4.5 m3高壓浸出釜的設計及制造

東娟霍沛君 席金花

（寶色特種設備有限公司)

4.5 m3高壓浸出釜的設計及制造

東娟*霍沛君 席金花

（寶色特種設備有限公司)

高壓浸出釜是濕法冶金中浸出系統(tǒng)的主要設備。針對4.5 m3高壓浸出釜直徑小、開孔多的特點，對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，分析了該設備的制造難點并提出了解決方案。

高壓浸出釜盤管攪拌裝置優(yōu)化設計制造檢驗

0 前言

市場研究表明，目前冶金技術(shù)主要有火法冶金、濕法冶金和電冶金。濕法冶金是在溶液中進行的冶金過程，包括浸出、凈化、沉積三個主要過程[1]。浸出是濕法冶金中最重要的單元過程[2]。高壓浸出釜是整個浸出系統(tǒng)的主要設備。其原理是：預磨到90%、能夠通過300目的硫化鋅精礦漿進入高壓釜內(nèi)，通入氧氣及稀硫酸進行高壓氧酸浸出，由此方法得到的浸出液雜質(zhì)含量較少，溶液較純凈[3]。

寶色特種設備有限公司為某公司設計了一套4.5 m3氧壓酸浸系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括八臺設備，其中4.5 m3高壓浸出釜是該系統(tǒng)的主要設備，也是該系統(tǒng)設計中需要控制的難點之一。本文針對4.5 m3高壓浸出釜直徑小、開孔多的特點，對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，分析了該設備的制造難點，并提出了解決方案。

1 設計

1.1 設計參數(shù)

高壓浸出釜的設計參數(shù)如表1所示。

表1 高壓浸出釜設計參數(shù)

1.2 結(jié)構(gòu)的設計

1.2.1 設計難點

高壓浸出釜為七攪拌反應釜。為滿足工藝操作的需要，釜上開有攪拌口、進料口、出料口、排污口、出氣口、返液口、安全閥口、測液位口、測壓口和人孔等。由于該設備是實驗室設備，直徑比較小，不可能同時設置人孔和攪拌口。而如果沒有人孔，人無法進入到釜內(nèi)工作，無法進行釜內(nèi)隔板和盤管的維修。為此，本次設計將攪拌口與人孔合二為一，攪拌口既承擔支撐機架攪拌的作用，又承擔人孔的作用，釜內(nèi)盤管的進出口不開在釜體上，全部設計在攪拌口的安裝底盤上，即所有盤管必須在外部完全制作完成后，由攪拌口進入釜內(nèi)。而且，攪拌口必須大于盤管中心圓直徑，使盤管能從攪拌口自由出入。主要的設計難點在于攪拌口安裝底盤的設計。

根據(jù)釜的直徑900 mm，取攪拌口內(nèi)徑為530 mm，盤管中心圓直徑為440 mm，盤管進出口中心圓直徑為500 mm。攪拌口結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 攪拌口結(jié)構(gòu)

這樣，整個盤管固定在安裝底盤上，連同安裝底盤一起裝配，機架被架高。為了便于機封的裝卸，在支撐機架的筒節(jié)上開設兩個對稱的手孔，手孔的大小及數(shù)量由機封廠家確定。

每個反應室底部都設有通氧口，保證每個反應室能均勻通入流量為0～50 kg/h的氧氣，并在攪拌軸底端安裝氧氣分布器，以使氧氣分布均勻。

1.2.2 盤管的設計

由于盤管必須由攪拌口進出，所以盤管中心圓直徑不能太大。盤管的直徑規(guī)格由用戶給出，為覫25 mm×3 mm。為了使盤管便于加工，取盤管中心圓直徑為440 mm。由換熱面積計算得出盤管長度。由于釜內(nèi)空間有限，盤管螺距不能太大，從而定出盤管的螺距為40 mm。在固定盤管與角鋼時，由于螺距較小，不能保證每個接觸點有一個U形卡子固定。所以采取如圖2所示的固定方式。

圖2 盤管與角鋼連接結(jié)構(gòu)

1.2.3 結(jié)構(gòu)特點

該釜是臥式七室垂直攪拌的壓力容器，由釜體、攪拌裝置、密封等三部分組成。

1.2.3.1 釜體

釜體材料為復合板。先用Q345R與TA2板采用爆破貼襯成復合板，再卷制成內(nèi)徑900 mm的圓筒。釜體直段長5900 mm，兩端為橢圓封頭。釜體橫臥在兩個鞍式支座上，其中一個鞍式支座為活動支座，以利于釜體因冷熱變化而伸縮的需要。加壓釜用隔板等分成七個室，每室的上方正中央各裝有攪拌裝置一套，用來攪拌礦漿，加速氣-液-固三相的化學反應，以便盡快將鎳浸出。釜體上方裝攪拌裝置的攪拌口也可用做人孔，便于襯里施工和拆裝釜內(nèi)的附件，每個隔室內(nèi)裝有鈦管制作的加熱或冷卻用的蛇盤管，用來調(diào)整釜內(nèi)的溫度，以利于加壓浸出作業(yè)正常進行。為滿足工藝操作的需要，釜上開有進料口、出料口、排污口、出氣口、返液口、安全閥口、測液位口、測壓口。為防止?jié){液的腐蝕，凡與漿液接觸部件均選用鈦材。

1.2.3.2 攪拌裝置

該釜共設置七套攪拌裝置，每室一套，垂直安裝于每個隔室的正中央。每套攪拌裝置由減速機(帶電動機)、變頻器、聯(lián)軸節(jié)、軸承座、軸、密封、攪拌槳組成。減速機選用SEW減速機（RXF97DV160L4），電機功率18.5 kW，輸出軸轉(zhuǎn)速50～500 r/min，減速機的出軸依靠彈性聯(lián)軸器與攪拌軸連接。軸和攪拌槳選用鈦材。攪拌槳采用六葉渦輪槳。

1.2.3.3 密封

釜體與攪拌軸之間的密封采用雙端面部分平衡型機械密封。摩擦付、下端面動環(huán)、靜環(huán)均為碳化硅，上端面動環(huán)為碳化硅、靜環(huán)為呋喃浸漬石墨。由于加壓釜操作溫度較高，故在下端面的下部設置了一個冷卻水套，一方面使釜內(nèi)傳到密封部位的溫度不至于太高，另一方面可以阻擋礦漿進入密封端面。在密封腔外部也設有冷卻夾套，以期改善密封條件。密封液采用強制循環(huán)。密封液加壓罐內(nèi)設冷卻蛇管，目的在于改善機械密封的工作條件。密封液采用軟化水，由密封液加壓罐供給，其壓力要比釜內(nèi)壓力高0.1～0.2 MPa。正常操作情況下，每個端面的泄漏量不大于10 mL/h。

1.2.3.4 加熱和冷卻

選擇硫酸浸出與溫度有很大關(guān)系。將溫度控制在一定的范圍內(nèi)，可使釜內(nèi)的液、氣、固三相化學反應順利進行，鋅、鈷浸出率高。但溫度過高會破壞釜內(nèi)的防腐襯里，影響釜的使用壽命。該高壓釜為了更好地滿足工藝操作條件，每室設置換熱面積1 m2的蛇盤管，蛇盤管由覫25×3規(guī)格的鈦管彎制成?？紤]到便于拆裝，蛇盤管由多段組成。蛇盤管內(nèi)通入蒸汽可進行加熱，若改為通入冷卻水則可進行冷卻。

2 制造技術(shù)要求

（1）鈦材零部件的制作必須在清潔的環(huán)境、清潔的場地進行。鈦材表面、焊接坡口以及焊絲在焊接施工前必須進行酸洗、鈍化處理，以免鐵或其他雜質(zhì)的污染。若加工溫度超過400℃，必須用氬氣保護，以防氧化[4]。鈦材之間的焊接焊縫及熱影響區(qū)的正反面，必須用氬氣保護。焊材采用與母材成分相同的經(jīng)真空退火的焊絲。

焊縫試驗樣板需要作常規(guī)機械性能試驗。焊縫外觀應呈銀白色，不得出現(xiàn)黃色、藍色、灰白色，不允許出現(xiàn)裂紋、氣孔和深度大于0.5 mm的咬邊。鈦覆層焊縫采用著色法檢查，基層對接焊縫采用射線檢查[5]。

（2）攪拌軸加工過程中的運輸或存放應注意合理支承，勿使軸變形。在機械密封部件的運輸和組裝中，切勿碰傷密封面，不得用金屬錘子敲擊。

（3）攪拌槳應作靜平衡試驗，不平衡力矩小于等于80 g·cm。

（4）保證7個攪拌口在同一平面上，其平面度公差不大于2.5 mm；攪拌口應與攪拌軸垂直，其垂直度公差不大于1.5 mm。

3 檢驗

（1）所有復合板覆層厚度不得小于3 mm，因為礦漿對設備內(nèi)表面的沖刷嚴重，對覆層會產(chǎn)生損傷從而縮短設備使用壽命。

（2）在焊接復合板對接焊縫時，碳鋼焊接完畢后，應對碳鋼焊縫作100%射線檢測，符合JB/T 4730.2—2005、Ⅱ級合格后，再放入鈦墊板和蓋板，然后焊接蓋板。

（3）焊接鈦內(nèi)件時，應先對內(nèi)件連接區(qū)作100%超聲波檢測，檢測區(qū)域必須大于內(nèi)件外形尺寸50 mm，在此檢測區(qū)內(nèi)不得有脫層。

4 結(jié)束語

高壓浸出釜是濕法冶金中浸出系統(tǒng)的主要設備。本文主要介紹了小直徑多攪拌臥式釜的設計難點以及解決方法，并闡述了其制造及檢驗過程中應該注意的問題。在傳統(tǒng)臥式多攪拌釜的基礎(chǔ)上對其結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，節(jié)省了空間，方便了后期的檢驗及維修。此類小型設備廣泛應用于冶金、醫(yī)藥等行業(yè)的實驗室系統(tǒng)中，為其建立中大型生產(chǎn)線提供了有力的實驗數(shù)據(jù)及技術(shù)支撐。

[1]趙天從.重金屬冶金學[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1981.

[2]朱屯.現(xiàn)代銅濕法冶金[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

[3]傅崇說.有色冶金原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1983.

[4]國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.鈦制焊接容器：JB/T 4745—2002[S].昆明：云南科技出版社，2003.

[5]鋼制壓力容器：GB 150—1998[S].1998.

Design and Fabrication of 4.5 m3High Pressure Leaching Kettle

Dong JuanHuo PeijunXi Jinhua

High pressure leaching kettles are mainly used in leaching units of hydrometallurgy.According to the features of 4.5 m3high pressure leaching kettle with small diameter and multiple openings,the structure of the kettle was optimized,the manufacture difficulties were analyzed,and the corresponding solutions were put forward.

High pressure leaching kettle;Coil;Stirring device;Optimized design;Manufacture;Inspection

TQ 052.4

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.02.005

2016-07-06)

*東娟，女，1980年生，工程師。寶雞市，721014。