王静 昆明嘉和科技开发有限公司   

 

摘要：本文介绍了昆明嘉和科技开发有限公司冶炼装置用合金泵的结构、材料的技术创新，通过实践与应用，延长泵的使用寿命，为锌冶炼装置提供高品质的系列合金金属用泵。

关键词：冶炼装置  合金金属泵  技术创新  合金材料  实践与应用 

1、概述

有色金属是重要的基础原材料，广泛应用于国民经济和国家安全的各个领域。随着国民经济的发展，我国有色金属工业得到了迅速发展，我国成为世界第一大锌生产国，特别是锌产业链在全球中处于重要地位，而泵是有色金属生产中的核心设备之一，目前,国产装置中一般采用塑料泵或金属泵, 密封大多采用动力密封，由于输送介质中含有固体颗粒，因此，过流部件使用寿命较短，一般在2-6个月。随着有色金属生产中新技术、新工艺的应用，如：株冶集团富氧常压直接浸出、中金岭南丹霞冶炼厂富氧加压浸出等工艺技术的应用，系统的温度、酸度进一步提高（株冶集团富氧常压直接浸出工艺的硫浮选循环泵工位，介质温度达100℃），对装置设备的要求越来越高，传统的塑料泵、陶瓷泵已无法满足工况的使用要求，因此，解决湿法冶炼中浆液输送泵使用寿命短、运行费用高的难题，研发耐腐蚀、耐磨蚀、耐高温的环保设备，也成为设备厂家的主要任务之一。

2、锌冶炼装置的典型工况及使用要求

1）介质特性对泵材质的要求

湿法炼锌包括传统的湿法炼锌和全湿法炼锌两类，传统的湿法炼锌实际上是火法与湿法的联合流程，包括：锌精矿焙烧→浸出→净化→电积等主要过程。全湿法炼锌是在硫化锌精矿直接加压/常压浸出的技术基础上形成的，省去了传统湿法炼锌工艺中的焙烧和制酸工序，是符合国家清洁生产要求的炼锌方法。由于浸出工艺的不同，介质的特性也略有不同，以富氧常压浸出工艺为例，典型工位如下：

工位	介质	酸度 g/l	含固量 ％	CL mg/l	比重 Kg/m3	粒径 mm	温度 ℃
磨矿	球磨锌精矿浆	/	70	/	1800	≤45	/
料浆输送泵	硫酸锌矿浆	35	35～40	500	1400～1600	≤50	85
低酸浸出底流	硫酸锌矿浆	30	25～30	500	1500～1600	≤50	85
高浸底流、矿浆、压滤	硫酸锌矿浆	65	25～30	500	1400	≤50	80
废电解液	硫酸锌溶液	150～200	10	/	1300～1350	≤100	30～40

 

从介质情况分析，为满足锌冶炼装置生产的要求，介质含固量在70%以上无腐蚀性的一般采用高铬耐磨铸铁，介质含固量在30%以上且腐蚀较强的一般采用铁素体不锈钢材料；介质含固量在5%～30%之间的腐蚀较强的采用铁素体不锈钢或双相钢材料；介质含固量在5%以下的多采用双相钢或奥氏体不锈钢材料；介质不含固相的通常采用奥氏体不锈钢的材料。

2）介质特性对泵的技术要求

目前，在冶炼装置中使用的泵型大多为为高转速（2950rpm）、“一元论”设计，在设计时仅考虑了介质中液相的流动，未考虑固相介质的流动而造成的磨蚀，同时由于泵转速的提高，会加速过流部件的磨蚀和腐蚀，因此，普遍存在过流部件的使用寿命短的问题，一般在3～6个月之间，因此，在设计时应采用“两相流”的理论，对液固两相的流动，进行充分的考虑，延长过流部件的使用寿命。

3）介质特性对密封的要求：

在国内冶炼装置泵用密封结构大多为机械密封、副叶轮填料密封、副叶轮K型密封等，在停机时副叶轮失去作用，介质向后泵腔流动，由于介质中含有固体颗粒，填料和K型密封与轴套产生磨损，很快失效，既腐蚀了产品零件又造成了生产现场的环境污染。由于料浆含有大量固体颗粒、介质有强腐蚀性，目前，采用填料或K型密封的寿命一般为10～30天，因此开发长寿命、高可靠性的密封势在必行。

3、冶炼装置用泵的特点及设计方法

1）全扬程泵设计

全扬程泵是指泵的功率曲线有最大值，所选原动机功率超过该值，则泵在全扬程范围内运行时，不会出现过载问题，在冶炼装置系统中，虽然用户安装了阀门等截流装置，但由于介质对截流装置的冲刷腐蚀较大而易损坏，用户一般在开车和停机时才使用，泵正常工作时阀门开度百分之百。据离心泵特性曲线Q-H、Q-P显示：①、随着流量（Q）增大而扬程（H）不断减小；②、随着流量（Q）增大而轴功率（P）不断增大。特别是压滤机工位，压滤泵的运行特点是一种高低变压运行，即一会儿是低压运行，一会儿是高压运行，在这种运行模式下，泵的轴密封极易损坏，若泵不是全扬程泵设计，那么电机容易负载运行而烧毁，

3）不同工位叶轮采用端面或径向密封

由于叶轮是旋转零件，泵体是固定件，在运行过程中泵体与叶轮之间存在一定的间隙，由于存在压力差，液体通过间隙从高压侧向低压侧泄漏，产生容积损失，泵的综合效率就会降低，因此，泵体与叶轮之间应采用相应的密封方式阻止介质从高压侧向低压侧泄漏，密封方式有两种：端面密封或径向密封，端面密封（见图1）是在叶轮前盖板上形成背叶片，从而阻止介质的回流（背叶片与泵体的间隙一般为1.5～2mm），减少泄漏量，达到密封的效果；径向密封（见图2）是在泵体与叶轮采用可更换的密封环，密封环与叶轮间形成合理的间隙值，减少介质的泄漏，达到密封效果。因此，根据输送介质的不同，采用不同的叶轮密封方式，输送含有固体颗粒的介质时，应采用端面密封，如采用径向密封会带来密封环磨损较快，更换频繁的问题，输送介质没有含固量时，可采用径向密封，可有效的提高效率，降低成本。

 

 

2）根据输送介质的不同采用不同结构的泵型

根据输送矿浆介质的含固量、粒度、粘度、酸碱度等特性的不同，采用不同结构的泵型。避免装置与设备的不匹配而造成投入费用和运行成本高的问题，也就是说合适的工位，选用合适的材料、合适的泵型，延长设备的使用寿命，降低维护成本。

当输送介质的含固量＞50%，粒度＞50目时，选用JZJ系列重型卧式渣浆泵（图3），该系列泵双层壳体结构，轴承采用稀油润滑且带冷却装置，可采用多级串联，实现长距离输送，适用于各类含固量较高的矿浆、渣浆的输送，如：选矿尾矿、矿浆等工位；当输送介质的含固量≤50%，粒度≤50μm，温度≤120℃时，选用JFZ系列卧式耐腐蚀磨蚀泵（图4），该系列泵属单级、单吸卧式离心泵，托架支撑，特别适用于输送含固体颗粒磨蚀性介质，如各类精矿浆的输送，如：底流、压滤、废电解液等工位；当输送介质的含固量≤5%时，选用JHC标准化工泵（图5），该系列是采用国外优秀水力结合轻型渣浆泵原理而改进开发的系列泵型。适合输送清洁或含少量固体颗粒的液体，如冶炼装置中溢流、新液、电解液等工位。

4、冶炼装置用泵材料研发情况

由于冶炼装置用泵的介质特性呈现多元化，单一的材质无法满足工况的使用要求，因此，在进行广泛市场调研的基础上，针对不同的工况研发了JSB系列合金新材料：

材料代号	材料特性	适用工况
JSB-17	铁素体型高硬度不锈钢，采用了微合金化和特殊的热处理工艺后，既有很好的耐磨性，又有良好的耐腐蚀性和较强的抗点蚀、抗晶间腐蚀能力。	适用于含固量小于30%的料浆、矿浆等工位。
JSB-19	低碳双相不锈钢，合理的铬、镍当量控制铁素体、奥氏体双相比例，通过加入氮化元素，使基体得以氮化，合理的热处理工艺下，使合金硬化，既有良好的耐腐蚀性，又有很好的耐磨性，在含有氯离子的介质中具有抗应力腐蚀性能。抗氯离子腐蚀及抗晶间腐蚀性能均优于普通奥氏体不锈钢。	高耐腐蚀、耐磨蚀介质，如底流、压滤、废电解液等工位。
JSB-20	硬度HRC58以上高硬度抗磨铬系马氏体钢，有很好的耐磨性和一定的耐腐性，PH7～14。。	适用于各类磨蚀性矿浆的输送。
JSB-21	系高铬耐磨铸铁，采用了微合金化和特殊热处理等热处理工艺后，在基体中形成细小而弥散分布的高硬度质点来提高耐磨性和腐蚀能力，硬度在HRC60以上，该材料铬含量高，且含有铜元素，有很好的耐磨性和抗腐蚀性，PH4～14。	适用于各类腐蚀、磨蚀性矿浆的输送。
JSB-22	高碳、高铬白口铸铁，采用多元微合金化和特殊热处理等热处理工艺后，细化晶粒，具有较强的耐磨蚀性和耐腐蚀性能，PH2～4.5。	适用于高浓度、强腐蚀、强磨蚀性的料浆、矿浆输送。

5、产品应用对比情况

湿法炼装置用泵自2006年投放市场以来，先后在国内各大装置中应用：

1）株冶集团股份有限公司，10kt/a富氧常压直接浸出锌冶炼装置中的浸出、净化工段，近20个工位。

   2）中金岭南丹霞冶炼厂，富氧加压浸出10kt/a电锌扩建项目，23个工位应用。

   3）JFZ65-350、JFZ100-350W应用于西部矿业股份有限公司，酸性浸出压滤、净化浸出压滤工位。

   4）JLFZ65-350、JFZ65-350WFP应用于内蒙古赤峰中色库博红烨锌业有限公司，废电解液、压滤机给料工位。

5）JFZ65-350应用于云南铜业优美科锌业合金有限公司锌冶炼装置压滤调浆工位。

6）JAN40－315应用于白银有色集团有限公司西北铅锌冶炼厂废液输送工位。

通过实地工况的应用，在湿法冶炼装置中与同性能参数的塑料泵、陶瓷泵相比有较明显的优势，采用高分子材料，当输送介质温度较高（温度＞82℃），磨蚀性较严重的工位，如浸出、净化等工段，材料会产生不可逆转的塑性变形，耐磨蚀性能明显下降；采用陶瓷材料，抗拉、抗弯、抗冲击强度较小，较脆，易碎，受冲击易开裂，因此，在湿法冶炼装置中，特别是浸出、净化工段采用合金金属材料，抗高温、抗冲击、耐腐蚀、磨蚀性能好，过流部件使用寿命均在1年以上，有效的减少了用户运行成本，降低劳动强度，具有较高的综合性价比.

6、结束

冶炼装置系列用泵是昆明嘉和科技开发有限公司近年来根据国内湿法冶炼装置迅速发展需求，在消化吸收国内外冶炼装置用泵结构特点及设计思想的基础上而自行开发设计的新产品。通过新技术、新结构的研发，合理的选型，延长了泵的使用寿命、降低了用户运行成本，为湿法冶炼生产厂家提供高品质的装置设备，获得用户的一致好评。