蔡江南,楊中波

(1.河南華慧有色工程設(shè)計(jì)有限公司 ,河南鄭州 450041;2.中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司河南分公司自備電廠 ,河南鄭州 450041)

拜爾法溶出系統(tǒng)中脫硅機(jī)改造

蔡江南1,楊中波2

(1.河南華慧有色工程設(shè)計(jì)有限公司 ,河南鄭州 450041;2.中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司河南分公司自備電廠 ,河南鄭州 450041)

針對(duì)工藝流程和原料性質(zhì)的改變,將原有流程中的脫硅機(jī)實(shí)行改造后,不僅滿足新流程的需要,而且大大降低生產(chǎn)成本。

燒結(jié)法 ;拜耳法 ;脫硅機(jī) ;射線檢測(cè) ;滲透檢測(cè) ;局部熱處理

1 脫硅機(jī)改造的背景

近年來(lái),國(guó)內(nèi)氧化鋁礦石指標(biāo)下滑。以一水硬鋁石為主要原料,采用燒結(jié)法工藝進(jìn)行氧化鋁生產(chǎn)的企業(yè)舉步維艱。此時(shí)國(guó)外優(yōu)質(zhì)礦石逐漸走進(jìn)國(guó)門(mén)。這些進(jìn)口礦主要是三水軟鋁石,且需采用低溫拜耳法工藝進(jìn)行氧化鋁的生產(chǎn)。為降低成本,很多中鋁旗下的老企業(yè)購(gòu)買(mǎi)國(guó)外礦石,并對(duì)工藝流程和生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行低溫拜耳法改造。本文論述的脫硅機(jī)改造是對(duì)生產(chǎn)設(shè)備改造的一個(gè)范例。

2 脫硅機(jī)改造的原因

改造的脫硅機(jī)是燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中使用的設(shè)備,原始結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1。當(dāng)其在拜耳法工藝中作礦漿溶出停留罐使用時(shí),由于三水軟鋁石中石英、針鐵礦等雜質(zhì)磨損物含量較高,物料對(duì)容器底部半球形封頭沖刷磨蝕十分厲害。在高溫條件下停留使用一段時(shí)間后,石英等雜質(zhì)在出料口底部便有大量結(jié)疤,需頻繁清除。最終厚度為 20 mm的半球形封頭,不到一年就因磨穿而更換,生產(chǎn)成本大大增加。為解決這些問(wèn)題,我們對(duì)原脫硅機(jī)底部進(jìn)行改造,以適應(yīng)新工藝、新礦石的要求。改造結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1。

圖 1 脫硅機(jī)改造前后對(duì)比

3 脫硅機(jī)改造的方法

脫硅機(jī)改造方案為：不廢棄承壓作用的半球形封頭,同時(shí)在其內(nèi)部增設(shè)常壓錐形假底。常壓錐形假底具有良好排料性和成本低廉的優(yōu)點(diǎn),既滿足生產(chǎn)要求,又降低維修費(fèi)用。

具體方案為：在距原筒體與原半球形封頭焊縫向上 80 mm處,我們?cè)诿摴铏C(jī)內(nèi)部焊接常壓錐形假底。為不破壞半球形封頭,我們將滾壓成形的常壓錐形假底按圖示要求縱分成16等份后,通過(guò)c人孔部件送到脫硅機(jī)內(nèi)組焊成形。最后我們?cè)谄渖舷赂鏖_(kāi) 4個(gè)Φ100 mm的小圓孔使之與半球形封頭連通,達(dá)到不承壓的目的。由于常壓錐形假底在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證不承壓,我們選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的Q235-B鋼板即可。與其對(duì)接的承壓錐體,由于結(jié)構(gòu)上是承壓部件,我們需選擇質(zhì)量較好一些的 20R壓力容器用鋼板。考慮到口徑越小,流速越快,沖刷磨損越嚴(yán)重,我們應(yīng)適當(dāng)增加承壓錐體的厚度。

為防止錐形假底承料后產(chǎn)生形變變形或因劇烈振動(dòng)而導(dǎo)致錐形假底與半球形封頭處的焊縫脫焊,我們?cè)阱F形假底四周焊接筋板予以支撐。與筋板相焊的墊板,應(yīng)與球形封頭內(nèi)球面貼合緊密后焊接定位。

因清理結(jié)疤和檢修需要,我們將 c人孔做延伸處理。即增加一人孔短節(jié)與人孔接管焊接,并與錐形假底連通。我們將卷圓的鋼板割成兩個(gè)半圓并加工對(duì)接坡口后,運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)通過(guò) c人孔部件在脫硅機(jī)內(nèi)組焊。此改造方案的好處為：由于磨損主要發(fā)生在常壓錐形假底部件上,所以如出現(xiàn)磨穿現(xiàn)象,只需更換常壓錐形假底,而不是承壓半球形封頭,從而維修費(fèi)用較以前大大降低。

4 制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收

4.1 制造

先將承壓錐體、接管和法蘭在車(chē)間內(nèi)組焊成部件(1)運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)。在脫硅機(jī)球形封頭底部,按承壓錐體實(shí)際插入孔徑在球形封頭上開(kāi)孔。用機(jī)械冷加工方式按照?qǐng)D 2焊接結(jié)構(gòu)圖要求在球形封頭上加工坡口。而后部件 (1)通過(guò)人孔送入脫硅機(jī)內(nèi)部后,從球形封頭底部開(kāi)孔中穿出,與配對(duì)的管道法蘭用螺栓螺母固定。最后按照?qǐng)D 2要求采用氬弧焊打底,手工填充的方式進(jìn)行焊接。

圖 2 焊接結(jié)構(gòu)圖

將拆分好的人孔短節(jié)零部件通過(guò) c人孔運(yùn)到脫硅機(jī)內(nèi)部組焊好后,再將拆分好的常壓錐形假底零部件、筋板和墊板通過(guò) c人孔也運(yùn)到脫硅機(jī)內(nèi)部,逐步對(duì)接組焊完成如圖 2結(jié)構(gòu)所示。常壓錐形假底由于是非受壓元件,所以其縱、環(huán)焊接接頭可采用帶鈍邊的V形焊縫,未注焊腳高度為相鄰件薄者之厚度;法蘭與接管的焊接按照相關(guān)的法蘭標(biāo)準(zhǔn)。

改造的焊接按照 JB/T4709-2000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》進(jìn)行,焊接材料按照該標(biāo)準(zhǔn)的原則選取。焊接前應(yīng)做焊接工藝評(píng)定,焊接工藝評(píng)定按照J(rèn)B/T4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行。所有焊縫均為連續(xù)焊縫。

4.2 檢驗(yàn)與驗(yàn)收

錐形假底上沿與脫硅機(jī)殼體的焊接接頭應(yīng)按照J(rèn)B/T4730-2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》進(jìn)行 100%射線無(wú)損檢測(cè),射線檢測(cè)的技術(shù)等級(jí)不低于AB級(jí),合格級(jí)別不低于Ⅲ級(jí),且不允許有未焊透。檢驗(yàn)合格后,按照 GB150-1998《鋼制壓力容器》規(guī)定,采用履帶加熱的方式進(jìn)行局部消除應(yīng)力熱處理。

承壓錐體、接管和法蘭組焊成型的部件 (1),應(yīng)對(duì)其焊接接接頭進(jìn)行 100%射線無(wú)損檢測(cè),射線檢測(cè)的技術(shù)等級(jí)不低于AB級(jí),合格級(jí)別不低于Ⅲ級(jí),并且不允許有未焊透。檢測(cè)合格后進(jìn)行退火處理消除內(nèi)應(yīng)力。部件 (1)與底部半球形封頭的連接焊縫,要求采用氬弧焊打底,手工填充的全焊透工藝。焊接完成后進(jìn)行滲透檢測(cè),Ⅰ級(jí)合格。經(jīng)檢驗(yàn)合格后,采用履帶加熱法進(jìn)行退火熱處理。

設(shè)備維修改造完畢后應(yīng)進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)改造后的脫硅機(jī)進(jìn)行跟蹤調(diào)查,此改造方案滿足使用要求,降低維修更換成本,具有良好的安全性和經(jīng)濟(jì)性。此方案已在我廠推廣開(kāi)來(lái)。

[1] 楊海濤.壓力容器的安全與強(qiáng)度計(jì)算[M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社,1982.

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB150-1998《鋼制壓力容器》.國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局,1998.

[3] 《壓力容器實(shí)用技術(shù)叢書(shū)》編寫(xiě)委員會(huì)編.壓力容器制造和修理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

TQ051.8

：B

：1003-3467(2010)14-0037-02

2010-06-21

蔡江南(1982-),女,助理工程師,主要從事化工機(jī)械方面的研究,電話：25503920。