提高傾動爐圓盤澆鑄效率

刁松偉

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

貴冶傾動爐是從德國引進的亞洲第一臺用于處理固態(tài)雜銅冷料的傾轉(zhuǎn)式精煉爐，于2003年8月建成投產(chǎn)，最初設(shè)計能力為350t/爐，年產(chǎn)10萬t陽極銅。陽極銅澆鑄系統(tǒng)則采用貴冶冶化工程公司自主設(shè)計制造的第一套16模雙圓盤澆鑄機，隨著陽極銅澆鑄產(chǎn)量的逐年增長，原有的圓盤澆鑄效率已明顯偏低，需要對該系統(tǒng)進行一系列的優(yōu)化完善。

2 圓盤澆鑄機概況

2.1 圓盤澆鑄機澆鑄陽極銅工藝流程

圓盤澆鑄機是陽極銅澆鑄的關(guān)鍵設(shè)備，其工藝流程見圖1所示。

2.2 圓盤澆鑄機功能區(qū)介紹

圓盤澆鑄機共分為8個功能區(qū)域(見表1所示)，澆鑄機需保證穩(wěn)定的性能，才能澆鑄出優(yōu)良的陽極銅，只有確保澆鑄機的高效順行，才能為工廠全年達產(chǎn)達標，提質(zhì)增效奠定良好的基礎(chǔ)［1］。

表1 圓盤澆鑄機功能區(qū)及功能介紹

圖1 陽極銅澆鑄工藝流程圖

3 影響圓盤澆鑄效率因素

傾動爐圓盤澆鑄系統(tǒng)經(jīng)過多次技術(shù)改造和工藝優(yōu)化，性能日趨穩(wěn)定，陽極板物理規(guī)格合格率屢創(chuàng)新高，但澆鑄效率始終維持在略高于設(shè)計能力的水平，調(diào)查2015年至2016年圓盤澆鑄機澆鑄效率，平均值分別為84.6t/h和85.1t/h（見表2所示）。

表2 2015-2016年圓盤澆鑄機澆鑄效率統(tǒng)計表 t/h

對影響圓盤澆鑄能力的因素進行統(tǒng)計分析，見表3所示。

表3 影響圓盤澆鑄能力因素統(tǒng)計表

對表3進一步分析，在設(shè)備運行方面，導(dǎo)致提取機水槽運行不順暢，影響澆鑄能力的頻次高達96.1%，主要原因有：①提取機運行時間長；②水槽滑塊松動故障；③堆垛限位桿變形。在工藝方面影響頻次較高的因素有：①電子秤不穩(wěn)定；②澆鑄包制作不合格。

4 提高圓盤澆鑄效率對策

4.1 設(shè)備運行方面

4.1.1 提取機運行時間長

通過現(xiàn)場測算和分析，提取一塊陽極板，提取機平均滯后時間為1s，澆鑄一爐銅浪費的澆鑄時間為25min。對圓盤澆鑄70爐次陽極銅中提取機運行時間和澆鑄效率進行統(tǒng)計分析，結(jié)果見表4。

將表4中數(shù)據(jù)一一繪入圖中（見圖2），發(fā)現(xiàn)隨著提取機運行時間減短，澆鑄效率明顯提升，因此，提取機運行時間成為了制約澆鑄效率的關(guān)鍵因素。

表4 提取機運行時間（s）和澆鑄效率（t/h）統(tǒng)計表

圖2 提取機運行時間和澆鑄效率散布圖

4.1.2 縮短提取機運行時間

要縮短提取機運行時間須通過提高減速機輸出轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。減速機的輸出轉(zhuǎn)速n2= 輸入轉(zhuǎn)速n1/i（i為傳動比），輸入轉(zhuǎn)速n1為恒定，因此可以減小傳動比i，即選擇傳動比小的減速機。

在確定選擇傳動比小的減速機的同時，針對現(xiàn)有提取機所需提升的能力空間進行調(diào)查和計算，最終采用型號SEW-K127AD7、傳動比36.25、扭矩13000NM的減速機。與原減速機傳動比為70.95相比，在輸入轉(zhuǎn)速相同的情況下，采用傳動比為36.25的減速機，速度空間可提升95%。選型成功后，對減速機運行穩(wěn)定性和角度檢測的準確性進行技術(shù)改進，設(shè)計出一種提取機減速機軸編碼器固定裝置，使減速機達到了又快又平穩(wěn)的工作要求，提取機運行時間縮短至18～30s［4］（見表5）。

表5 提取機減速機改進前后對比表

4.1.3 水槽滑塊松動故障

通過對提取機提取陽極板放在水槽傳送鏈條運行的過程進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)緩沖滑塊每33～40s受0.397t陽極板沖擊1次，全年總計受到1.6萬多次沖擊。對滑塊受力分析（見圖3）可知，滑塊靠螺栓緊固連接，螺栓在受到?jīng)_擊載荷時會拉伸變形，同時受到橫向載荷的切應(yīng)力，導(dǎo)致金屬疲勞，容易造成松動。

圖3 滑塊受力分析圖

4.1.4 優(yōu)化水槽滑塊加固方式

針對滑塊受力情況，設(shè)計一個支座反力（見圖4），以達到消除或減小螺栓受到的橫向載荷的切應(yīng)力，起到固定支撐滑塊作用。

圖4 滑塊支撐設(shè)計圖

通過現(xiàn)場測量、計算最終確定在原有滑塊的下方焊接一塊長100mm寬30mm厚20mm的長方體鋼板固定，滑塊即使在受到外力撞擊的情況下，由于受到鋼板的固定支撐作用，也不會發(fā)生位移和形變，不會松動卡死驅(qū)動鏈條，可避免故障的發(fā)生［5］。

4.1.5 堆垛限位桿變形

通過對堆垛頂起陽極板的運動過程進行分析，從陽極板碰到限位桿計時開始到限位桿復(fù)位的整個過程，限位都可能出現(xiàn)故障。經(jīng)分析得出限位桿變形的原因是：①受到陽極板的擠壓變形；②受堆垛上下運動時陽極板摩擦變形；③受叉車叉運時撞擊變形［3］。

4.1.6 改進堆垛限位桿

對限位桿進行改進，從限位桿的材質(zhì)、直徑、軟硬度各方面考慮，通過比對，發(fā)現(xiàn)圓柱螺旋彈簧具有抗彎曲、抗變形、既能承受靜載荷又能承受變載荷，并且在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。最終通過載荷、強度、穩(wěn)定性計算，選擇φ30不銹鋼圓柱螺旋彈簧（見圖5所示）作為堆垛限位桿的材料。自從彈簧限位桿在實際中應(yīng)用后，從未出現(xiàn)變形、斷裂現(xiàn)象，改進后的限位桿至今未發(fā)生一起故障［6］。

圖5 堆垛限位桿改進前后對比圖

4.2 工藝方面

4.2.1 電子秤不穩(wěn)定

影響陽極板重量最關(guān)鍵的是電子秤的精度，電子秤采用差量法稱量澆鑄包的銅水重量。陽極板澆鑄過程中，由于電子秤單重精度控制不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致終止?jié)茶T影響澆鑄效率。電子稱不穩(wěn)定的因素及對策見表6所示。

表6 影響電子稱測量精度因素及解決對策

4.2.2 澆鑄包制作不合格

當澆鑄包內(nèi)型尺寸制作不合格，在中間包向澆鑄包傾倒銅水時，銅液經(jīng)常從澆鑄包前方?jīng)_出、后方溢出澆鑄包，澆鑄包內(nèi)、嘴子下方易結(jié)冷銅，從而影響電子秤的精度。

因此，澆鑄包的標準化制作對澆鑄陽極板單重起著重要作用。車間加強了對澆鑄包制作標準的優(yōu)化，澆鑄包襯磚改為復(fù)合剛玉莫來石澆鑄包預(yù)配件（見圖6所示），邊框厚度55mm，嘴子有效寬度560mm，從而增加銅水的橫截面積，減少銅水外溢，并降低了制作包子的工作強度，制造襯磚只需更換澆注包預(yù)配件即可［7］。

圖6 澆鑄包的制作標準對比

5 結(jié)束語

通過上述技術(shù)改進和過程控制，圓盤澆鑄機澆鑄效率逐年穩(wěn)步提升（見表7所示）。

表7 2016-2019年圓盤澆鑄機澆鑄效率統(tǒng)計表 t/h

圓盤澆鑄效率的提高，縮短了傾動爐雜銅冶煉作業(yè)周期，降低了重油、天然氣、水、電等能耗；避免了設(shè)備的故障隱患，確保了圓盤澆鑄機的高效順行，減輕了員工的勞動強度和在澆鑄過程中檢修的工作風險，同時避免了在陽極銅澆鑄過程中設(shè)備故障給工藝人員帶來的安全隱患。