干燥機(jī)盤(pán)管耐磨蝕工業(yè)實(shí)驗(yàn)

桂云輝

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

蒸汽干燥工序是閃速爐熔煉的準(zhǔn)備工序，負(fù)責(zé)將含水8%~10%的物料降低至0.3%。物料的干燥方式有氣流干燥、蒸汽干燥等。氣流干燥耗能高，逐漸被淘汰。蒸汽干燥機(jī)具有設(shè)備占地小，固定投資??；無(wú)煙塵發(fā)生率；間接接觸的干燥過(guò)程，無(wú)著火危險(xiǎn)，無(wú)S02發(fā)生率；熱損失小，排氣量低；低操作成本，蒸汽自產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，得到極大范圍的推廣。

受銅精礦與換熱管（干燥機(jī)盤(pán)管）接觸的影響，盤(pán)管不斷被腐蝕、磨損，導(dǎo)致蒸汽泄漏，生產(chǎn)無(wú)法維持，必須對(duì)盤(pán)管進(jìn)行更換或盲堵。而對(duì)盤(pán)管進(jìn)行檢修耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，制約生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。采用加厚管壁或更換盤(pán)管材質(zhì)的方式，盤(pán)管的壽命能得到一定的提升，與三年壽命的預(yù)期有不小的差距，且有一定的隱患，需要找出其他耐磨手段。

2 蒸汽干燥工藝過(guò)程概述

貴冶2#閃速爐蒸汽干燥機(jī)屬于回轉(zhuǎn)式蒸汽干燥機(jī)，其本體設(shè)置一定的傾斜角度（進(jìn)料端高于出料端）。干燥機(jī)由一臺(tái)大功率馬達(dá)驅(qū)動(dòng)干燥機(jī)筒體與干燥機(jī)盤(pán)管同速轉(zhuǎn)動(dòng),蒸汽從轉(zhuǎn)子的中心管進(jìn)入，穿過(guò)輻射狀聯(lián)箱，分配給盤(pán)管的主管后，再進(jìn)入支管［1］。熱蒸汽流經(jīng)各盤(pán)管的主管與支管，將熱量傳給不斷在轉(zhuǎn)子盤(pán)管間隙中運(yùn)動(dòng)的銅精礦，使精礦經(jīng)歷升溫——蒸發(fā)——再升溫后逐漸蒸發(fā)脫除所含的水分［2］。蒸汽中的冷凝水在轉(zhuǎn)子離心力的作用下，匯集進(jìn)入中心管，在蒸汽壓力的作用下，冷凝水從中心管通過(guò)虹吸管排出干燥機(jī)，返回到動(dòng)力純水箱，回收純水。

3 實(shí)驗(yàn)方向

金屬材料的應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，其在實(shí)際應(yīng)用中卻常常發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重影響金屬制品的力學(xué)性能[3]。銅精礦含有較高的硫化物。由于蒸汽加熱礦粉而有一定的溫度，耐硫腐蝕是一關(guān)鍵考量要素；因?yàn)?4.4kg/s的處理量（設(shè)計(jì)最大干燥能力160t/h），礦粉與盤(pán)管之間的接觸頻率高，抗摩擦腐蝕也將是另一個(gè)同等重要需要解決的課題，同時(shí)，礦粉具有酸性特征，并有與空氣中的氧氣接觸反應(yīng)，存在氧化腐蝕的可能性。綜合而言，擺在工程技術(shù)人員面前的有硫腐蝕、摩擦腐蝕、酸腐蝕、氧化腐蝕這四個(gè)腐蝕問(wèn)題。目前，干燥機(jī)盤(pán)管與支管普遍采用316L不銹鋼或雙相不銹鋼，對(duì)酸腐蝕及氧化腐蝕具有良好的耐受性。所以，選取在蒸汽加熱盤(pán)管上制備能夠抵抗硫腐蝕、磨蝕需要的防護(hù)膜，提高蒸汽加熱盤(pán)管的抗腐蝕耐受性，從而達(dá)到延長(zhǎng)干燥機(jī)盤(pán)管使用壽命的目的。

干燥機(jī)盤(pán)管上的支管為無(wú)縫鋼管。為了提高換熱效率，支管冷彎成一定的弧度（如圖1所示）。但是，這樣就使得支管的彎管部位與銅精礦物料的接觸深度、方式和頻次更加復(fù)雜多樣，其承受的沖擊作用更多、更大、更強(qiáng)。因此在支管的彎管部位附近鍍膜能取得最理想的實(shí)驗(yàn)效果。在實(shí)際的生產(chǎn)中，彎管附近的泄漏概率最大，也印證了分析結(jié)果。

圖1 干燥機(jī)盤(pán)管支管示意圖

為了延長(zhǎng)支管的使用壽命，可以采用加大支管壁厚的方式。但加大管道壁厚會(huì)帶來(lái)缺陷：第一、增加備件成本；第二、增大了盤(pán)管自重，使干燥機(jī)本體重心產(chǎn)生偏移；第三、增加壁厚降低了蒸汽導(dǎo)熱效率，降低干燥機(jī)工作性能。目前，提高不銹鋼表面耐蝕性的主要手段有優(yōu)化鋼材組成、鋼材表面鈍化、腐蝕介質(zhì)中添加緩蝕劑、鋼材表面涂層、鋼材表面自組裝防腐膜五種技術(shù)，并已取得了一系列的進(jìn)展［4］。所以，較薄的耐磨防腐涂層可有效降低增加支管壁厚帶來(lái)的缺陷，因此，采用一種耐磨防腐金屬鍍層成為提高支管使用壽命的有效途徑。

圖2 泄漏的干燥機(jī)盤(pán)管支管

4 耐磨防腐層材料的選取

金屬鍍層一般采用電鍍或化學(xué)鍍使基體表面獲得保護(hù)層［5］。電鍍防腐膜耐磨蝕實(shí)質(zhì)上是一種克制現(xiàn)有基底工件磨蝕速率的一種有效方法，其工作的同時(shí)，防腐膜本身同樣在慢慢的被磨蝕。

在考慮合適的耐腐蝕材料時(shí)，應(yīng)主要考慮耐腐蝕材料接觸不同腐蝕性介質(zhì)時(shí)的性能，耐腐蝕材料的使用成本及對(duì)其工作年限的要求等［6］。通過(guò)前期實(shí)驗(yàn)，選取陶瓷合金為防腐層，其參數(shù)為：比重 ：10.32~13.4 g/cm3；熔點(diǎn) ：1013.5 ℃；導(dǎo)熱系數(shù) ：在工作溫度160 ℃~210 ℃之間時(shí)，不低于17.9 W/m·℃；硬度(HRC)：58~62。為了不影響鋼管的換熱效率，防腐層厚度0.35~0.45mm。預(yù)想的防腐膜使用時(shí)長(zhǎng)為12~15個(gè)月。

2018年11月1日，帶有防腐膜的10根干燥機(jī)盤(pán)管支管投入生產(chǎn)運(yùn)行。為了便于觀察實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的效果，實(shí)驗(yàn)選取在干燥機(jī)近中心環(huán)位置的盤(pán)管支管上鍍防腐膜，鍍膜支管的位置位于干燥機(jī)出料端附近區(qū)域（銅精礦再升溫部位）。

5 防腐膜效果驗(yàn)證

隨著生產(chǎn)的不斷進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員在防腐膜工作6個(gè)月、12個(gè)月、20個(gè)月現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量防腐膜的厚度。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境受限，采用人工使用游標(biāo)卡尺測(cè)量支管外徑的方式，并與未鍍膜支管直徑進(jìn)行對(duì)比，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1所示。

表1 鍍膜支管使用后直徑數(shù)據(jù)對(duì)比 mm

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的鍍膜支管直徑數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)照片，可以分析出如下結(jié)果：

（1）耐磨蝕防腐鍍膜盤(pán)管支管連續(xù)使用20個(gè)月后，實(shí)地觀測(cè)均可見(jiàn)鍍膜完整、無(wú)裂紋、無(wú)剝落，達(dá)到了預(yù)期使用15個(gè)月的耐磨防腐效果；

（2）鍍膜厚度為0.35mm的防腐膜有少許磨損，但尚未磨損盤(pán)管支管的本體；

（3）防腐膜的耐磨耐腐蝕性能基本滿足干燥機(jī)出口端工況需求。

圖2 使用20個(gè)月后的鍍膜管

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)干燥機(jī)盤(pán)管支管鍍防腐膜，經(jīng)一年半時(shí)間的持續(xù)跟蹤，鍍膜層磨損程度較小，達(dá)到了保護(hù)支管，延長(zhǎng)使用壽命的目的，為下一步應(yīng)用于生產(chǎn)中奠定了基礎(chǔ)。