電除塵器陰極振打瓷軸斷裂的原因分析及對(duì)策

李兆鈞，劉建萍，陳洪春，李華成，張均杰

（煙臺(tái)國潤銅業(yè)有限公司，山東煙臺(tái) 264002）

煙臺(tái)國潤銅業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱國潤銅業(yè)）是一家生產(chǎn)陰極銅、硫酸、黃金和白銀的銅冶煉生產(chǎn)企業(yè)，其中銅冶煉系統(tǒng)始建于1970年。2017年7月進(jìn)行技術(shù)改造，銅冶煉系統(tǒng)采用“富氧側(cè)吹爐熔煉+多槍頂吹爐連續(xù)吹煉+反射爐精煉”工藝，實(shí)現(xiàn)了熱態(tài)三連爐連續(xù)煉銅；制酸系統(tǒng)采用稀酸洗滌凈化、二轉(zhuǎn)二吸工藝，凈化工序?yàn)閱蜗盗?，干吸、轉(zhuǎn)化工序?yàn)殡p系列，硫酸系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力達(dá)370 kt/a[1]。電除塵器的運(yùn)行情況直接影響到后續(xù)制酸設(shè)備的運(yùn)行指標(biāo)，而電除塵器的陰極振打瓷軸是電除塵器高效運(yùn)行的關(guān)鍵組件，一旦發(fā)生故障，冶煉和制酸生產(chǎn)都會(huì)受到嚴(yán)重制約，為此，筆者對(duì)電除塵器陰極振打瓷軸頻繁斷裂的原因及對(duì)生產(chǎn)的影響進(jìn)行了分析，并提出了建議措施，取得了滿意的效果。

1 電除塵器運(yùn)行情況

在銅冶煉系統(tǒng)電收塵工序，熔煉煙氣經(jīng)過余熱鍋爐降溫后，進(jìn)入南側(cè)和北側(cè)的2臺(tái)35 m2的電除塵器，混合后通過高溫風(fēng)機(jī)送入混合器；吹煉煙氣經(jīng)過余熱鍋爐降溫后，進(jìn)入1臺(tái)35 m2的電除塵器收塵，然后進(jìn)入混合器與熔煉煙氣混合，混合后的煙氣被送入制酸凈化系統(tǒng)。每臺(tái)電除塵器分3個(gè)電場(chǎng)，配置6臺(tái)陰極振打裝置。陰極振打裝置通過周期性振打陰極框架，使吸附在陰極絲上的煙塵脫落。而瓷軸是振打裝置的重要部件，安裝在振打軸和傳動(dòng)裝置之間，起傳遞扭矩和絕緣的作用。95瓷軸優(yōu)于普通瓷軸，其α-Al2O3的晶體結(jié)構(gòu)能滿足電除塵器對(duì)瓷軸的性能要求，具有機(jī)械強(qiáng)度高（抗壓、抗拉、抗扭）、耐熱溫度高、絕緣性能優(yōu)良、抗溫度驟變能力強(qiáng)等顯著特點(diǎn)[2]，因此國潤銅業(yè)的電除塵器陰極振打瓷軸采用95瓷軸。

自2017年投產(chǎn)以來，制酸系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定，電除塵器各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均在指標(biāo)范圍內(nèi)，收塵效率穩(wěn)定，陰極振打瓷軸更換頻次為6個(gè)月1次。2020年1月底，電除塵器出現(xiàn)陰極振打瓷軸頻繁斷裂的現(xiàn)象，更換頻率為1周1次，嚴(yán)重時(shí)甚至達(dá)到1天1次，電壓在20 kV左右，電流在100 A左右，收塵效率降低。

2 陰極振打瓷軸斷裂對(duì)生產(chǎn)的影響

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)更換的陰極振打瓷軸進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，傘裙有缺邊、破壞，表面有粘結(jié)的煙灰，進(jìn)一步清洗后瓷軸釉面存在明顯爬電的痕跡，瓷軸斷裂處呈明顯的藍(lán)色裂紋。斷裂的瓷軸見圖1。

圖1 斷裂的瓷軸

陰極振打瓷軸頻繁斷裂對(duì)生產(chǎn)的不利影響主要表現(xiàn)為：

1）頻繁降低系統(tǒng)負(fù)荷更換瓷軸，不僅增加了操作工作量和維修費(fèi)用，還會(huì)降低冶煉作業(yè)率。

2）瓷軸頻繁爬電、斷裂導(dǎo)致電除塵器送電效果差，收塵效率低，致使有價(jià)金屬后移，金屬回收率降低。

3）電收塵器的收塵效率降低，電收塵器出口的煙氣固含量增多。大量的大顆粒煙塵進(jìn)入后續(xù)的管道設(shè)備，不但會(huì)導(dǎo)致高溫風(fēng)機(jī)及進(jìn)出口管道清灰頻率加大，凈化工序的除塵壓力增加，還會(huì)使洗滌酸中的固含量增多，進(jìn)而引起污酸排放量增加，空塔噴嘴、填料塔等設(shè)備堵塞，凈化壓濾機(jī)工作頻率加大等一系列問題。

3 陰極振打瓷軸斷裂的原因分析

對(duì)電除塵器的內(nèi)部進(jìn)行檢查，結(jié)合瓷軸斷裂的表面現(xiàn)象分析可知，瓷軸出現(xiàn)斷裂不是由電除塵器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化引起扭矩增大導(dǎo)致的，而是由于煙塵粘結(jié)在瓷軸表面出現(xiàn)嚴(yán)重的爬電現(xiàn)象產(chǎn)生污閃，導(dǎo)致傘裙破壞、瓷軸斷裂。可能造成瓷軸發(fā)生爬電斷裂的原因主要有：

1）陰極振打絕緣箱運(yùn)行溫度低、漏風(fēng)。振打絕緣箱附近漏風(fēng)或者運(yùn)行溫度較低，煙塵中的SO3和水形成冷凝酸，附著于瓷軸表面或者浸蝕瓷軸，隨著瓷軸表面金屬雜質(zhì)的增加，瓷軸表面的導(dǎo)電性增強(qiáng)，導(dǎo)致陰極振打瓷軸爬電斷裂。

2）低熔點(diǎn)金屬氧化物煙塵在瓷軸表面積聚[3]。返料煙塵形成閉路循環(huán)，在電除塵器中逐步富集，低熔點(diǎn)金屬氧化物（鎘、鉍的氧化物等）達(dá)到一定含量，在瓷軸表面出現(xiàn)爬電現(xiàn)象，損傷傘裙。爬電沿著電弧方向?qū)⒂悦鏌?，在正常扭矩的作用下，瓷軸斷裂。

3）瓷軸上釉造成污閃。在95瓷軸表面施上一層絕緣釉的作用有：①增加瓷軸強(qiáng)度，機(jī)械強(qiáng)度可提高30%；②利用釉面掩蓋瓷坯的表面缺陷；③減少瓷軸表面的受污和吸附現(xiàn)象。但釉與瓷軸材質(zhì)不同，釉是玻璃體，屬于脆性材料，彈性應(yīng)變區(qū)較窄，基本無塑形變形區(qū)，釉面拉應(yīng)力超過一定范圍會(huì)發(fā)生龜裂，粉塵進(jìn)入造成閃絡(luò)使裂紋擴(kuò)張，最終導(dǎo)致瓷軸斷裂[4]。

4）煙氣的露點(diǎn)升高，煙塵在瓷軸上結(jié)露。熔煉工藝的特點(diǎn)導(dǎo)致工藝煙氣中水含量較高[5]，側(cè)吹熔煉原料不經(jīng)干燥直接入爐，造成工藝煙氣露點(diǎn)升高，幾種熔煉工藝煙氣的含水量由小到大依次為“閃速熔煉+閃速吹煉”、“閃速熔煉+轉(zhuǎn)爐吹煉”、“側(cè)吹熔煉+頂吹吹煉”[6]。熔煉系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行后，隨著投礦量的增加，入爐水分增加，造成工藝煙氣中水含量增加，露點(diǎn)升高。另外，煙氣中三氧化硫發(fā)生率較高，也會(huì)導(dǎo)致露點(diǎn)升高。

4 原因排查及采取的改進(jìn)措施

4.1 排查陰極振打絕緣箱的漏風(fēng)和保溫情況

排查陰極振打絕緣箱附近可能產(chǎn)生漏點(diǎn)的焊接位置，做好堵漏，降低漏風(fēng)率；對(duì)破損的保溫層進(jìn)行修復(fù)，確保保溫層完好無損，避免殼體局部低溫腐蝕；加熱器由周期性運(yùn)行改為24 h連續(xù)運(yùn)行，保證陰極振打絕緣箱的溫度。經(jīng)檢查，陰極振打絕緣箱的運(yùn)行溫度滿足生產(chǎn)要求，沒有冷凝酸生成導(dǎo)致瓷軸爬電斷裂。

4.2 分析煙塵的金屬含量

對(duì)煙塵化驗(yàn)分析其中的低熔點(diǎn)金屬含量，結(jié)果顯示煙塵中的鎘、鉍等含量均較低。由此說明，瓷軸爬電斷裂并非由低熔點(diǎn)金屬氧化物積聚造成的。

4.3 取消95瓷軸拋光上釉

通過與陰極振打瓷軸生產(chǎn)廠家溝通，根據(jù)表面拋光上釉可能會(huì)增加高溫?zé)煔庵写奢S的故障率，在保證95瓷軸表面光潔度的前提下，取消瓷軸表面上釉工序，使瓷軸的內(nèi)外材質(zhì)一致，杜絕瓷軸表面出現(xiàn)龜裂。經(jīng)過應(yīng)用實(shí)踐，瓷軸頻繁斷裂的問題沒有明顯好轉(zhuǎn)。

4.4 改造陰極振打絕緣箱結(jié)構(gòu)

針對(duì)陰極振打瓷軸箱體結(jié)構(gòu)容易積塵的問題，為了最大限度地減少陰極振打瓷軸表面上的積塵，對(duì)箱體進(jìn)行了如下改造：

1）使用石英板封堵，形成密閉空間，減少浮灰進(jìn)入絕緣箱。但對(duì)瓷軸頻繁斷裂的問題沒有明顯作用。

2）使用石棉氈、保溫棉、耐高溫絕緣布、喇叭形狀石棉板對(duì)瓷軸進(jìn)行包裹，減少煙塵在瓷軸表面的附著。使用石棉氈和喇叭狀石棉板對(duì)瓷軸進(jìn)行包裹，效果并不理想，電除塵器送電效果較差，瓷軸斷裂問題沒有好轉(zhuǎn)；改用保溫棉和耐高溫絕緣布，瓷軸斷裂有所緩解，但電除塵器送電效果仍然較差，問題沒有得到根本解決。

4.5 定期清理瓷軸

充分利用停車檢修的機(jī)會(huì)，使用鋼絲刷對(duì)瓷軸表面進(jìn)行積灰清理。瓷軸斷裂頻次雖然降低，但由于不是實(shí)時(shí)清理，只能由人工定期清理，送電效果剛開始較高，運(yùn)行一段時(shí)間后瓷軸斷裂問題仍然存在，而且工作量較大，作業(yè)率降低。

4.6 增加熱風(fēng)吹掃裝置

熱風(fēng)吹掃裝置是將瓷軸密封起來，瓷軸對(duì)面用石英板密封，留一個(gè)小孔。熱空氣由陰極絕緣箱的側(cè)板孔進(jìn)入吹掃管，將熱空氣均勻地噴向瓷軸內(nèi)壁空間，向下方及四周吹掃，使瓷軸不易產(chǎn)生污閃，避免因表面積灰造成絕緣件爬電擊穿，影響電除塵器正常工作。自熱風(fēng)吹掃裝置投入使用半年以來，瓷軸頻繁斷裂的問題得到了徹底解決，電除塵器運(yùn)行正常。

5 結(jié)語

電除塵器陰極振打瓷軸頻繁斷裂嚴(yán)重制約著制酸系統(tǒng)生產(chǎn)。國潤銅業(yè)通過分析瓷軸斷裂的原因，并有針對(duì)性地進(jìn)行技措嘗試，最終通過增加熱風(fēng)吹掃裝置改善了瓷軸的運(yùn)行工況，保證了電除塵器的高效運(yùn)行。