新型加殘極機組的設計與改進

劉占彬

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

0 前言

近年來，火法煉銅工藝常采用底吹熔煉+轉爐吹煉、底吹熔煉+底吹吹煉(簡稱雙底吹)等流程，無論是轉爐吹煉還是底吹吹煉均需要加入大量銅質冷料調熱。該銅質冷料一般是濕法電解后的殘銅陽極板或者廢雜銅。對于轉爐的加冷料方式，國內外多用吊車吊起船型加料器直接從爐口加入或加殘極機組從煙罩側面加入。加殘極方式需要滿足冶煉工藝指標、效率和環保等諸多方面的要求。各種方式有其自身優缺點，選擇時需綜合考慮爐形的適應性，如吊車吊運船型加料器給轉爐加殘極作業的方案就存在如下問題：

(1)加冷料必須停止吹煉，延長了作業時間，降低了工作效率。

(2)停止吹煉，將影響轉爐煙氣制酸的效率和穩定性。

(3)停止吹煉，爐口轉出煙罩加料時，大量煙氣和粉塵外溢，污染環境。

在底吹吹煉工藝中加殘極同樣需要避免上述問題，因此在借鑒轉爐加殘極機組的基礎上，改進設計了一種用于底吹吹煉爐加殘極的自動化機組。該機組是把從電解車間打包的殘極一垛一垛的從底吹吹煉爐的頂部加料口加入。配置本機組后，將可以在吹煉過程中連續加殘極，能夠有效解決吹煉爐加殘極的瓶頸問題。

1 加殘極機組的現狀研究

國內目前在用的加殘極機組多是在轉爐車間給轉爐加殘極。機組形式是在20世紀80年代引進日本住友鏈板式加殘極機組的基礎上國產化的。由于車間管理問題或所用殘極垛的問題，國產化后的加殘極機組實現不了自動運行功能，基本都分為兩段手動控制，即裝殘極垛階段和機組輸送階段的手動控制。在裝殘極垛階段，需要用叉車搬運裝載殘極垛，但是堆放區殘極垛擺放混亂，且垛下無托架，叉車叉垛操作困難，經常使殘極片錯位或散垛，而使得殘極垛變的更加凌亂。進而造成機組對殘極垛的適應性大打折扣；在把殘極垛放置于機組上的過程中，對叉車的操作水平要求較高，經常發生殘極垛放置不到位的狀況。在機組輸送階段，由于殘極垛的不規則性，在轉運過程中定位不準，經?？ㄗ?，增加大量運行維護工作，對操控人員的經驗判斷較為依賴，機組運行效率較低。

生產實踐中發現，殘極垛的不規則有兩方面原因造成：其一，殘極從電解車間堆垛打包轉運到堆放區過程中，殘極垛發生形變或打包帶斷裂散垛而不規則。其二，單片殘極因電解過程不均勻而薄厚不同，甚至缺塊或掉耳，使殘極垛疊放不均。國內一些技術工作者曾先后研制過諸如垂直加殘極機組等不同形式的加殘極機組，因對殘極垛特性考慮不足，導致設備故障較多、輸送不暢。本文結合上述研究，在底吹煉銅項目中進行了新型加殘機機組的設計與改進。

本文所闡述的加殘極機組是根據銅冶煉“雙底吹”工藝的需求開展的，“雙底吹”的配置有兩種方式，一臺底吹熔煉爐+一臺底吹吹煉爐和一臺底吹熔煉爐+兩臺底吹吹煉爐。因此，加殘極機組也相應的有兩種方式，即一臺機組給一臺底吹吹煉爐加殘極(簡稱單爐加殘極機組)和一臺機組為兩臺底吹吹煉爐加殘極(簡稱雙爐加殘極機組)。以下主要介紹單爐加殘極機組的設計研究工作。

2 單爐加殘極機組的組成

單爐加殘極機組是機電液一體化自動化機組(如圖1所示)，由機械部分、液壓系統、潤滑系統和電儀系統四大部分組成。其中機械部分包含整形裝置、鏈板式提升輸送機、推垛裝置、升降裝置、投爐裝置和密封裝置等單機及輔助設備。液壓系統包含整形液壓系統、推垛及投爐液壓系統兩部分。潤滑系統為微型智能潤滑系統。電儀系統由控制系統和監控系統等控制軟硬件組成。

1.整形裝置 2.鏈板式提升輸送機 3.投爐裝置 4.推垛裝置 5.升降裝置 6.密封裝置圖1 單爐加殘極機組

3 工作原理及主要技術參數

3.1 工作原理

銅殘極是銅陽極板在電解車間電解后產出，用殘極洗滌機洗滌后，進入堆垛打包機打包成殘極垛，然后轉運至加殘極機組附近的堆放區。加殘極時，用叉車把殘極垛放置到鏈板提升輸送機尾部裝料位置上，鏈板提升輸送機前進一個垛位到整形工位。在此整形裝置對殘極垛進行整形，同時尾部裝料位置上再次放置一個殘極垛，依次裝垛整形，直至排滿整個鏈板式提升輸送機。當首個殘極垛達到推垛工位后，推垛裝置下降啟動，把殘極垛推至升降裝置上，升降裝置把殘極垛降至投爐工位，投爐裝置啟動，把殘極垛投入吹煉爐中。循環操作，實現連續加殘極工作。

加殘極機組自動控制系統采用PLC控制，使用行程開關、光電開關及接近開關檢測各機構動作位置和運行狀態。整個機組的各單體設備互相聯鎖，通過PLC實現對液壓、電機等執行元件的控制，使機組各機構自動完成工作循環。監控系統設置在三個位置：叉車裝殘極垛位置，推垛位置和投爐位置，在控制室設置顯示屏分割畫面實時監控。

3.2 主要技術參數

為某冶煉廠設計的加殘極機組的主要技術參數如下：

生產能力30 t/h

殘極垛重量 600 kg/垛

殘極垛尺寸 1 300 mm×1 300 mm×300 mm

片數 10片/垛

每垛循環節拍 ～70 s

鏈板輸送機電動機功率 110 kW

4 機組的設計與改進

4.1 鏈板式提升輸送機的改進

原鏈板式提升輸送機單組鏈節長度為1 800 mm，每組鏈節設置一組擋塊。在實際生產中，由于叉車工駕駛叉車挑運殘極垛時，叉子每次處于殘極垛底的深淺比較隨機，導致殘極垛被放置于鏈板式提升輸送機立板上的位置不同，有時靠前，有時靠后，偏差較大。當殘極垛被運送至推垛裝置工作區時，經常出現后一殘極垛與前一殘極垛間距離小于原設計尺寸(如圖2所示)的情況，影響推垛裝置推板下降進行推垛操作。有些冶煉廠則廢棄推垛裝置，直接通過鏈板輸送機運行的動力，讓后一殘極垛推進前一殘極垛的方式轉運。另外，前后殘極垛的殘極板之間犬牙交錯，交叉受力，容易造成殘極垛嚴重散垛，使得后續設備無法實現自動運行。為解決上述問題，本次設計將單組鏈節長度增加至2 100 mm，鏈板上設4列立板，在立板上設置一組擋塊，防止殘極垛下滑；優化鏈板上的立板間距，立板間距大于叉車叉子寬度，便于放置殘極垛和安全退出。

本次設計殘極垛打包方式為雙帶“井”字型，提高殘極垛的質量，并在堆放區設置帶機械限位的托架，殘極垛放置在限位的托架上；叉車的叉子設置機械限位器，使叉子位置與托架限位匹配，簡化叉車操作工的工作難度，叉車叉子挑起殘極垛的位置固定，實現定位取殘極垛。在鏈板式提升輸送機的尾部設置定位裝置，使裝殘極垛動作標準化，把殘極垛準確的放置于鏈板式提升輸送機合適的位置上，提升了機組運行的可靠性。由于鏈節節距增大，兩殘極垛之間間隙便于推垛裝置工作。

1.殘極垛 2.推板 3.殘極垛圖2 殘極垛位置對比

4.2 整形裝置的設計與改進

整形裝置采用兩個液壓缸相對伸出，兩個推板同時平推殘極垛兩側，實現對殘極垛的整形，通過增加推板寬度，優化推點的位置，使有形變的殘極垛相對規則，使有位置偏移的殘極垛回到鏈板式提升輸送機正確的位置上，避免提升輸送過程中的卡阻、碰撞、散垛，影響后續工作。

4.3 推垛裝置及升降裝置的設計與改進

推垛裝置用于將鏈板式提升輸送機上的殘極垛轉運至可升降的鋼平臺上。殘極垛在運行到推垛位后，設置于鏈板式提升輸送機頭部的推垛裝置下降，采用電動機驅動的水平剛性鏈進行推運，替代復雜的液壓系統。升降裝置是承接推垛裝置從鏈板式提升輸送機轉運來的的殘極垛，通過電動機驅動的垂直剛性鏈托舉鋼平臺升降，亦代替復雜的液壓系統，為投爐做準備。

4.4 投爐裝置的設計與改進

投爐裝置是把升降裝置鋼平臺上的殘極垛投到底吹吹煉爐內。采用液壓缸安裝推板的結構，推板下面增設滑輪支承，推板雙側設置導向桿導向，提高投爐過程運行的穩定性。推板平推著殘極垛從升降平臺上向前通過密封裝置，運行至吹煉爐加料口內。

4.5 密封裝置的設計與改進

以往的加殘極機組投爐裝置和爐子煙罩結合位置采用的是單門密封結構，投爐裝置和密封門聯鎖。因為是單層門，投爐裝置啟動時，密封門打開，殘極垛被推入爐口的過程中，爐口和外界連通，大量的煙氣外逸。本次設計改為雙門密封結構，形成密封腔，投爐裝置、兩層門互相聯鎖。投爐裝置啟動前，密封裝置的前門打開，殘極垛被推入密封腔內，前門關閉，后門打開，殘極垛繼續前行滑至爐口內。投爐裝置的推板縮回，后門關閉，前門打開，投爐裝置復位。爐口和外界總處于隔絕狀態，在負壓的作用下，有效防止煙氣外逸。

4.6 潤滑系統設計與改進

原加殘極機組采用油槍加油或手動干油站加油，效率低，環境差。本次設計采用全系統集中智能潤滑，定時定量對各相應的潤滑點供油，并自帶在線監測裝置，缺油或有故障時自動報警。

4.7 控制方式設計與改進

本機組設計有“自動”“手動”“點動”幾種操作控制方式，各種控制在操作臺上完成，可實現遠程自動控制和就地手動控制的切換。自動控制時，裝殘極垛后，各單體設備之間在聯鎖狀態下按預設節拍自動運行。手動控制和點動操作主要用于檢修、調試及單機試車，以便于檢查機構是否正常及調整各行程開關位置。

4.8 檢測裝置的設計與改進

原鏈板式提升輸送機上殘極垛位置的檢測用的基本都是接近開關或光電開關，檢測的是一條線或一個面，殘極垛自身的不規則性以及運送過程的移位，經常導致檢測的不準確或漏檢。本設計將推垛裝置下方需要檢測殘極垛位置的光電開關改為光柵檢測裝置(如圖3所示)。光柵檢測裝置發射源發射出的是一個光幕，形成一個長方體的區域，可準確檢測出殘極垛是否運送到位。例如在推垛位置區域設置光柵檢測裝置，該裝置可適應邊緣參差不齊的殘極板垛的位置檢測，使推垛機構自動、可靠工作。

圖3 檢測裝置對比

5 總結

“雙底吹”工藝吹煉過程中，為了防止過熱反應，加殘極是生產過程的關鍵工作，配套加殘極機組將有效解決吹煉爐工藝需求。本加殘極機組的設計是在對殘極垛的特性、打包效果、各冶煉廠的殘極形式等充分調研的基礎上，深入研究，與“雙底吹”工藝要求相結合，對各單體設備的細節進行了優化，能夠更好的提升輸送轉運殘極垛的可靠性、安全性和穩定性，顯著提高機組的工作效率，改善工人的工作環境。