進口卡爾多爐工作原理及設備安裝

張 亮

（銅陵有色金冠銅業(yè)，安徽銅陵 244000）

1 設備概況

銅陵有色金冠銅業(yè)銅陽極泥項目卡爾多爐，屬于頂吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐系列熔煉設備，系瑞典奧圖泰公司最新開發(fā)的R 型升級版，有效容積2 m3。可以對銅陽極泥進行熔煉和處理，以生產(chǎn)銀合金。卡爾多爐附屬設備包括噴槍系統(tǒng)、燃料控制裝置、氧氣控制裝置、噴槍冷卻系統(tǒng)、液壓站等。

2 設備生產(chǎn)工藝原理

卡爾多爐爐體可旋轉(zhuǎn)并具有傾轉(zhuǎn)功能。爐體傾轉(zhuǎn)到相對于水平軸28°時，爐內(nèi)爐料開始熔煉和還原反應，在此位置，爐體同時以工藝設定的速度圍繞縱軸旋轉(zhuǎn)。爐體傾轉(zhuǎn)角度根據(jù)加料、爐料混合及預熱、熔煉/還原/精煉、出渣、出液等工藝流程而變化。

卡爾多爐安裝在軸承座上，通過爐殼封閉。爐體頂部爐口既是煙氣排出的出口，同時也是噴槍的入口。燃料和還原氣體通過噴槍進入爐內(nèi)進行熔煉處理。爐體下方是封閉的沉箱區(qū)域，爐渣或是熔融的金屬液在此處排放。

工藝煙道和噴槍靠近爐口固定，當爐體傾轉(zhuǎn)至工作位置時，噴槍才能進入爐內(nèi)。爐體中部裝有定位環(huán)，通過彈性元件（奧圖泰專利產(chǎn)品）與爐體連接，彈性元件不僅起到連接作用，還可以在一定范圍內(nèi)消除爐體產(chǎn)生的熱膨脹，同時維修簡單、便利。

當卡爐處于工作位置時，爐體上的定位環(huán)通過耳軸環(huán)上的2 只托輪以及爐底的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸支撐，此時爐體才能以最大速度旋轉(zhuǎn)。在托輪對面、耳軸環(huán)內(nèi)側(cè)裝有2 只緩沖器，一旦爐體與水平軸線傾轉(zhuǎn)超過90°時，可以起到支撐作用，此時爐體不能旋轉(zhuǎn)。

爐底旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸安裝在耳軸環(huán)下部中間位置的軸承裝置上，通過帶有扭力臂的液壓馬達驅(qū)動，這些部件通過護罩隔離來自爐體和下方包子產(chǎn)生的熱輻射。

耳軸環(huán)耳軸上安裝有傾轉(zhuǎn)軸承，軸承裝配在軸承箱內(nèi)，軸承箱與下方的基座連接，基座與混凝土基礎中的預埋件固定。傾轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達及其扭力臂安裝在傾轉(zhuǎn)軸外端，扭力臂同時固定在爐體基礎上。傾轉(zhuǎn)驅(qū)動馬達相對應側(cè)的傾轉(zhuǎn)軸承在安裝時允許有一定程度的軸向位移，此側(cè)還裝有液壓旋轉(zhuǎn)接頭，液壓油通過傾轉(zhuǎn)軸作為依托通道向旋轉(zhuǎn)馬達供油。

另外，如遇停電或緊急制動，通過液壓站液壓蓄能器壓力控制，噴槍能夠自動從爐內(nèi)退出，并且爐體可以手動傾轉(zhuǎn)到所需的位置。在緊急模式下，控制系統(tǒng)不再工作。爐體傾轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)扭矩大小應視爐襯、爐料、爐口熔融物等的狀況而定。

3 設備結(jié)構(gòu)及主要零部件

3.1 爐體和定位環(huán)及附件（圖1）

爐體由上下兩部筒體焊接而成，上部筒體緊固螺栓裝有彈性套，用來防止因爐體內(nèi)襯膨脹造成螺栓變形；下部筒體通過法蘭與上部筒體、爐底驅(qū)動軸連接，爐內(nèi)側(cè)耐火磚下焊有一個橢圓形封頭；爐體中部焊有法蘭，用以連接裝配定位環(huán)和爐體之間的彈性元件。

將破碎榨汁后的蘋果汁分裝到500 mL的三角瓶中，裝液量為400 mL，在蘋果汁中分別接種釀酒酵母（CICC 32130），接種量為 6%，接種濃度為 1×104 cfu/mL，稱取不同質(zhì)量的纈氨酸、亮氨酸及苯丙氨酸添加到蘋果汁發(fā)酵液中，使得蘋果汁發(fā)酵液中氨基氮的添加達到0、50、100、150、200 mg N/L的濃度，在 20 ℃進行恒溫發(fā)酵，發(fā)酵過程中當二氧化碳失重量不再變化時則發(fā)酵結(jié)束。發(fā)酵結(jié)束后蒸餾取樣，測定蘋果白蘭地中異丁醇、異戊醇及苯乙醇含量。

圖1 爐體、定位環(huán)及附件

為了防止熱輻射，爐體和定位環(huán)之間敷設有絕熱材料；爐渣裙板用來防止爐口墜物，保護爐體部件。

彈性元件主要是為了應對爐體在受熱膨脹后的尺寸變化。如果爐殼溫度不超過設計允許值，彈性元件可以把熱應力控制在可控范圍內(nèi)。

3.2 耳軸環(huán)和支撐臂（圖2）

耳軸環(huán)承載著爐體及其旋轉(zhuǎn)，由鋼板焊接，內(nèi)部中空，呈環(huán)形結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部中空處安裝有2 只托輪，支撐臂則懸掛焊接在環(huán)形結(jié)構(gòu)上，用以支撐旋轉(zhuǎn)軸承箱。傾轉(zhuǎn)軸與耳軸環(huán)兩端連接。

圖2 耳軸環(huán)和支撐臂

耳軸環(huán)總成部件包括：①包含傾轉(zhuǎn)軸和內(nèi)置液壓硬管等在內(nèi)的焊接和機加工結(jié)構(gòu)件；②2 只帶石墨潤滑的托輪總成；③旋轉(zhuǎn)軸承總成；④2 只緩沖器；⑤旋轉(zhuǎn)鎖緊裝置。

隔熱蓋板用以保護旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置免受下方包子的熱輻射。用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的液壓油通過中空的傾轉(zhuǎn)軸和支撐臂上的液壓管道進行輸送。

耳軸環(huán)上部裝有機械鎖。在設備維護時，必須使用該鎖，以防止爐體旋轉(zhuǎn)。

3.3 托輪

托輪總成包括帶軸托輪和軸承箱。

耳軸環(huán)內(nèi)面的中空部分安裝有2個托輪，可使爐子在旋轉(zhuǎn)過程中保持原位，托輪通過承箱固定在耳軸環(huán)上。如果定位環(huán)和托輪受到磨損，可以通過調(diào)整托輪軸承箱墊片（調(diào)節(jié)塊）使爐體維持在正確運行位置。

3.4 旋轉(zhuǎn)軸承總成

3.5 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動

爐體通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動，沿爐體縱向軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動安裝在爐體底部的旋轉(zhuǎn)軸上。旋轉(zhuǎn)軸安裝在耳軸環(huán)支撐臂的中間軸承裝置上，這樣的軸承設計使驅(qū)動在受熱膨脹時依然可隨爐體正常運行。這種設計還可以解決定位環(huán)和托輪回轉(zhuǎn)造成的徑向變化。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動通過一個防護板阻擋包子的熱輻射來進行保護。由于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的傾斜半徑大于爐口的傾斜半徑，爐罩和工藝煙道限制了爐體的傾斜，因此卡爾多爐無法傾轉(zhuǎn)360°。卡爐帶有連鎖回路，以避免爐體與工藝煙道碰撞。

3.6 傾轉(zhuǎn)驅(qū)動

爐體/耳軸環(huán)整體通過傾轉(zhuǎn)驅(qū)動傾轉(zhuǎn)。驅(qū)動單元通過殼形聯(lián)軸器安裝在傾轉(zhuǎn)軸上，聯(lián)軸器承受最大的傾轉(zhuǎn)扭矩。傾轉(zhuǎn)驅(qū)動主要構(gòu)成：液壓馬達，制動器，行星齒輪減速機，扭力臂。

液壓馬達產(chǎn)生的扭力通過與傾轉(zhuǎn)軸連接的齒輪裝置進行傳遞。在傾轉(zhuǎn)過程中如出現(xiàn)斷電，必須使用緊急驅(qū)動。緊急驅(qū)動包括一個在緊急情況下可手動進行傾轉(zhuǎn)的液壓蓄能器。

4 卡爾多爐安裝程序

4.1 基礎準備

安裝前清理安裝區(qū)域，依據(jù)基礎、設備輪廓、土建圖紙，確定必要的中心線和水平線。

4.2 基礎驗收

（1）基礎外形、中心線、標高、地腳螺栓（預埋鐵件），實測尺寸與圖紙尺寸相對照，應符合表1 要求。

（2）基礎實測及驗收數(shù)據(jù)（圖3）。

（3）預埋件（圖4）。卡爐通過基礎預埋件固定。

（4）傾動軸承箱基座。軸承基座通過預埋件螺栓與混凝土基礎固定，軸承箱通過螺栓與軸承基座固定。耳軸環(huán)一端安裝在驅(qū)動側(cè)的一個固定的滾柱軸承上，另一端的滾柱軸承允許軸向移動。

表1 基礎驗收標準

圖3 基礎實測及驗收數(shù)據(jù)

4.3 設備主要部件安裝次序

基礎復測→基礎交接驗收→噴槍吊架安裝（與頂板焊接）→卡爐工藝管道（鵝頸管）安裝→噴槍安裝→卡爐傾轉(zhuǎn)軸承座安裝及調(diào)整→卡爐傾轉(zhuǎn)軸承座二次灌漿→卡爐旋轉(zhuǎn)支架安裝、調(diào)整→卡爐自轉(zhuǎn)液壓馬達安裝、調(diào)整→卡爐爐體安裝→卡爐應急煙道、煙道應急蓋安裝→液壓管道安裝→潤滑加脂及其他附件安裝→試運行→交工驗收。

以上工序中噴槍支架必須第一步安裝，鵝頸管緊隨其后安裝固定，安裝卡爐旋轉(zhuǎn)支架前，此兩項必須安裝完成，否則空間不足，無法安裝。

其中噴槍系統(tǒng)安裝尤為重要。噴槍系統(tǒng)（圖5）通過液壓驅(qū)動，使噴槍小車在噴槍梁上作上下直線移動，以實現(xiàn)相應動作和功能。

圖4 預埋件

圖5 噴槍系統(tǒng)

安裝前，必須建立熔爐傾轉(zhuǎn)中心坐標以及工藝煙道和噴槍支架的水平線和中心線。將噴槍梁放置到位，用螺栓將其前部（朝向爐體側(cè)）與框架連接；臨時固定噴槍梁尾部；將噴槍安裝在噴槍小車上；移動前部支撐輪，使得噴槍位于最低處；將液壓軟管連接到噴槍上的液壓馬達，使噴槍小車完全沿著小車梁試運行，確保噴槍自如地進入煙氣罩；使噴槍運行到前部位置，調(diào)整前部支撐輪，與噴槍間隙2 mm；當噴槍位于尾部時，檢查驅(qū)動齒輪與齒條之間的運動間隙；噴槍運行自如后，根據(jù)圖紙正式固定噴槍梁尾部；將所有軟管連接到噴槍上。試運行噴槍，檢查所有軟管連接位置是否合適；調(diào)整位置變送器。

5 結(jié)語

卡爾多爐集熔煉、吹煉還原、銅合金于一體,其特點是系統(tǒng)流程簡單,結(jié)構(gòu)緊湊，能耗低,噪聲小,能完全密閉，因而可以防止排放物溢散，可滿足最嚴格的環(huán)境要求，是貴金屬冶煉工藝重要的發(fā)展方向。