轉(zhuǎn)爐設(shè)備改造淺析

陳博，柏莉，2

（1.蘭州理工大學(xué)，甘肅蘭州730000；2.白銀礦冶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅白銀730900）

轉(zhuǎn)爐設(shè)備改造淺析

陳博1，柏莉1，2

（1.蘭州理工大學(xué)，甘肅蘭州730000；2.白銀礦冶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅白銀730900）

摘要：由于白銀有色集團(tuán)銅業(yè)公司現(xiàn)有生產(chǎn)能力只能達(dá)到50 kt/a，而生產(chǎn)熔煉系統(tǒng)如貯礦、配料及物料運(yùn)輸?shù)炔糠衷O(shè)備能力尚有富余，轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)與新建回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐系統(tǒng)之間能力不匹配造成的超負(fù)荷生產(chǎn)所帶來(lái)的安全隱患。同時(shí)轉(zhuǎn)爐因未設(shè)置密閉煙罩，造成嚴(yán)重的二氧化硫煙氣低空污染，致使操作環(huán)境十分惡劣。所以對(duì)轉(zhuǎn)爐及與之相配套輔助設(shè)施的改造——即轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造。本論述介紹了在轉(zhuǎn)爐的設(shè)計(jì)中，參照國(guó)內(nèi)外轉(zhuǎn)爐設(shè)備的選用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本單位實(shí)際，采用了符合轉(zhuǎn)爐發(fā)展趨勢(shì)的Φ4.0×11 m的150 t的大型P-S轉(zhuǎn)爐。并對(duì)轉(zhuǎn)爐的相關(guān)參數(shù)及系統(tǒng)配置、驅(qū)動(dòng)裝置及事故防傾轉(zhuǎn)裝置，收塵系統(tǒng)的工藝流程的以及及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造及其自動(dòng)化；轉(zhuǎn)爐；設(shè)備；改造

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.03.007

1　銅業(yè)公司轉(zhuǎn)爐的現(xiàn)有狀況

銅業(yè)公司是白銀有色集團(tuán)的主體骨干企業(yè)，1960年建成投產(chǎn)。由于受歷史、體制、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益等多方面因素影響，銅業(yè)公司未能及時(shí)對(duì)系統(tǒng)落后的技術(shù)裝備、工藝、污染嚴(yán)重的環(huán)境進(jìn)行全面改造。

目前，白銀有色集團(tuán)銅業(yè)公司生產(chǎn)能力只能達(dá)到50 kt/a，而生產(chǎn)熔煉系統(tǒng)如貯礦、配料及物料運(yùn)輸?shù)炔糠衷O(shè)備能力尚有富余，轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)與新建回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐系統(tǒng)之間能力不匹配造成的超負(fù)荷生產(chǎn)帶來(lái)了很大的安全隱患；同時(shí)，原3#轉(zhuǎn)爐因未設(shè)置密閉煙罩，大量煙氣從爐口外泄，二氧化硫外泄量達(dá)3 kt/a，嚴(yán)重的二氧化硫煙氣低空污染，致使操作環(huán)境十分惡劣。因此，在以污染治理為目的的擴(kuò)建技術(shù)改造項(xiàng)目中，對(duì)轉(zhuǎn)爐及配套輔助設(shè)施的改造——即轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造就成為了重點(diǎn)工作。

2　轉(zhuǎn)爐的改造

2.1轉(zhuǎn)爐選型及系統(tǒng)配置

不同的銅冶煉廠家，由于產(chǎn)量、規(guī)模以及銅礦品位不同，所采用的轉(zhuǎn)爐爐型、尺寸有所不同，但其吹煉原理是一樣的，都是通過(guò)將空氣或富氧空氣鼓入轉(zhuǎn)爐，攪拌爐內(nèi)的熔體，并與之進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)。目前，在全球銅冶煉企業(yè)中使用的轉(zhuǎn)爐主要有臥式轉(zhuǎn)爐、斜吹氧轉(zhuǎn)爐和虹吸式轉(zhuǎn)爐三種。

大多數(shù)銅冶煉企業(yè)采用臥式堿性轉(zhuǎn)爐，也稱(chēng)Pierce-Smith轉(zhuǎn)爐，簡(jiǎn)稱(chēng)P-S轉(zhuǎn)爐，它是銅硫吹煉的主要設(shè)備，具有操作簡(jiǎn)單、效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前，約有80%以上的銅硫是由P-S轉(zhuǎn)爐吹煉的。

目前，轉(zhuǎn)爐設(shè)備的主要發(fā)展方向?yàn)橐?guī)模大型化，大型轉(zhuǎn)爐具有熱容量大、在作業(yè)周期內(nèi)爐襯壽命長(zhǎng)、爐溫變化小、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。因此，當(dāng)前對(duì)轉(zhuǎn)爐的設(shè)計(jì)，特別是P-S轉(zhuǎn)爐的設(shè)計(jì)有向大型化發(fā)展的趨勢(shì)，而且轉(zhuǎn)爐的大型化、機(jī)械化，連續(xù)化，可以保證低的投資和經(jīng)營(yíng)費(fèi)用，從而降低成本，提高企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

銅業(yè)公司根據(jù)轉(zhuǎn)爐的發(fā)展趨勢(shì)和自身生產(chǎn)要求，結(jié)合以往技術(shù)改造的經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，采用用Φ4.0×11 m的150 t轉(zhuǎn)爐代替原有Φ2.6×5 m的60 t轉(zhuǎn)爐。在爐身設(shè)計(jì)有風(fēng)眼56個(gè)，以便滿足對(duì)送風(fēng)強(qiáng)度以及配套捅風(fēng)眼機(jī)操作的要求。爐體由數(shù)塊鋼板卷制而成，然后拼接對(duì)焊而成。爐體的強(qiáng)度不需用縱橫加強(qiáng)肋板，而采用適當(dāng)增加爐體厚度的方式。不需開(kāi)設(shè)檢修用孔門(mén)，待焊接完成后采用整體退火消除內(nèi)應(yīng)力。滾圈和爐體的固定方式采用平鍵連接。這種連接結(jié)構(gòu)裝配比較方便，而且如果選擇得當(dāng)，既可發(fā)揮其對(duì)爐體的固定作用，又可以控制熱應(yīng)力。轉(zhuǎn)爐的風(fēng)眼固定在爐體外殼上，它由球閥和風(fēng)眼座等零件組成。當(dāng)捅風(fēng)眼時(shí)，可能會(huì)有高壓空氣由風(fēng)眼漏出并產(chǎn)生巨大的噪音。所以，在轉(zhuǎn)爐的風(fēng)眼上設(shè)計(jì)有消音器，從而降低了車(chē)間噪聲，改善了工人的勞動(dòng)條件。

2.2轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)裝置

轉(zhuǎn)爐主傳動(dòng)系統(tǒng)主要由開(kāi)式齒輪、交流電動(dòng)機(jī)、圓柱齒輪和平面二次包絡(luò)面蝸輪組合式減速器等組成。該傳動(dòng)系統(tǒng)選用組合式減速器，其傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊，且具有自鎖的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)制動(dòng)器出現(xiàn)異常時(shí)，利用其自鎖性能起到安全保護(hù)的作用。

2.3轉(zhuǎn)爐事故傾轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置

轉(zhuǎn)爐在送風(fēng)過(guò)程中一旦發(fā)生停電，轉(zhuǎn)爐的送風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，冰銅倒流入轉(zhuǎn)爐的送風(fēng)口中，從而造成送風(fēng)口堵塞，設(shè)備不能正常使用。因此，轉(zhuǎn)爐除了設(shè)有普通的傾轉(zhuǎn)裝置外，為了防止此類(lèi)事件的發(fā)生，需要設(shè)計(jì)配套的事故傾轉(zhuǎn)裝置，一但在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生停電事故，這個(gè)裝置就可以自動(dòng)運(yùn)行，轉(zhuǎn)爐在該裝置的驅(qū)動(dòng)下，傾轉(zhuǎn)到送風(fēng)口脫離熔體液面的位置之上，從而避免冰銅倒灌，堵塞進(jìn)風(fēng)口。

轉(zhuǎn)爐防事故傾轉(zhuǎn)采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)爐正常傾轉(zhuǎn)時(shí)采用主驅(qū)動(dòng)用交流電動(dòng)機(jī)。當(dāng)突然發(fā)生交流電停電后，蓄電池可以馬上向事故傾轉(zhuǎn)用直流電動(dòng)機(jī)提供電源，直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)爐爐體傾轉(zhuǎn)到安全位置。

2.4工藝流程

轉(zhuǎn)爐工序配置了三臺(tái)Φ4.0×11的轉(zhuǎn)爐，其中兩臺(tái)轉(zhuǎn)爐熱態(tài)進(jìn)行期交換作業(yè)，一臺(tái)冷態(tài)備用或爐修。冰銅由包子吊車(chē)裝入轉(zhuǎn)爐后，進(jìn)行送風(fēng)吹煉。轉(zhuǎn)爐吹煉為間斷作業(yè)，分造渣期和造銅期。轉(zhuǎn)爐送風(fēng)時(shí)率為87.38%。造渣期從風(fēng)口鼓入濃度約為23%的富氧空氣，造渣反應(yīng)結(jié)束后，停止送風(fēng)，將渣從爐口倒入約12 m3的渣包內(nèi)，由主廠房行車(chē)吊至軌道渣包車(chē)，運(yùn)至渣緩冷場(chǎng)，同閃速爐渣一樣，經(jīng)渣選車(chē)間選礦處理，渣精礦返回閃速爐。在造銅期，留在爐內(nèi)的白冰銅與鼓入的空氣中的氧反應(yīng)，生成品位為98.5%的粗銅。轉(zhuǎn)爐產(chǎn)出的粗銅倒入約8.5 m3粗銅包內(nèi)，再經(jīng)包子吊車(chē)送往陽(yáng)極精煉工序。每臺(tái)轉(zhuǎn)爐配備有熔劑加料系統(tǒng)、殘極加料機(jī)、機(jī)械捅風(fēng)眼機(jī)和爐口清理機(jī)等機(jī)械化設(shè)備。轉(zhuǎn)爐作業(yè)周期為5.17 h，每天需吹煉4.65爐。閃速熔煉爐、轉(zhuǎn)爐產(chǎn)出的煙氣經(jīng)余熱鍋爐回收余熱后，煙氣溫度降至350℃左右，同時(shí)煙氣中夾帶的煙塵也大量沉降下來(lái)，鍋爐煙塵經(jīng)破碎后返回閃速熔煉爐。從余熱鍋爐排出的煙氣，經(jīng)沉塵室及電收塵器進(jìn)一步捕集煙塵，使出口煙氣含塵濃度降至0.5 g/Nm3以下，由高溫風(fēng)機(jī)送制酸工序。

2.5收塵系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

由轉(zhuǎn)爐產(chǎn)出的含塵約42.73～109.41 g/Nm3，溫度1 150℃左右的煙氣，經(jīng)煙罩漏風(fēng)和余熱鍋爐回收余熱生產(chǎn)蒸汽后，煙氣降溫至380℃左右，與此同時(shí)，煙氣中所帶煙塵也大量沉降下來(lái)；余熱鍋爐排出含塵16.13～41.29 g/Nm3的煙氣進(jìn)入球形煙道、沉塵室及轉(zhuǎn)爐電收塵器凈化，使其含塵濃度凈化至0.5 g/Nm3以下，凈化后的煙氣與閃速爐系統(tǒng)的煙氣匯合后進(jìn)入制酸工序。

余熱鍋爐、球形煙道捕集的煙塵貯存在煙塵罐中，由叉車(chē)將其運(yùn)到煙塵處理系統(tǒng)的煙塵破碎篩分工序進(jìn)行處理，處理后返回閃速爐；沉塵室及電收塵器捕集的煙塵含砷的氧化物等較高，呈淺灰色或灰白色，稱(chēng)為白煙塵，通過(guò)埋刮板輸送機(jī)送往白煙塵倉(cāng)后包裝外賣(mài)。

轉(zhuǎn)爐收塵系統(tǒng)的流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1所示。

圖1　轉(zhuǎn)爐收塵系統(tǒng)的流程簡(jiǎn)圖

2.6控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐的控制系統(tǒng)采用自動(dòng)控制，也可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制，即減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也提高了工作效率，并保證了控制方式可靠安全。各設(shè)備之間都采用聯(lián)鎖控制，控制系統(tǒng)中的電氣、儀表系統(tǒng)采用西門(mén)子公司的PLC控制。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和以往的歷史數(shù)據(jù)均可以顯示并且打印成表。為生產(chǎn)分析、事故診斷和處理提供詳實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，該控制系統(tǒng)具有較高的自動(dòng)化水平，同時(shí)使得轉(zhuǎn)爐在運(yùn)行中具有較高的可靠性。

3　結(jié)束語(yǔ)

轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)通過(guò)2年的生產(chǎn)，主要的工藝技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)當(dāng)初設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)量也滿足銅業(yè)公司需求。解決了長(zhǎng)期困擾企業(yè)的低空污染等環(huán)保問(wèn)題，轉(zhuǎn)爐設(shè)備改造工程獲得成功。

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中圖分類(lèi)號(hào)：TF806.26

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2016-1-21

作者簡(jiǎn)介：陳博（1972-），女，漢族，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)理論及機(jī)電一體化技術(shù)。 通訊作者：柏莉（1978-），女，漢族，大學(xué)本科，講師，主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。