湿法冶金搅拌槽设计过程中应注意的几个问题.pdf

第 3 2卷第 5期 2 0 1 0年 l 0月 甘肃冶金 G ANS U ME T A L LU RC Y Vo 1 ． 3 2 No ． 5 Oc t ． ． 2 O 1 O 文章编号 1 6 7 2 - 4 4 6 1 2 0 1 0 0 5 - 0 1 2 6 - 0 3 湿法冶金搅拌槽设计过程 中应注意的几个 问题 李 玉 西北矿冶研究院， 甘肃白银 7 3 0 9 0 0 摘 要 本文从湿法冶金搅拌槽设计中实际遇到的问题， 阐述解决的方法和有效措施， 提供经济、 合理和安全的设 计理念， 实现搅拌槽在生产中可靠 、 平稳的运行。 关键词 湿法冶金； 搅拌槽； 应力； 强度校核 中图分类号 T F 3 5 1 ． 5 2 文献标识码 A Ag i t a t e d Ta n k o f Hy d r o me tal l u r g y s h o u l d Pa y At t e n t i o n t o s e v e r a l I s s u e s i n De s i g n i n g Pr o c e s s Ⅱ Yu N o r t h w e s t I n s t i t u t e o f Min in g M e t a l l a r g y ，B a i y i n 7 3 0 9 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r e x p a t i a t e s o n t h e s o l u t i o n a n d e f f e c t i v e me a s u r e t o p r o v i d e e c o n o mi c a n d r e aso n a b l e a n d s a f e t y d e s i g n c o n c e p t f r o m t h e h y d r o m e t a l l u r g y A g i t a t e d t a n k i n a c t u a l d e s i g n p r o b l e m s ．A gi t a t e d t a n k a c h i e v e d r e l i a b l e a n d s t e a d y r u n n i ng i n t he p r o d u c t i o n p r o c e s s ． K W o r d s h y d r o me t all u r g y ； a g i t a t e d t a n k ； s t r e w w； s t r e n g t h c h e c k 1 引言 搅拌设备在工业生产 中应用范围很广 ， 尤其在 冶金、 化工 、 医药等行业中搅拌槽 已成为不可缺少的 设备 ， 大多数的搅拌槽操作均系机械搅拌， 湿法冶炼 搅拌槽大多为立式常压搅拌， 对于立式常压搅拌槽 的合理结构一般包括搅拌器的选择、 搅拌器支架、 搅 拌槽结构及挡板结构形式 如图 1 。 图 1 常见 立式常压搅拌器 在搅拌槽的设计中， 对于搅拌器多为搅拌槽制 造厂家设计， 其他部分由设计单位设计， 对于搅拌槽 的折流板结构形式、 搅拌器的选择及功率计算 已有 较多的成熟经验可以进行数据计算 和选择 ， 但对于 搅拌槽的壳体及搅拌支架在设计中涉及资料较少， 在设计中给设计者带来诸多不便 ， 本文通过实例来 介绍在设计中搅拌槽 的壳体及搅拌器槽钢机架的计 算或选取方法 ， 为湿法冶炼搅拌槽设计提供参考。 2 搅拌槽槽体设计 2 ． 1 槽体钢板厚度选择 搅拌槽槽体设计一般首先应考虑槽体钢板厚度 选择， 湿法冶炼搅拌槽槽体积大多数为百十立方米 ， 在槽壁厚度校核中， 如对于一个直径 3 IT I 、 高 3 ． 2 m、 搅拌介质密度为 1 3 4 0 k g ／ m 的搅拌槽筒壁用材料 力学“ 薄壁圆筒” 的应力计算来校核槽壁厚 ， 我们会 发现槽壁钢板厚度不超过 1 m m， 加上腐蚀余量等参 数， 也基本上不超过 3 m m， 这与事实上搅拌槽的壁 厚相差较大。其实在常压槽类设计中 ， 如果 搅拌槽 壁厚校核计算 包含腐蚀余量等参数 如小于 5 m m， 依照标准 衬里壳设计技术规定 应按 ≥5 m m 第5期 李 玉 湿法冶金搅拌槽设计过程中应注意的几个问题 计算 ， 与上述内容类似， 底板的厚度应按／6 l“n m选 择。可以说部分搅拌槽槽体钢板厚度是 “ 硬性” 规 定的。 2 ． 2 搅拌槽槽体设计应考虑内容 搅拌槽结构设计一般包括筒体 、 底板、 加强筋 ， 加强圈构成 ， 如图 2所示 角钢法 兰 图2搅拌槽槽体 在槽体设计中， 搅拌槽简体 的形状大小、 折流板 的设计在设计工具书中有所涉及外其它部分如加强 圈、 加强筋等 内容均未明确 ， 该方面 内容可 以从 钢 制焊接常压容器 G B ／ T 4 7 3 5 - 9 7中查到， 本文只是从 槽体机械设计角度说明湿法冶炼搅拌槽槽体设计应 考虑的内容。 2 ． 3搅拌器机架设计 在以往的设计中搅拌器机架设计基本上是槽钢 与槽盖焊接， 形成整体机架， 搅拌器如果发生振动， 往往会导致槽体与其一起振动， 如果槽体刚度不够， 会造成搅拌槽 的剧烈振动 ， 使搅拌槽 寿命减少。在 冶金湿法冶炼 中， 搅拌槽 的高度基本都超过了 3 m， 为操作的方便， 在搅拌槽槽盖平齐面上基本上都设 置了楼层平台， 这为搅拌器机架与搅拌槽槽盖分离 提供了良好条件， 见图3 。搅拌器机架的分离形式 从客观上解决了搅拌槽振动的振动源 问题 ， 延长 了 搅拌槽 的使用寿命。 图3 改进后的常压浸出搅拌槽 3 搅拌槽槽体设计计算 下面通过一个实例为湿法冶炼搅拌槽设备设计 提供参考 。 3 ． 1 设计条件及相关技术参数 某锌冶炼厂扩建项 目 需设计数台常压浸出搅拌 槽 ， 其设计参数见表 1 。 表 1 设计参数 拌槽材料 Q 2 3 5 A 工作压力 MP a 常压搅 3 ． 1槽体设计计算 搅拌槽设计如图 3所示 槽体壁厚的选择 ， 依据标准搅拌槽筒体钢板 厚 度为 5 m m， 底板厚度为 6 m m。事实上 ， 在湿法冶炼 当中， 槽体液体介质对钢板的腐蚀性较高， 在以往的 设计中， 槽体钢板厚度按照 以上参数选取设计 的搅 拌槽， 在一些湿法冶炼厂发生过防腐层处理不当或 磨损泄漏 ， 槽体钢板本身较薄再加上腐蚀严重 ， 无法 进行焊接修补 ， 搅拌槽在不到 3年的时间就报废 了， 另外这样设计的槽体整体稳定性也较差 。有了这些 经验， 在设计上为增加筒体整体的稳定性， 并弥补钢 板腐蚀后的修补处理， 对该搅拌槽槽体所有钢板的 厚度选取为 1 0 mm。 3 ． 2 搅拌器机架设计 搅拌器槽钢机架设计形 式见图 4 ， 选用 2 0 a槽 钢 。 l l l 1 I ．．．．．．．．．．- _ J l 。。。。。。‘ 。。。。。。’。’’一 f i I f I ．．．．．．．．．．．_ ． J l f I 42 0 0 图4 搅拌器槽钢机架俯视图 3 ． 3 强度校核 对于搅拌器槽钢机架可按简支梁进行简化， 为 方便计算， 对于槽钢机架短槽钢加强作用忽略考虑。 分析槽钢机架受力情况 见图 5 。 图 5中 N为钢机架基础支承力 ； q为槽钢机架 本身重量产生的均布力； q 为搅拌器重量在槽钢机 架上产生的均布力 ； P为浆叶推力沿搅拌轴方 向在 槽钢机架产生的下压力， 它通过中间传动轴支架作 用于槽钢支架 ， 属均布力。 1 2 8 甘肃冶金 第 3 2卷 图5搅拌器支架受力图 搅拌叶为4折叶开启涡轮式， P的计算按下式 计算∞ 】 D P 2 5 51 0 f0 xt a n O u i 式 中 P o一搅拌器轴功率 ， 该搅拌槽轴功率为 1 0 ． 1 k W； D i 一搅拌器直径 ， 该值为 1 2 0 0 m m；n一 搅 拌轴速， 8 3 r ／ m i n ； 0一 搅拌叶与水平方向夹角， 取 4 5o o 图6 为槽钢 自 重在槽钢机架上引起的弯矩图， 图7 为搅拌器重量作用和搅拌叶轴向推力作用在槽 钢机架上的弯矩图。 8 图6 槽钢自重在槽钢机架上产生的弯矩图 M | ’M 图7 搅拌叶推力和搅拌器重量在机架上的弯矩图 榴 钢支 架选 用 4根槽 钢 作 为 主梁 ， 取 一 根进 行 强度校核。 q 。 6 4 2． 9 N l P 2 5 5 t0 ta n 4 5 。 6 4 6 ． 5 N q 2 6 4 6 ． 5 1 5 3． 9 N m’ 。 搅拌叶轴向推力和搅拌器重量在槽钢上为等长 均布力可合并为 q 0 qlq 27 96 ． 8 N m。 M M L ．q 0 a一詈 a _ 2 一 7 2 4． 3 N／．m ～ ． ’m 2 0 a槽 钢 相 关 参 数 ． 槽钢每米重量为 q 2 2． 6 k g n l 一 2 2 6 Nm。 W 1 7 8 c m I 1 7 8 0 c m 4 9 8 ． 3 N m 8 8 一 由槽钢机架弯矩图看出梁的危险截面在中间截 面上 ， 只需在该处进行应力校核， 就可确定整个机架 弯曲应力校核。 M 一 M l M 2 譬 M 5 8 4． 41 5 3 ． 94 9 8 ． 31 2 3 6 ． 6 N m 叮 6． 9 MP 一 W一1 7 8 1 0 一 ’ ” “ 搅拌槽为振动载荷 ， 对其用疲劳强度进行校核 ， 安全系数取 1 ． 4 。 3 ． 4 挠度校核 M， 和M 共同引起的挠度 c } 8 4 8 0 8 砸 q o a L 3 c 7． 80． 3 mm 单个槽钢本身重量引起的挠度 5q L4 5 2 2 64． 2 ， 、。 0 23 8 4EI 。 一 3 8 49 61 0 1 7 8 01 0 一 ’ 槽钢机架单个槽钢的总挠度为 88 1 8 20 ． 6 mm 对于搅拌槽槽钢机架的挠度许用值一般是设计 者依据实际情况“ 硬性” 规定的， 还没有相关标准。 从 以上的校核来看 ， 槽钢机架安全值较高 ， 该搅 拌槽是某锌冶炼厂的一台浸出搅拌设备 ， 设计上存 在材料浪费的情况， 可见冶金湿法搅拌槽的设计应 注意这方面的内容。 4 结语 1 从上述内容中， 我们知道冶金湿法搅拌槽槽 体钢板厚度是有标准可查 的， 有“ 硬性 ” 规定 ， 在许 多搅拌设备设计资料中没有提及， 如果不注意这些 标准， 槽体钢板厚度的选择会有些无从下手。 2 搅拌槽的振动问题， 在冶金湿法冶炼中是常 见的问题， 笔者从国内文献上看 到大多是在搅拌轴 的动平衡方面和搅拌轴长度方面进行改善 ， 其实从 下转第 1 6 9页 第 5期 杨文霞 宏晟电厂1 2 5 M W机组D E H控制系统优化改造 l 6 9 L A L _ H 电熵蝌N C N C 2 [ H 窀 1 4广] 1 3 l 4 1 一 。 h I 广 6 z Z J 之 Z J z J 2 4 1 3 1 4 2 - 3 U B 、 桕 轴 萄l D E H 主、 副电 图4 D E H系统电源控制原理 通过对 D E H控制 系统 电源切换线路的技术 改 造 ， 保证发 电机组 的正常运行 ， 保证汽机、 锅炉的正 常生产， 彻底消除因 D E H控制系统电源故障给机组 带来的巨大损失。 3 结语 D E H控制系统是电厂非常重要的监控设备 ， 其 电源、 控制 、 信号 的可靠工作和传输直接涉及到机组 的安全运行 ， 运行单位在 日常的运行 和维护工作 中 要依据规范和标准及时发现和研究解决施工遗留问 题和安全隐患， 保证机组的长期安全稳定运行 。 收稿 日期 2 0 1 0 4 6 - 0 1 作者简介 杨文霞 1 9 6 6 一 ， 女， 1 9 8 6 年毕业于本溪冶专， 工程师。现 从事电厂热控技术工作 。 上接 第 1 2 8页 振动源上来考虑， 在设计中考虑搅拌器机架与槽体 分离， 这样效果会更好一些， 况且较薄的槽盖本身稳 定性就差， 加上重达 1 t 多的搅拌器， 会更加“ 不稳 定” ， 这样槽盖和搅拌器的连体结构 ， 从技术上来说 解决搅拌槽的振动是较为困难 的。笔者在某锌冶炼 厂扩建项 目 进行了这方面的改善设计， 实际效果很 好 。 3 本文对搅拌器机架进行了强度校核， 特别是 分析了搅拌叶的轴向推力问题， 该方面内容在设计 当中， 大多数人会忽略， 另外还考虑 了搅拌器的振动 问题 ， 对搅拌器机架进行 了疲劳强度校核， 打破了以 往强度校核是在静力情况下进行 的常规校 核， 这也 是在搅拌器机架强度校核中应该注意的问题。 以上三方面内容在冶金湿法冶炼搅拌设备设计 手册中基本上难于查到， 多数设计者遇到上述设计 问题时一般靠经验估算， 这使搅拌槽的安全因素具 有不确定性 。通过本文的分析 和计算 ， 使得 搅拌槽 设计在满足冶金湿法冶炼设备 工艺要求 的同时， 又 提供了搅拌槽更为平稳 ， 安全可靠的运转措施 ， 实现 了经济、 合理和安全的设计理念 。 参考文献 [ 1 ] 刘鸿文．材料力学 下册 [ M] ．北京 高等教育出版 社， 1 9 9 3 8 3 1 4 1 [ 2 ] 周济，卜 庆华． 最新化工设备设计制造与标准零部 件选配及国内外设计标准 第一卷[ M] ． 北京 北京工业大 学 出版社 ， 2 0 o 5 4 7 0 - 5 1 9 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 8 -0 9 作者简介 李玉 1 9 7 3 ． ， 男， 冶金机械工程师。从事工作 冶金机 械设计 。 一