真空过滤设备在铜杆连铸连轧中的研究及应用.pdf

张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用Aug.2023Vol.52.No.4（Sum 301）2023 年 8 月第 52 卷第 4 期（总第 301 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY真空过滤设备在铜杆连铸连轧中的研究及应用*陈祖春（中铜（昆明）铜业有限公司，云南 昆明 650502）摘要：针对铜杆连铸连轧生产线配套使用的乳化液真空过滤系统在运行过程中存在滤布易损坏、消耗大、乳化液渗漏、系统负压降低，以及氧化皮、铜粉回收率低、环境污染等问题，采取了滤布合理选型及安装方式的优化、真空滤芯块及侧边密封等关键部位定期维护，液位及真空系统的合理设置等措施，使氧化皮、铜粉直接回收率由 90%提高到 98%以上，保证了系统运行的高效性及经济性。关键词：连铸连轧；乳化液；铜粉；真空过滤器；回收率中图分类号：TF351.3文献标识码：A文章编号：1006-0308（2023）04-0161-05Research and Application of Vacuum Filtration Device on Copper Rod ContinuousCasting and RollingCHEN Zu-chun(China Copper(Kunming)Copper Industry Co.,Ltd.,Kunming,Yunnan 650502,China)ABSTRACT：Emulsion vacuum filtration system match for copper rod continuous casting and rolling production line has thefollowing problems in the operation process:filter cloth was easy to be damaged,consumption was high,emulsion was leaked,the negativepressure of system was decreased,and the problems of low recovery rate of oxide scale and copper powder,environmental pollution and soon,therefore,the following countermeasures were taken that the reasonable selection of filter cloth,optimization of installation methods,periodic maintenance of vacuum filter core,side sealing and the other critical parts,reasonable settings of liquid level and vacuumsystem,as well as the other countermeasures,the recovery rate of oxide scale and copper powder was decreased from 90%to more than98%,the efficiency and economy of system operation was guaranteed.KEY WORDS：continuous casting and rolling;emulsion;copper powder;vacuum filter;recovery rate*收稿日期：2022-11-07作者简介：陈祖春（1985-），男，云南禄丰人，工程师，主要从事有色金属铸造和压力加工工作。轧制生产过程中，高温轧件在轧辊的不断挤压下变形延展，会连续不断产生氧化皮、铜粉。其中，粗轧过程中由于轧件截面积大、运动速度慢，所产生的氧化皮主要为片状，颗粒较大，而精轧生产过程中由于轧件截面积小、运动速度快，所产生的主要为细粒状氧化皮及细铜粉。轧制所产生的氧化皮、铜粉，特别是细粒的部分，会在乳化液的冲洗下随着乳化液一同流动循环，不仅会大大降低乳化液对轧辊的润滑作用、降低轧辊使用寿命，影响铜杆表面质量，而且会对轧机内部构件造成损坏，所以生产过程中必须及时对乳化液中的氧化皮、铜粉颗粒进行分离去除。针对乳化液的大流量循环使用特点，需要一种与之相适应的高效过滤分离装置，某公司引进的铜杆连铸连轧生产线，配套了一种真空过滤装置，对铜杆轧制过程中的循环乳化液进行过滤净化。1真空过滤系统原理、结构1.1系统原理1.1.1过滤机的驱动运行平床式过滤器两端分别为过滤布入口和出口，各装有滚筒，设在出口端的驱动装置带动滚筒，161Aug.2023Vol.52.No.4（Sum 301）2023 年 8 月第 52 卷第 4 期（总第 301 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY带动嵌套在滚筒齿轮上的链板往复运转。滤布作为平床式过滤器的过滤介质，运行前将过滤布从入口端平铺安装于链板两侧压条下，在链板的带动作用下，滤布逐步从入口往出口运行，同时拖动滤布卷自行释放滤布。1.1.2真空过滤原理乳化液经过轧机循环使用后，将轧制过程中轧件表面剥落的氧化皮、铜粉冲洗下来并一同进入过滤器滤布上方乳化液入口，由于滤布具有一定通透性，乳化液在过滤布上方聚集形成一个平缓的“水池”，在重力作用下乳化液渗透穿过滤布，从清液出口进入到干净的乳化液箱循环使用，固体的氧化皮、铜粉颗粒则留在了过滤布上。为提高过滤效率，通过一台真空发生器（真空风机）对过滤布下方空间（真空室）进行抽吸产生负压，使得过滤布上下产生大气压差，在大气压差作用下，加速了乳化液渗透穿过滤布的速度。1.1.3过滤器液位与真空系统一体控制原理铜杆连铸连轧生产线中的乳化液过滤机，其过滤布行走是间歇式的，通过一套液位控制系统来实现对滤布行走的控制。正常生产过程中，随着过滤布上的固体氧化皮、铜粉颗粒聚集增多，在过滤布上形成一层“滤饼”，随着过滤过程的持续进行，“滤饼”层也变成了过滤介质，当过滤布上的“滤饼”变得越来越厚、越来越致密时，一方面会对颗粒越来越小的固体产生过滤，使过滤后的乳化液更加清洁，另一方面会限制乳化液渗透，引起过滤器内的液位上升。当过滤布上方的乳化液液位逐渐上升的同时会带动乳化液里面的浮球开关向上运动，达到一定条件时浮球液位控制联动装置触发滤布行走开关，此时滤布在过滤链板的带动下向出口运行，载有氧化皮、铜粉“滤饼”的滤布进入回收斗内。与此同时，在过滤布上方的乳化液液位上升过程中，安装在真空风机入口真空管线中的控制调节阀在浮球液位控制联动装置带动下逐步打开，连通滤布下方真空室，通过真空风机抽吸，在过滤布下方的真空室产生负压，从而提高过滤的表面负荷1，增加过滤效果。过滤布行走过程中，随着新滤布的进入、渗透过滤的加速，过滤器内的液位逐步降低，浮球液位控制联动装置触发滤布停止开关，滤布停止运行，同时真空管线中的控制调节阀也逐步关闭，进入下一个过滤布行走循环。如此反复，从而实现乳化液过滤机对乳化液的持续、高效过滤。1.2系统结构该真空过滤装置主要由平床式过滤机主体（滤布架、链板、传动滚筒、进液管道）、过滤布驱动装置（电机、减速机、传动链条）、乳化液回流及真空发生系统（脏液溢流及清液回流管道、真空室、真空管线）、液位控制系统等组成（浮球、限位仪表开关），如图 1 所示。该真空过滤系统不仅结构形式简单、易于操作维护，而且该类型的真空过滤机在其他行业使用中也表现出设备故障率低，连续性、稳定性较好2的特点，能保证乳化液的循环使用，对大流量乳化液介质的适应性强，过滤效果好。此外，该真空过滤系统除了在运行前安装过滤布需要人工操作外，整个过滤过程中的滤布行走、液位控制均采用全自动控制。1.3乳化液的作用在连铸连轧生产铜杆过程中，乳化液是一种很关键的工艺介质，主要用于生产过程中冷却轧件和轧辊，同时对轧辊进行润滑3，以减少轧辊槽的磨损和粘铜、改善轧件的表面质量4。由于连续生产的工艺特点，乳化液在通入轧机对轧辊、轧件进行冷却、清洗、润滑的同时，轧制过程中轧件由于受到连续挤压表面产生的大量氧化皮、铜粉，需要及时有效的进行过滤分离，达到回收铜物料、净化乳化液的目的。真空过滤系统就是起图 1真空过滤系统结构示意图Fig.1Schematic diagram of structure of vacuum filter system162张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用到了对生产过程中乳化液在线过滤的作用。2真空过滤系统存在的问题1）连铸连轧生产线配备的平床式过滤器使用无纺布作为过滤介质，前期运行过程中存在过滤布选型不合理，过滤布偏薄或偏厚。对于乳化液过滤，虽然过滤布密度越高过滤效果越好，但是密度越高单位时间内滤布消耗也越大，且使用过程中随着过滤布进入过滤机被乳化液逐步浸透，乳化液也会随着过滤布的废弃而被浪费消耗5。而过滤布太薄，在使用过程中容易出现撕裂、穿孔等问题，严重影响过滤效果；2）过滤布安装不规范，容易引起滤布拉伸、磨损、跑偏、褶皱等，影响过滤机的过滤性能6，进而导致系统过滤效果变差，大量氧化皮、铜粉进入乳化液，会导致轧辊工况条件迅速恶化，加剧轧辊磨损7，影响铜杆轧制质量；3）过滤器真空风机入口管线上安装的滤芯块由于不断有气流通过，对系统运行中产生的液沫、污物等起到了有效的捕捉、阻隔作用，长时间运行后滤芯块内部及表面会吸附聚集大量污物，导致真空室负压降低，滤布行走较快；4）由于过滤器运行过程中，过滤布在链板的带动下与过滤器两侧密封压条发生相对运动，压条会磨损、失效，导致侧边乳化液出现渗漏，影响过滤效率；5）系统运行过程中过滤布的行走与停止是通过过滤器中乳化液液位带动浮球上升、下降动作进而使联动装置触发限位开关来实现的。前期运行过程中，由于过滤器液位设置不合理，液位控制偏低，频繁触发过滤布行走信号，过滤布行走频率高、消耗快，氧化皮、铜粉沉降不好，过滤布表面不能形成“滤饼”；6）过滤系统产生的滤布，含有大量的氧化皮、铜粉物料，还需要进行后续的转运、人工晾晒、分离，不仅增加了人工操作强度及成本，而且滤布晾晒产生的粉尘、渗液，以及含铜粉过滤布也会对环境产生污染8，不满足环保要求，氧化皮、铜粉物料回收率仅 90%左右；7）真空管线中的控制调节阀开度大小设置不合理，由于过滤系统真空风机是连续恒速运转，抽速大，容易将真空室里面的液沫抽吸到风机内部，导致真空风机出现负荷大频繁跳停，影响过滤的正常进行。3改进措施1）针对真空过滤系统运行的高效性及经济性，合理选择过滤布型号。在生产实践中，本着过滤布既要满足过滤要求，同时又要考虑使用经济性的原则，通过对不同密度规格的过滤布进行试用对比、分析，同时结合粗、精轧乳化液中氧化皮、铜粉颗粒大小，确定了粗轧乳化液过滤器选用密度较低的滤布，而精轧因为氧化皮、铜粉颗粒较细选用密度较高的滤布；2）通过认真总结分析前期生产过程中过滤布容易出现跑偏的原因，摸索过滤布最佳安装方式。安装过滤布时手动运行，并不断调整滤布筒两边距离，待安装的滤布完全行走至出口滤布斗后，对滤布筒两端进行固定以确保两侧边部距离均匀、平整无褶皱；3）定期对真空系统滤芯块进行清洗维护，确保真空风机入口管线上调节阀前后压差在 65mmHg 以上，保证过滤所需负压要求，滤芯块清洗前后外观如图 2 所示；4）定期对过滤器两侧与滤布边缘之间的密封结构进行维护。生产实践中，通过对过滤器出口滤布两侧边缘的洁净情况进行观察，来分析判断过滤布与两侧压条之间贴合密封情况。若滤布两侧边缘颜色变深、变脏，则说明侧边密封不好、图 2真空滤芯块清洗前后外观Fig.2Appearance of vacuum core before and after cleaning陈祖春：真空过滤设备在铜杆连铸连轧中的研究及应用163Aug.2023Vol.52.No.4（Sum 301）2023 年 8 月第 52 卷第 4 期（总第 301 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY发生了乳化液渗漏，经过摸索每半年对过滤布行走链板两侧密封压条进行更换维护；5）合理设置过滤布的行走与停止液位，使过滤器运行过程中始终保持一定液位。生产实践中，通常将过滤器中乳化液液位控制相对高一些，有利于氧化皮、铜粉的沉降。具体设置为，当液位接近溢流口位置时，滤布开始行走，当液位下降至距离溢流口 5 cm 时滤布停止；6）在过滤器出口增加过滤布清洗机，当过滤布运行走出过滤器后，回收装置对滤布上的氧化皮、铜粉进行一次性在线清洗，并自动卷取、回收滤布；7）针对过滤器液位浮球上下动作时，合理调整真空调节阀的开度至合适位置。具体为根据浮球反馈的过滤器液位情况，将真空管线中的控制调节阀开度由小到大对应过滤器液位由低到高的位置进行设置。4应用效果1）经过合理选型过滤布，不仅能满足粗、精轧乳化液的过滤效果，同时将过滤布的消耗控制在合理范围，不同规格滤布过滤效果如图 3 所示；图 3不同规格滤布过滤效果Fig.3Filtration results by using filter cloth with different specifications2）通过优化安装过滤布的方法，保证了过滤布在运行中不会出现窜动及跑偏的情况，避免了大量氧化皮、铜粉直接进入乳化液影响轧制质量；3）通过对真空系统滤芯块的定期清洗维护，保证真空管线的通畅，真空系统能保持正常负压，过滤布行走速度较处理前明显减慢；4）通过对过滤布行走链板两侧密封压条进行定期的更换维护，很好的解决了过滤器两侧因压条磨损导致乳化液渗漏的问题；5）经过合理设置过滤器液位，使过滤器能保持正常的过滤液位，氧化皮、铜粉能得到充分的沉降并形成“滤饼”；6）通过安装使用过滤布清洗机，使用乳化液进行循环冲洗，能够将铜粉、氧化皮进行有效分离回收，回收率能达到 98%以上，且能有效解决人工晾晒滤布带来的扬尘及渗液污染环境的问题；7）通过合理设置真空调节阀的开度，保证过滤器在不同液位条件下能匹配最佳的真空度，后续运行过程中未出现真空室液沫被抽吸到真空风机内部导致跳停的情况。20 g/m240 g/m270 g/m2100 g/m2164张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用5结 语1）通过对真空过滤系统过滤布的合理选型及优化安装方式，解决了滤布易损坏、消耗大等问题，保证了系统运行的高效性及经济性；2）通过对真空过滤系统的真空滤芯块、侧边密封等关键部位进行定期维护，保障了系统运行所需负压的稳定，解决了乳化液渗漏问题；3）通过对真空过滤系统运行液位、真空调节阀等进行合理设置，有效解决了过滤布“滤饼”形成及真空风机频繁跳停问题；4）通过增加过滤布清洗机的安装使用，解决了前期滤布转运、人工晾晒、分离等环节产生的环境污染问题，同时将过滤下来的铜粉、氧化皮直接回收率提高到了 98%以上。参考文献：1 周海军.乳化液系统真空过滤器改进J.冶金设备，2021（2）：71.2 李松.新型带式真空过滤机在某磷尾矿浓度提升中的应用J.现代矿业，2021（3）：184.3 张波，张鑫.SCR 3000 连铸连轧生产线生产用介质浅谈J.有色冶金设计与研究，2009，30（4）：25.4 刘平，赵冬梅，田保红.高性能铜合金线材加工技术M.北京：冶金工业出版社，2002：249.5 李传仓.铜杆生产线的过滤系统改造J.机电设备，2018（5）：41.6 周志诚.浅析水平带式真空过滤机滤布再生性能、工艺方法及其应用J.工艺与技术，2020（20）：78.7 张伟旗.SCR 铜杆摩根轧机轧辊失效机理分析及优化改进J.有色设备，2021（5）：67.8 李传仓.铜杆连铸连轧生产线的铜粉与过滤布回收设备研发J.机械设计，2018，35（1）：284.陈祖春：真空过滤设备在铜杆连铸连轧中的研究及应用165