有色礦山和冶煉行業中機械工程技術的幾個發展趨勢

熊 勇

(中國有色金屬建設股份有限公司,北京 100029)

有色礦山和冶煉行業中機械工程技術的幾個發展趨勢

熊 勇

(中國有色金屬建設股份有限公司,北京 100029)

從礦山機械日趨大型化發展、不斷更新,冶煉技術及設備注重節能環保、多樣共存和有色機械設備集多功能為一身、力求完善三個方面,比較詳細地論述了有色礦山和冶煉行業中機械工程技術的幾個發展趨勢。

有色;機械工程技術;發展趨勢

有色金屬行業作為向整個工業系統提供緊缺原材料的基礎工業,隨著近二、三十年來全球經濟的持續發展,無論是在規模上還是在技術進步上都取得了突飛猛進的發展。在支撐有色金屬行業持續發展的各類技術中,機械工程技術作為有色金屬行業采礦、選礦和冶煉三大主要行業分支的基礎和主體,也在不斷地發展和完善,逐漸形成了自己特有的發展趨勢。

1 礦山機械日趨大型化發展、不斷更新

由于現存的礦山金屬品位相對日益降低,只有盡量采用大規模開采才能保證礦山運行的經濟性。這一特性的存在,促使采礦和選礦機械不斷向大型化發展,同時其大型化的發展也帶動了設計、材料和機電一體化等綜合技術的發展,使這一過程在不斷吸收和融合新技術的基礎上得以持續。

目前國際上,露天開采的關鍵機械礦用挖掘機在采用了齒輪齒條剛性推壓技術和直流電動機驅動技術的基礎上,斗容不斷增大,目前已出現50～60 m3的規格;礦用自卸運輸車在采用交-直流驅動技術和完善液壓缸密封技術的基礎上,載重量不斷提升,最大已達到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機和直徑10 m、深度1 500 m以上的混合式豎井提升機等大型地下采礦設備也不斷出現。

選礦破碎中使用最廣泛的顎式破碎機應用了破碎腔雙向嚙角設計和高錳鋼等耐磨材料,在進出料750×1 060/125規格下,產能達到250～300 t/h;隨著無齒輪磨機驅動G MD技術的發展,球磨機的最大規格達到了Φ8×12 m/17 500 kW、半自磨機的最大規格為Φ12×7 m/21 000 kW,半自磨機+球磨機的配套使用也成為目前磨礦技術發展的趨勢,其最大處理能力接近60 000 t/h;浮選機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的基礎上,其最大體積分別發展到127 m3和220 m3。

我國有色采礦和選礦機械在吸收、消化國外先進技術的基礎上,為提高機械的效率和產能,大型化的發展也方興未艾:最大礦用挖掘機(WK55型)斗容量為56 m3,年產量可達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;最大的電動輪礦用自卸運輸車(SF35100型)一次可裝卸礦石300 t,且運行成本只相當于國外的三分之一;最大的半自磨機和球磨機的規格分別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和球磨機的規格分別Φ11× 5.4 m和Φ7.9×13.6 m,單系列設計日處理量為3.5萬t);最大的浮選機體積已達200 m3(KYF-200 m3型)。這些大型機械產品,不僅規格上名列國際前茅,在核心技術上也有突破,許多都具有自主知識產權,標志著我國機械工程技術在有色金屬工業中的長足發展。

2 冶煉技術及設備注重節能環保、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、排放污染較嚴重,使得目前其冶金機械工程技術的發展方式有所不同于礦山機械工程: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能減排和對環境的保護。

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

對于我國有色冶煉來說,冶煉機械大型化的要求主要來自于淘汰小而散的落后產能;而節能減排和環境保護的要求則是針對我國冶煉產能遠遠大于礦山資源能力、能耗普遍高于國際平均水平而制定的強制性戰略規劃。

以電解鋁節能技術及機械裝備發展最快,通過研發320 kA的特大型鋁電解槽、大型鋁電解系列不停電停(開)槽技術及裝備和全石墨化結構陰極材料的推廣等,提高了電解鋁生產過程的電流效率、降低了單位能耗,全行業達到平均低于14 000 kWh/t的水平。鉛冶煉自主研發出氧氣底吹熔煉-鼓風爐還原煉鉛的新工藝和機械裝備,將氧化和還原分別在不同的熔煉池中反應,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%。在銅冶煉領域,一方面引進、消化、吸收國外先進的閃速爐和氧氣強化艾薩爐煉銅工藝及機械裝備,使國內的閃速爐不僅單機容量達到30萬t/a的世界前茅規格、而且單位能耗也達到了0.45 t標準煤/t的國際水平;另一方面采用自主獨創的氧氣底吹熔煉(SKS法)技術及機械裝備,實現了自熱熔煉,無需添加輔助燃料,明顯降低了能耗(粗銅能耗達到0.64 t標準煤/t)并提高了設備的使用壽命(噴槍壽命達5 000 h以上)。

3 有色機械設備集多功能為一身、力求完善

由于擁有比較完整的科研、設計、制造、建設和生產運行體系,我國有色機械工程技術引進、吸收和自我完善的能力不弱,主要大型單體采、選、冶機械在規模和主要性能上也接近于國外同類產品;但在機械設備的復合功能、可靠性和技術經濟綜合指標上還有不少差距。應在提高單體設備的主體性能的同時,借助于機電一體化和計算機技術的應用,盡快提高機械設備的復合功能,更好地體現機械設備的效能。

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

機械設備的在線檢測和適應功能。包括激光物料探測、紅外溫度遙測和光譜介質分析在內的新傳感技術和包括步進電機、可控硅和可編程控制器在內的控制元件的結合應用,有色生產中主要機械設備(特別是選礦設備)中普遍采用了具有在線檢測和自適應調整技術。如圓錐破碎機的進排料口開度的檢測及自適應系統、球磨機的負荷檢測及調整系統和浮選機的浮選泡沫分析及控制系統等等,都是設備在不停機的狀態下,隨時根據輸入物料或設備負荷或介質的成分的變化來自動調整設備的運轉、物料的加入和介質的配置,以達到最佳狀態。

機械設備的組塊式備件在線更換功能。設備的防護、檢修和備件的更換是生產持續穩定進行的保證,隨著備件設計新理念和檢修設備的發展,不僅中、小型設備,大型有色機械設備也逐漸采用了組塊式備件和在線更換技術。如大型旋回破碎機的整體內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械備件將破損或到維護期的易損易耗件更換下來,以縮短(甚至幾乎不停機)停機檢修時間,不僅保證了生產效率,也使設備的維護和檢修水平得到了提升。

4 結 論

上述三個方面,比較典型地歸納出機械工程技術在有色金屬行業發展的趨勢。作為各類工業的技術基礎,機械工程技術只有和新興的機電一體化技術、計算機應用技術、新材料和新傳感技術結合融通,才能繼續推動有色金屬行業沿著高效能、低能耗和清潔環保的方向發展。

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,主要從事有色行業工程項目管理工作。