轉爐設備改造淺析

陳博，柏莉，2

（1.蘭州理工大學，甘肅蘭州730000；2.白銀礦冶職業技術學院，甘肅白銀730900）

轉爐設備改造淺析

陳博1，柏莉1，2

（1.蘭州理工大學，甘肅蘭州730000；2.白銀礦冶職業技術學院，甘肅白銀730900）

摘要：由于白銀有色集團銅業公司現有生產能力只能達到50 kt/a，而生產熔煉系統如貯礦、配料及物料運輸等部分設備能力尚有富余，轉爐系統與新建回轉式陽極爐系統之間能力不匹配造成的超負荷生產所帶來的安全隱患。同時轉爐因未設置密閉煙罩，造成嚴重的二氧化硫煙氣低空污染，致使操作環境十分惡劣。所以對轉爐及與之相配套輔助設施的改造——即轉爐系統的設計改造。本論述介紹了在轉爐的設計中，參照國內外轉爐設備的選用經驗，結合本單位實際，采用了符合轉爐發展趨勢的Φ4.0×11 m的150 t的大型P-S轉爐。并對轉爐的相關參數及系統配置、驅動裝置及事故防傾轉裝置，收塵系統的工藝流程的以及及控制系統的設計進行了介紹。

關鍵詞：機械制造及其自動化；轉爐；設備；改造

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.03.007

1　銅業公司轉爐的現有狀況

銅業公司是白銀有色集團的主體骨干企業，1960年建成投產。由于受歷史、體制、企業經濟效益等多方面因素影響，銅業公司未能及時對系統落后的技術裝備、工藝、污染嚴重的環境進行全面改造。

目前，白銀有色集團銅業公司生產能力只能達到50 kt/a，而生產熔煉系統如貯礦、配料及物料運輸等部分設備能力尚有富余，轉爐系統與新建回轉式陽極爐系統之間能力不匹配造成的超負荷生產帶來了很大的安全隱患；同時，原3#轉爐因未設置密閉煙罩，大量煙氣從爐口外泄，二氧化硫外泄量達3 kt/a，嚴重的二氧化硫煙氣低空污染，致使操作環境十分惡劣。因此，在以污染治理為目的的擴建技術改造項目中，對轉爐及配套輔助設施的改造——即轉爐系統的設計改造就成為了重點工作。

2　轉爐的改造

2.1轉爐選型及系統配置

不同的銅冶煉廠家，由于產量、規模以及銅礦品位不同，所采用的轉爐爐型、尺寸有所不同，但其吹煉原理是一樣的，都是通過將空氣或富氧空氣鼓入轉爐，攪拌爐內的熔體，并與之進行物理化學反應。目前，在全球銅冶煉企業中使用的轉爐主要有臥式轉爐、斜吹氧轉爐和虹吸式轉爐三種。

大多數銅冶煉企業采用臥式堿性轉爐，也稱Pierce-Smith轉爐，簡稱P-S轉爐，它是銅硫吹煉的主要設備，具有操作簡單、效率高等優點。目前，約有80%以上的銅硫是由P-S轉爐吹煉的。

目前，轉爐設備的主要發展方向為規模大型化，大型轉爐具有熱容量大、在作業周期內爐襯壽命長、爐溫變化小、生產效率高等優點。因此，當前對轉爐的設計，特別是P-S轉爐的設計有向大型化發展的趨勢，而且轉爐的大型化、機械化，連續化，可以保證低的投資和經營費用，從而降低成本，提高企業在市場上的競爭力。

銅業公司根據轉爐的發展趨勢和自身生產要求，結合以往技術改造的經驗和國內外的先進技術，采用用Φ4.0×11 m的150 t轉爐代替原有Φ2.6×5 m的60 t轉爐。在爐身設計有風眼56個，以便滿足對送風強度以及配套捅風眼機操作的要求。爐體由數塊鋼板卷制而成，然后拼接對焊而成。爐體的強度不需用縱橫加強肋板，而采用適當增加爐體厚度的方式。不需開設檢修用孔門，待焊接完成后采用整體退火消除內應力。滾圈和爐體的固定方式采用平鍵連接。這種連接結構裝配比較方便，而且如果選擇得當，既可發揮其對爐體的固定作用，又可以控制熱應力。轉爐的風眼固定在爐體外殼上，它由球閥和風眼座等零件組成。當捅風眼時，可能會有高壓空氣由風眼漏出并產生巨大的噪音。所以，在轉爐的風眼上設計有消音器，從而降低了車間噪聲，改善了工人的勞動條件。

2.2轉爐驅動裝置

轉爐主傳動系統主要由開式齒輪、交流電動機、圓柱齒輪和平面二次包絡面蝸輪組合式減速器等組成。該傳動系統選用組合式減速器，其傳動比大、結構緊湊，且具有自鎖的優點，當系統制動器出現異常時，利用其自鎖性能起到安全保護的作用。

2.3轉爐事故傾轉驅動裝置

轉爐在送風過程中一旦發生停電，轉爐的送風機停止運轉，冰銅倒流入轉爐的送風口中，從而造成送風口堵塞，設備不能正常使用。因此，轉爐除了設有普通的傾轉裝置外，為了防止此類事件的發生，需要設計配套的事故傾轉裝置，一但在生產過程中發生停電事故，這個裝置就可以自動運行，轉爐在該裝置的驅動下，傾轉到送風口脫離熔體液面的位置之上，從而避免冰銅倒灌，堵塞進風口。

轉爐防事故傾轉采用直流電動機驅動。轉爐正常傾轉時采用主驅動用交流電動機。當突然發生交流電停電后，蓄電池可以馬上向事故傾轉用直流電動機提供電源，直流電動機經過減速器驅動轉爐爐體傾轉到安全位置。

2.4工藝流程

轉爐工序配置了三臺Φ4.0×11的轉爐，其中兩臺轉爐熱態進行期交換作業，一臺冷態備用或爐修。冰銅由包子吊車裝入轉爐后，進行送風吹煉。轉爐吹煉為間斷作業，分造渣期和造銅期。轉爐送風時率為87.38%。造渣期從風口鼓入濃度約為23%的富氧空氣，造渣反應結束后，停止送風，將渣從爐口倒入約12 m3的渣包內，由主廠房行車吊至軌道渣包車，運至渣緩冷場，同閃速爐渣一樣，經渣選車間選礦處理，渣精礦返回閃速爐。在造銅期，留在爐內的白冰銅與鼓入的空氣中的氧反應，生成品位為98.5%的粗銅。轉爐產出的粗銅倒入約8.5 m3粗銅包內，再經包子吊車送往陽極精煉工序。每臺轉爐配備有熔劑加料系統、殘極加料機、機械捅風眼機和爐口清理機等機械化設備。轉爐作業周期為5.17 h，每天需吹煉4.65爐。閃速熔煉爐、轉爐產出的煙氣經余熱鍋爐回收余熱后，煙氣溫度降至350℃左右，同時煙氣中夾帶的煙塵也大量沉降下來，鍋爐煙塵經破碎后返回閃速熔煉爐。從余熱鍋爐排出的煙氣，經沉塵室及電收塵器進一步捕集煙塵，使出口煙氣含塵濃度降至0.5 g/Nm3以下，由高溫風機送制酸工序。

2.5收塵系統工藝設計

由轉爐產出的含塵約42.73～109.41 g/Nm3，溫度1 150℃左右的煙氣，經煙罩漏風和余熱鍋爐回收余熱生產蒸汽后，煙氣降溫至380℃左右，與此同時，煙氣中所帶煙塵也大量沉降下來；余熱鍋爐排出含塵16.13～41.29 g/Nm3的煙氣進入球形煙道、沉塵室及轉爐電收塵器凈化，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的煙氣匯合后進入制酸工序。

余熱鍋爐、球形煙道捕集的煙塵貯存在煙塵罐中，由叉車將其運到煙塵處理系統的煙塵破碎篩分工序進行處理，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，稱為白煙塵，通過埋刮板輸送機送往白煙塵倉后包裝外賣。

轉爐收塵系統的流程簡圖見圖1所示。

圖1　轉爐收塵系統的流程簡圖

2.6控制系統

轉爐的控制系統采用自動控制，也可以實現手動控制，即減輕操作人員的勞動強度，也提高了工作效率，并保證了控制方式可靠安全。各設備之間都采用聯鎖控制，控制系統中的電氣、儀表系統采用西門子公司的PLC控制。實時數據和以往的歷史數據均可以顯示并且打印成表。為生產分析、事故診斷和處理提供詳實準確的數據，該控制系統具有較高的自動化水平，同時使得轉爐在運行中具有較高的可靠性。

3　結束語

轉爐系統通過2年的生產，主要的工藝技術指標達到或超過當初設計要求，產量也滿足銅業公司需求。解決了長期困擾企業的低空污染等環保問題，轉爐設備改造工程獲得成功。

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中圖分類號：TF806.26

文獻標識碼：A

收稿日期：2016-1-21

作者簡介：陳博（1972-），女，漢族，碩士，高級工程師，主要研究方向：機械設計理論及機電一體化技術。 通訊作者：柏莉（1978-），女，漢族，大學本科，講師，主要研究方向：機械設計。