卡爾多爐旋轉裝置的問題分析及改造實踐

馬志玫，彭亞龍

（白銀有色集團股份有限公司 甘肅白銀 730900）

隨著國家節能降耗及循環經濟政策的落實，充分利用再生資源，回收其有價金屬已成為所有企業的共識。銅陽極泥的處理工藝，一般包括水洗、硫酸化焙燒、蒸硒、浸出脫銅、貴鉛熔煉、精煉分銀及金銀電解等工序，存在著金屬直收率低、流程復雜、成本高、環境污染嚴重等缺點。為了克服這些缺點，白銀有色集團銅業公司于2010年引進了國外先進的卡爾多爐處理銅陽極泥技術。

卡爾多爐熔煉法是由瑞典波立登公司利用氧氣頂吹轉爐熔煉技術開發。卡爾多爐最初應用于煉鋼，現已發展應用于有色金屬冶煉，可處理銅精礦廢雜銅、鉛精礦廢雜鉛鉛塵及陽極泥等。卡爾多爐用于陽極泥處理始于1993年，白銀銅業公司年處理4000t銅陽極泥浸出熔煉部分引進瑞典波立登公司卡爾多爐火法工藝，于2010年10月開工，于2014年三月開始試運行生產，實現了一次投料成功，卡爾多爐一次點火成功，卡爾多爐火法處理銅陽極泥各項技術指標已達到或接近設計要求，但還存在很多問題，須要改進完善，以求進一步優化指標和提高產能。

1 概述

Outotec 卡爾多爐及其附屬設備，包括2m3卡爾多爐、驅動裝置、燃燒噴槍、吹煉噴槍、液壓裝置以及卡爾多爐加料閥等。Outotec公司專利技術，世界先進國內領先的技術裝備，從生產能力來看，2m3卡爾多爐日產出朵爾合金達到了1.5t。相比較原有的回轉窯、貴鉛爐、分銀爐工藝，卡爾多爐工藝技術將陽極泥的還原熔煉、氧化吹煉、精煉作業整合一體。從工藝上來看，卡爾多爐工藝：陽極泥銅浸出—卡爾多爐粗煉—文丘里洗滌煙氣凈化—粗硒回收。通過充分利用卡爾多爐工藝能耗低、生產周期短、定員少、自動化程度高、環保效果好、占地少、生產成本低、對原料的適應性強等優點，實現節能、降耗，控制污染、減少投資，提高生產能力的目的。

作為當前國內最先進的貴金屬冶煉設備，其主體采用鋼制容器制作，且內襯耐火材料。其主要驅動方式為液壓系統，傳動裝置主要包括旋轉裝置和傾轉裝置（見圖1）。傾轉裝置主要是由傾轉液壓馬達及爐體兩側軸承座組成；旋轉裝置主要包括底部旋轉液壓馬達、爐體兩側托輥組成，生產中，卡爾多爐運行時，時根據作業需求，驅動卡爾多爐進行傾轉、旋轉。

自2014年系統投入生產以來，卡爾多爐發生多次旋轉故障，爐底旋轉裝置出現異常聲音、爐體無法旋轉、振動大等問題，并且由于爐體振動使得旋轉馬達、托輥軸承受到徑向力及軸向力增加，作業過程中旋轉馬達及軸承均出現故障，被迫對旋轉馬達及托輥軸承進行了多次更換維修。但爐體振動的問題仍未得到解決，已嚴重影響到卡爾多爐的穩定運行。

圖1 卡爾多爐裝置

2 爐體振動產生的原因分析

為充分發揮卡爾多爐單爐周期的有效作業效率，生產過程中，卡爾多爐作業溫度達到1000℃以上，爐體外壁溫度也達到了200℃以上，托輥表面長期由于熱輻射作用磨損更加嚴重，部分部位出現凹槽，導致爐體在旋轉作業時振動變大，嚴重影響到軸承及馬達的使用壽命。

對卡爾多爐爐體半徑及托輥半徑進行測繪制圖，爐體棍圈半徑R1s為1540mm、托輥半徑R2s為300mm、定位墊片厚度Sh為40mm，其關系如圖2所示：

對上圖2中的曲線在CAD中投影，可以得到兩組數字（R2s300、Sh40）、（R2s290、Sh56），構建函數關系，用公式表示為：

圖2 卡爾多爐爐體半徑及托輥半徑

由式（1）可見，在托輥完好（R2s=300）時定位墊片為40mm，定位墊片的厚度Sh隨著托輥半徑R2s的減少而增加。

由于在托輥位置無隔熱裝置（此位置亦無法加裝隔熱裝置，一端有石墨片進行托輥潤滑），長時間的輻射熱、重負載摩擦使得托輥表面損傷嚴重，直徑變小導致托輥與爐體輥圈接觸間隙增大，從而在旋轉負重作業時振動增大。

3 改進措施

經對技術資料的研究及現場測繪后，主要從兩個方面對此問題進行入手改造。

（1）制作專業工具，對托輥進行測繪，測繪尺寸為298mm，根據式（1）可得到Sh=43.2mm，考慮托輥面磨損嚴重，故需加裝4mm定位墊片，加裝位置為下圖3中編號11的位置，由于1副托輥有兩個軸承座支撐，故需對傾轉軸承座4個同樣部位加裝4mm定位墊片，使得兩側托輥向內移動，減少托輥與爐體輥圈的接觸間隙，從而使得爐體旋轉作業時振動減小的目的。（傾轉裝置圖紙見下圖4）

（2）由于托輥面存在凹凸不平的情況，在增加定位墊片后接觸面為點接觸，振動減少不太顯著，超過正常運行時的振動值，故制作新托輥，對舊托輥進行更換，由于在此前的運行中，舊托輥面損傷較為嚴重，加裝了定位墊片，故在更換新托輥時對前期加裝的定位墊片進行拆卸，加裝過程中觀察托輥和爐體輥圈面接觸間隙，發現接觸間隙較拆卸前更小，安裝完成后對爐體進行試車，振動基本消除。

（3）對托輥軸承座面加裝隔熱裝置，由于上托輥軸承座面間隙大，測繪后在兩軸承座之間制作安裝弧形隔熱板，隔熱板中間夾裝保溫棉，弧形隔熱能有限的阻止爐體輻射熱，降低軸承區域溫度，加裝完成后測量軸承箱表面位置溫度為80℃～90℃，能滿足二硫化鉬鋰基潤滑脂使用環境，減少由于潤滑不當對軸承造成的損壞。

圖3 托輥裝置

圖4 托輥裝置總裝圖

4 應用效果

通過對卡爾多爐旋轉裝置定位及隔熱改進，卡爾多爐爐體震動問題得到極大改善，爐體向托輥軸承的傳導熱明顯減少，軸承測溫顯示溫度控制在80-90℃，滿足潤滑油脂使用范圍。

通過上述改進，卡爾多爐托輥軸承、液壓馬達的故障率進一步降低，極大的減少了卡爾多爐因設備故障導致的檢修，大大降低了卡爾多爐的維護成本，提高了卡爾多爐的運行效率和作業率，為加大處理陽極泥提供了有力保障。

5 結束語

綜上所述，卡爾多爐作為先進進口設備設施，其自動化程度、設備先進程度、節能降耗能力均為國內先進水平，但國內技術人員對這類設備的了解、認知程度還不足。在工藝參數、工況條件發生變化時，深層次存在的問題可能會暴露，進而造成較大的不利，如使用溫度超高潤滑油脂、加設電動加油機選用是否合適、配合間隙的調整是否合理、絕熱選材及厚度核定是否滿足要求等。因此，要充分發揮好進口設備的先進性，就要做好進口設備的轉化和消化吸收，減少因操作失誤、工藝條件的變化影響產生不利因素，降低設備維修成本和人員勞動強度。