有色礦山和冶煉行業(yè)中機(jī)械工程技術(shù)的幾個發(fā)展趨勢

熊 勇

(中國有色金屬建設(shè)股份有限公司,北京 100029)

有色礦山和冶煉行業(yè)中機(jī)械工程技術(shù)的幾個發(fā)展趨勢

熊 勇

(中國有色金屬建設(shè)股份有限公司,北京 100029)

從礦山機(jī)械日趨大型化發(fā)展、不斷更新,冶煉技術(shù)及設(shè)備注重節(jié)能環(huán)保、多樣共存和有色機(jī)械設(shè)備集多功能為一身、力求完善三個方面,比較詳細(xì)地論述了有色礦山和冶煉行業(yè)中機(jī)械工程技術(shù)的幾個發(fā)展趨勢。

有色;機(jī)械工程技術(shù);發(fā)展趨勢

有色金屬行業(yè)作為向整個工業(yè)系統(tǒng)提供緊缺原材料的基礎(chǔ)工業(yè),隨著近二、三十年來全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,無論是在規(guī)模上還是在技術(shù)進(jìn)步上都取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在支撐有色金屬行業(yè)持續(xù)發(fā)展的各類技術(shù)中,機(jī)械工程技術(shù)作為有色金屬行業(yè)采礦、選礦和冶煉三大主要行業(yè)分支的基礎(chǔ)和主體,也在不斷地發(fā)展和完善,逐漸形成了自己特有的發(fā)展趨勢。

1 礦山機(jī)械日趨大型化發(fā)展、不斷更新

由于現(xiàn)存的礦山金屬品位相對日益降低,只有盡量采用大規(guī)模開采才能保證礦山運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。這一特性的存在,促使采礦和選礦機(jī)械不斷向大型化發(fā)展,同時其大型化的發(fā)展也帶動了設(shè)計(jì)、材料和機(jī)電一體化等綜合技術(shù)的發(fā)展,使這一過程在不斷吸收和融合新技術(shù)的基礎(chǔ)上得以持續(xù)。

目前國際上,露天開采的關(guān)鍵機(jī)械礦用挖掘機(jī)在采用了齒輪齒條剛性推壓技術(shù)和直流電動機(jī)驅(qū)動技術(shù)的基礎(chǔ)上,斗容不斷增大,目前已出現(xiàn)50～60 m3的規(guī)格;礦用自卸運(yùn)輸車在采用交-直流驅(qū)動技術(shù)和完善液壓缸密封技術(shù)的基礎(chǔ)上,載重量不斷提升,最大已達(dá)到320～350 t。與此同時,地下井巷和斜坡道采掘中的300 kW以上功率的多頭掘進(jìn)機(jī)和直徑10 m、深度1 500 m以上的混合式豎井提升機(jī)等大型地下采礦設(shè)備也不斷出現(xiàn)。

選礦破碎中使用最廣泛的顎式破碎機(jī)應(yīng)用了破碎腔雙向嚙角設(shè)計(jì)和高錳鋼等耐磨材料,在進(jìn)出料750×1 060/125規(guī)格下,產(chǎn)能達(dá)到250～300 t/h;隨著無齒輪磨機(jī)驅(qū)動G MD技術(shù)的發(fā)展,球磨機(jī)的最大規(guī)格達(dá)到了Φ8×12 m/17 500 kW、半自磨機(jī)的最大規(guī)格為Φ12×7 m/21 000 kW,半自磨機(jī)+球磨機(jī)的配套使用也成為目前磨礦技術(shù)發(fā)展的趨勢,其最大處理能力接近60 000 t/h;浮選機(jī)和浮選柱在充氣方式及材料多樣化和采用電、磁、真空、溶氣等多種浮選新技術(shù)的基礎(chǔ)上,其最大體積分別發(fā)展到127 m3和220 m3。

我國有色采礦和選礦機(jī)械在吸收、消化國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,為提高機(jī)械的效率和產(chǎn)能,大型化的發(fā)展也方興未艾:最大礦用挖掘機(jī)(WK55型)斗容量為56 m3,年產(chǎn)量可達(dá)1 200萬m3,適用于3 000萬t級的大型露天有色金屬礦的剝離和采裝作業(yè);最大的電動輪礦用自卸運(yùn)輸車(SF35100型)一次可裝卸礦石300 t,且運(yùn)行成本只相當(dāng)于國外的三分之一;最大的半自磨機(jī)和球磨機(jī)的規(guī)格分別Φ8.8×4.8 m和Φ6.2×9.5 m,最大單系列日處理量1.5萬t(正在制造過程中的半自磨機(jī)和球磨機(jī)的規(guī)格分別Φ11× 5.4 m和Φ7.9×13.6 m,單系列設(shè)計(jì)日處理量為3.5萬t);最大的浮選機(jī)體積已達(dá)200 m3(KYF-200 m3型)。這些大型機(jī)械產(chǎn)品,不僅規(guī)格上名列國際前茅,在核心技術(shù)上也有突破,許多都具有自主知識產(chǎn)權(quán),標(biāo)志著我國機(jī)械工程技術(shù)在有色金屬工業(yè)中的長足發(fā)展。

2 冶煉技術(shù)及設(shè)備注重節(jié)能環(huán)保、多樣共存

總體來講,由于有色金屬資源的相對稀缺和分布不均,有色金屬的冶煉能力大于礦山資源的供給能力;同時由于有色金屬冶煉能耗高、排放污染較嚴(yán)重,使得目前其冶金機(jī)械工程技術(shù)的發(fā)展方式有所不同于礦山機(jī)械工程:不完全一味追求大型化,而是在大型化的同時越來越注重節(jié)能減排和對環(huán)境的保護(hù)。

在國際鋁電解領(lǐng)域,由于大型自焙式電解槽及相關(guān)配套技術(shù)的普遍和相對較早的應(yīng)用,各項(xiàng)技術(shù)和節(jié)能指標(biāo)都達(dá)到了新的水平:電流效率94%～96%,電耗13 000～13 200 kWh/t鋁,炭素凈耗400 kg/t鋁;銅冶煉由于新式強(qiáng)化冶煉工藝的應(yīng)用、氧氣的廣泛使用及濃度的提高、冶金工藝參數(shù)采集和控制技術(shù)的提高、對伴生有價金屬的綜合回收和濕法煉銅工藝的廣泛應(yīng)用,使粗銅冶煉的能耗指標(biāo)有了明顯下降:反射爐工藝煉銅0.82 t標(biāo)準(zhǔn)煤/t,封閉鼓風(fēng)爐工藝煉銅0.75 t標(biāo)準(zhǔn)煤/t,電爐工藝煉銅0.69 t標(biāo)準(zhǔn)煤/t,閃速爐工藝煉銅0.50 t標(biāo)準(zhǔn)煤/t。

對于我國有色冶煉來說,冶煉機(jī)械大型化的要求主要來自于淘汰小而散的落后產(chǎn)能;而節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的要求則是針對我國冶煉產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于礦山資源能力、能耗普遍高于國際平均水平而制定的強(qiáng)制性戰(zhàn)略規(guī)劃。

以電解鋁節(jié)能技術(shù)及機(jī)械裝備發(fā)展最快,通過研發(fā)320 kA的特大型鋁電解槽、大型鋁電解系列不停電停(開)槽技術(shù)及裝備和全石墨化結(jié)構(gòu)陰極材料的推廣等,提高了電解鋁生產(chǎn)過程的電流效率、降低了單位能耗,全行業(yè)達(dá)到平均低于14 000 kWh/t的水平。鉛冶煉自主研發(fā)出氧氣底吹熔煉-鼓風(fēng)爐還原煉鉛的新工藝和機(jī)械裝備,將氧化和還原分別在不同的熔煉池中反應(yīng),很好地解決了鉛冶煉煙氣制酸和鉛煙塵的污染問題,同時使煉鉛中焦碳的消耗量下降了30%～40%。在銅冶煉領(lǐng)域,一方面引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)的閃速爐和氧氣強(qiáng)化艾薩爐煉銅工藝及機(jī)械裝備,使國內(nèi)的閃速爐不僅單機(jī)容量達(dá)到30萬t/a的世界前茅規(guī)格、而且單位能耗也達(dá)到了0.45 t標(biāo)準(zhǔn)煤/t的國際水平;另一方面采用自主獨(dú)創(chuàng)的氧氣底吹熔煉(SKS法)技術(shù)及機(jī)械裝備,實(shí)現(xiàn)了自熱熔煉,無需添加輔助燃料,明顯降低了能耗(粗銅能耗達(dá)到0.64 t標(biāo)準(zhǔn)煤/t)并提高了設(shè)備的使用壽命(噴槍壽命達(dá)5 000 h以上)。

3 有色機(jī)械設(shè)備集多功能為一身、力求完善

由于擁有比較完整的科研、設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)行體系,我國有色機(jī)械工程技術(shù)引進(jìn)、吸收和自我完善的能力不弱,主要大型單體采、選、冶機(jī)械在規(guī)模和主要性能上也接近于國外同類產(chǎn)品;但在機(jī)械設(shè)備的復(fù)合功能、可靠性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合指標(biāo)上還有不少差距。應(yīng)在提高單體設(shè)備的主體性能的同時,借助于機(jī)電一體化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,盡快提高機(jī)械設(shè)備的復(fù)合功能,更好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的效能。

機(jī)械設(shè)備的組合功能。隨著生產(chǎn)規(guī)模的提高,自動化連續(xù)作業(yè)成為提高效能的重要手段,在有色機(jī)械設(shè)備(特別是電解冶煉輔助設(shè)備)中,組合式功能的設(shè)備不斷涌現(xiàn)和更新,如電解鋁生產(chǎn)中的多功能天車、鋅電解生產(chǎn)中的自動鑄錠碼垛機(jī)和電解銅生產(chǎn)中的多功能陰極處理機(jī)組等,都是將以往多臺單獨(dú)設(shè)備分別完成的功能組合在一臺(組)設(shè)備上,由微電腦進(jìn)行程序控制,同時或連續(xù)完成,顯著地提高了功效和產(chǎn)率。

機(jī)械設(shè)備的在線檢測和適應(yīng)功能。包括激光物料探測、紅外溫度遙測和光譜介質(zhì)分析在內(nèi)的新傳感技術(shù)和包括步進(jìn)電機(jī)、可控硅和可編程控制器在內(nèi)的控制元件的結(jié)合應(yīng)用,有色生產(chǎn)中主要機(jī)械設(shè)備(特別是選礦設(shè)備)中普遍采用了具有在線檢測和自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)。如圓錐破碎機(jī)的進(jìn)排料口開度的檢測及自適應(yīng)系統(tǒng)、球磨機(jī)的負(fù)荷檢測及調(diào)整系統(tǒng)和浮選機(jī)的浮選泡沫分析及控制系統(tǒng)等等,都是設(shè)備在不停機(jī)的狀態(tài)下,隨時根據(jù)輸入物料或設(shè)備負(fù)荷或介質(zhì)的成分的變化來自動調(diào)整設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)、物料的加入和介質(zhì)的配置,以達(dá)到最佳狀態(tài)。

機(jī)械設(shè)備的組塊式備件在線更換功能。設(shè)備的防護(hù)、檢修和備件的更換是生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行的保證,隨著備件設(shè)計(jì)新理念和檢修設(shè)備的發(fā)展,不僅中、小型設(shè)備,大型有色機(jī)械設(shè)備也逐漸采用了組塊式備件和在線更換技術(shù)。如大型旋回破碎機(jī)的整體內(nèi)襯板備件及快速更換、陽極碳素焙燒爐整段式爐體備件及在線更換、電解槽整體槽殼式備件及不停電更換等,通過用組合式的整體機(jī)械備件將破損或到維護(hù)期的易損易耗件更換下來,以縮短(甚至幾乎不停機(jī))停機(jī)檢修時間,不僅保證了生產(chǎn)效率,也使設(shè)備的維護(hù)和檢修水平得到了提升。

4 結(jié) 論

上述三個方面,比較典型地歸納出機(jī)械工程技術(shù)在有色金屬行業(yè)發(fā)展的趨勢。作為各類工業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ),機(jī)械工程技術(shù)只有和新興的機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、新材料和新傳感技術(shù)結(jié)合融通,才能繼續(xù)推動有色金屬行業(yè)沿著高效能、低能耗和清潔環(huán)保的方向發(fā)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,高級工程師,主要從事有色行業(yè)工程項(xiàng)目管理工作。