線速度取值一般為25 ～35 m/s，常用30m/s。

2.2.3 轉(zhuǎn)子取出機構(gòu)

轉(zhuǎn)子取出機構(gòu)由離合器、鏈輪、減速器和車輪等組成。當破碎機工作時，活動底座用螺栓固定于固定底座上，固定底座與活動底座之間設(shè)有活動墊板，墊板的作用是將活動底座抬高，使活動底座上的行走車輪脫離軌道。當需要更換轉(zhuǎn)子時，首先松開活動底座的螺栓，旋轉(zhuǎn)設(shè)于活動底座上的頂起裝置的頂起絲桿使活動底座與活動墊板分離，然后，取出活動底座與固定底座之間的活動墊板后，再降下活動底座，使轉(zhuǎn)子取出機構(gòu)的車輪落在軌道上，這樣通過取出機構(gòu)的傳動裝置便能取出轉(zhuǎn)子。

2.2.4 驅(qū)動裝置

破碎機作業(yè)時要求轉(zhuǎn)子有較高的線速度，可由電動機經(jīng)三角皮帶直接帶動轉(zhuǎn)子，該驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝及維護方便，當轉(zhuǎn)子被殼體內(nèi)的雜物卡死時，皮帶會發(fā)生打滑從而起到安全保護作用。

2.3 氣流干燥管

經(jīng)鼠籠破碎機打散脫水的物料，隨高速熱氣流進入氣流干燥管干燥，再經(jīng)收塵處理后，物料被輸往料倉，氣體排空。干燥管上部為圓形，下部為方形便于與鼠籠破碎機排料口相連接，上、下之間由方圓變徑管過度。在氣流干燥管的下部，由于夾帶物料的氣流以及粗粒物料的循環(huán)流動，造成此段管壁嚴重磨損，為了保護管壁，通常在管壁內(nèi)鑲有襯板，其材料一般為高鉻鑄鐵、鉻錳鑄鐵、高錳鋼等。為了便于安裝并解決氣流管的熱脹冷縮問題，在干燥管的上、下部分別設(shè)有圓、方形伸縮節(jié)。為了保溫，使氣體不至冷卻、結(jié)露，除氣流管整個外表加保溫層外，管殼上段還采用了雙層中空結(jié)構(gòu)，雙層結(jié)構(gòu)簡單緊湊、制作方便，又能起到良好的隔熱作用，減少了氣流管的熱損失。

3 應(yīng)用實例

目前，國內(nèi)外閃速銅熔煉采用氣流干燥技術(shù)的有貴溪冶煉廠、金隆銅業(yè)和日本住友金屬公司等。貴溪冶煉廠從日本引進的三段氣流干燥系統(tǒng)，最初設(shè)計銅精礦干燥能力為70t/h，經(jīng)過不斷改造現(xiàn)已達到140t/h。該系統(tǒng)圓筒干燥窯尺寸為Φ1.85x11m，順流式，傾斜度6%，內(nèi)筒厚為6mm 不銹鋼板制，外筒為厚16mm 普通鋼板制，中間空隙6mm，驅(qū)動裝置采用直流電機，調(diào)速范圍為2～6rpm，常用轉(zhuǎn)速4rpm，功率45kW；鼠籠破碎機容積為1.41m3，轉(zhuǎn)子尺寸為Φ1730x630mm，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速276rpm，圓周速度25m/s，驅(qū)動電機功率110kW，轉(zhuǎn)子移出電機功率0.4kW；氣流干燥管直徑為1.54m，長度為37m，其中下部13m 內(nèi)襯25mm 厚的鑄鐵板，上部24m 為雙層管，外部用礦渣棉保溫[3]。

4 結(jié)束語

氣流干燥技術(shù)是固體物料流態(tài)化原理在銅精礦干燥工序上的應(yīng)用，技術(shù)特點是粉狀或顆粒物料在具有一定速度的熱氣流中呈懸浮運動狀態(tài)，在良好的傳熱和傳質(zhì)條件下，迅速完成物料的脫水過程，干燥終點物料含水可低至0.1%。因此，氣流干燥技術(shù)適用于物料的深度干燥，在冶金、化工、食品及醫(yī)藥等行業(yè)已被廣泛應(yīng)用，并具有積極的推廣價值。