CDF爐鉛液循環(huán)泵技術(shù)改進(jìn)過(guò)程

黎志奎+韓麗軍+謝夢(mèng)蛟

摘 要：基夫賽特直接煉鉛技術(shù)是世界上先進(jìn)的煉鉛技術(shù)，該技術(shù)的獨(dú)特之處在于生產(chǎn)在一臺(tái)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，爐料不需燒結(jié)，能耗低，環(huán)保性好。我廠是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)使用基夫賽特爐煉直接煉鉛技術(shù)的廠家。CDF連續(xù)脫銅爐作為基夫賽特爐的下道工序，處于基夫賽特爐和鉛電解的咽喉部位。CDF爐鉛液循環(huán)泵作為CDF連續(xù)脫銅爐鉛液溫度控制的關(guān)鍵設(shè)備，我廠選用的CDF爐循環(huán)泵為國(guó)內(nèi)首臺(tái)國(guó)產(chǎn)化鉛液循環(huán)泵，其使用對(duì)國(guó)內(nèi)基夫賽特爐直接煉鉛技術(shù)有重要借鑒意義。

關(guān)鍵詞：CDF爐;鉛液;鉛液循環(huán)泵;鉛液;螺旋軸

中圖分類號(hào)： U642.3+1 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1673-1069（2016）30-177-2

1 ?基本工藝過(guò)程

基夫賽特爐產(chǎn)出的粗鉛經(jīng)排鉛口排出，以熔融狀態(tài)加入連續(xù)脫銅爐進(jìn)行脫銅，脫銅后粗鉛含銅0.07～0.08%，然后加入熔鉛鍋進(jìn)一步脫銅精煉，除去粗鉛中對(duì)電解有害的銅、錫等雜質(zhì)，調(diào)整銻含量，達(dá)到符合電解精煉要求的合格粗鉛?；蛸愄貭t的粗鉛經(jīng)溜子加入到連續(xù)脫銅爐（CDF）中。連續(xù)脫銅爐的目的是通過(guò)冷卻粗鉛使銅析出，進(jìn)入冰銅相，并浮于熔池表面。連續(xù)脫銅爐主要由粘土磚和鉻鎂磚砌筑而成，爐內(nèi)設(shè)3道高度各不相同的隔墻將熔池分成4部分（原料室、產(chǎn)物室、返回室和循環(huán)室），以控制粗鉛在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，并有助于脫銅后的粗鉛流入一側(cè)的放鉛鍋。爐內(nèi)的粗鉛從循環(huán)室出發(fā)，通過(guò)鉛液循環(huán)泵以一定的速度（～300t/h）經(jīng)由返回通道回到爐子中，在這個(gè)連續(xù)的循環(huán)過(guò)程中，通過(guò)冷卻盤管使粗鉛得到冷卻。爐子兩端頭分別裝有2個(gè)天然氣燒嘴，用以將爐膛溫度維持在1280～1320℃之間。為生成冰銅，需連續(xù)加入熔融的硫，并在爐內(nèi)始終維持著一層250-300mm厚的冰銅層，使渣與下面的較冷的粗鉛隔離開(kāi)。鉛液循環(huán)泵就是起著維系CDF連續(xù)脫銅爐鉛液循環(huán)并控制爐內(nèi)溫度的作用。

2 ?最初設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

CDF爐鉛液循環(huán)泵的用途是將CDF循環(huán)鍋中的液態(tài)鉛輸送到其冷卻鍋中。前期的設(shè)計(jì)是根據(jù)國(guó)外有限的資料和設(shè)計(jì)院提供的技術(shù)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。以下是當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)技術(shù)條件：

① 輸送物料：液態(tài)粗鉛，溫度：正常420℃，最大480℃，考慮溫度范圍0～600℃;液態(tài)粗鉛密度：10.5t/m3，黏度：2.5厘斯托克;

②輸送量Q=50m3/h（正常），最大60m3/h;揚(yáng)程H=1.1m（正常），最大H=1.2m;泵入深度：0.8m

③結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：泵的形式：多級(jí)螺旋;軸的排列：垂直;倍增級(jí)數(shù)：Nr=1;螺旋級(jí)數(shù)：Nr=5;螺旋直徑：～290mm;套管內(nèi)徑：～300mm;螺桿轉(zhuǎn)速：300～700;螺旋間距：～150;螺桿長(zhǎng)度：～700;軸徑：110mm;設(shè)計(jì)壓力：5bar;設(shè)計(jì)溫度：500℃

④材料：套管和螺旋：AISI316;軸：AISI304

⑤傳動(dòng)特性：齒輪箱形式：空心軸;低速軸：300～400;高速軸： 1200～1500;減速比：～1：4;電動(dòng)機(jī)安裝功率：18kW;極數(shù)：4;轉(zhuǎn)速：1500rpm;電壓/頻率/相數(shù)：400/50/3;保護(hù)：IP65;轉(zhuǎn)速控制：逆變器。

⑥作業(yè)方式：連續(xù)作業(yè)。

根據(jù)原有以上技術(shù)條件設(shè)計(jì)的產(chǎn)品圖紙如圖一所示。

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圖一

鉛液循環(huán)泵分別是由1下泵殼、2螺旋軸、3上泵殼、4支撐座、5減速電機(jī)、6聯(lián)軸器組件、7安裝座、8安裝支架等組成。其工作原理是：通過(guò)合理地選擇減速機(jī)的減速比，使得電機(jī)的轉(zhuǎn)速在減速機(jī)的作用下降低到所需轉(zhuǎn)速，從而帶動(dòng)螺旋軸的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)的螺旋軸，使鉛液沿螺旋軸垂直提升，通過(guò)出鉛口流出以實(shí)現(xiàn)其工作。為了根據(jù)CDF爐爐況合理地控制鉛循環(huán)泵的流量，通過(guò)變頻控制系統(tǒng)進(jìn)一步控制螺旋軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行鉛液流量的調(diào)節(jié)。

以上設(shè)計(jì)在最初的工藝條件下基本能夠滿足生產(chǎn)要求，也達(dá)到了不需要從國(guó)外進(jìn)口的目的。

3 ?使用效果

經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間的使用以及生產(chǎn)工藝條件改變以后，該設(shè)備逐漸暴露出很多問(wèn)題，頻繁出現(xiàn)故障，給生產(chǎn)和維修都帶來(lái)很大的麻煩?，F(xiàn)在將出現(xiàn)的問(wèn)題逐一羅列如下：

①因?yàn)樯a(chǎn)工藝需要更大的流量，為了達(dá)到目的只有將電機(jī)的頻率通過(guò)變頻器調(diào)高頻率，導(dǎo)致了減速電機(jī)在高溫下容易損壞，而原有減速電機(jī)采用的某進(jìn)口品牌的擺線減速電機(jī)，在維修和備件采購(gòu)方面都比較麻煩。

②原有的軸承支座購(gòu)買的某進(jìn)口品牌標(biāo)準(zhǔn)軸承支座，但其內(nèi)部的深溝球軸承并不適合這種軸向承重的工況，軸承不耐用。

③因?yàn)檗D(zhuǎn)速的提高，經(jīng)常導(dǎo)致螺旋軸從聯(lián)軸器里面脫出，給維修帶來(lái)很大的麻煩。

④為了解決螺旋軸從聯(lián)軸器里面脫出的問(wèn)題，只有通過(guò)在聯(lián)軸器的頂端通過(guò)圓螺母的來(lái)固定其軸向運(yùn)動(dòng)。接踵而來(lái)出現(xiàn)的問(wèn)題是螺旋軸因其長(zhǎng)徑比太大，盡管對(duì)其做了動(dòng)平衡補(bǔ)償，但還是在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候出現(xiàn)了撓度，導(dǎo)致螺旋葉片與下泵殼磨損嚴(yán)重，也使螺旋軸頻繁斷裂。且斷裂的螺旋軸無(wú)法修復(fù)，因材料昂貴也消耗了不少的備件經(jīng)費(fèi)。

⑤泵使用后，鉛會(huì)黏結(jié)在泵殼內(nèi)壁和螺旋軸的葉片以及泵的出液口，并且隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，黏結(jié)厚度會(huì)越來(lái)越厚，隨著黏結(jié)厚度的增加，泵內(nèi)鉛液過(guò)流通道會(huì)變狹小，從而導(dǎo)致泵的流量變小，最終導(dǎo)致不以有滿足工藝流要求需要解體鉛泵清理結(jié)鉛。通常在我廠根據(jù)爐況，這個(gè)清鉛周期約為二十到二十五天，當(dāng)泵經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期清理后，兩泵殼結(jié)合法蘭面會(huì)變形，導(dǎo)致兩半泵殼結(jié)合面密封性下降，泵愨結(jié)合面漏鉛。

4 ?技術(shù)改進(jìn)過(guò)程

針對(duì)以上出現(xiàn)的問(wèn)題，我廠逐一進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，現(xiàn)將改進(jìn)過(guò)程描述如下：

4.1 針對(duì)問(wèn)題1

因?yàn)樯a(chǎn)工藝需要更大的流量，為了達(dá)到目的只有將電機(jī)的頻率通過(guò)變頻器調(diào)高頻率，導(dǎo)致了減速電機(jī)在高溫下容易損壞，而原有減速電機(jī)采用的進(jìn)口品牌的擺線減速電機(jī)，在維修和備件采購(gòu)方面都比較麻煩。為了減少電機(jī)本身在高頻率下的發(fā)熱問(wèn)題，直接將減速機(jī)的速比由原來(lái)的i=3.81改為i=5.30，在不用提高頻率的情況下就能滿足生產(chǎn)工藝，電機(jī)的自身發(fā)熱問(wèn)題得到了解決，擺線減速機(jī)改為硬齒面斜齒輪減速機(jī)，更能適應(yīng)高溫惡劣的工況，品牌由原來(lái)訂貨困難的進(jìn)口品牌改為容易采購(gòu)的SEW品牌。減速電機(jī)的問(wèn)題得到了解決。

4.2 針對(duì)問(wèn)題2

原有的軸承支座為購(gòu)買的某進(jìn)口品標(biāo)準(zhǔn)軸承支座，但其內(nèi)部的深溝球軸承并不適合這種軸向承重的工況，軸承不耐用。

我們拆解了該進(jìn)口品牌的軸承支座，進(jìn)行了測(cè)繪。我們測(cè)繪的結(jié)果看到原有的軸承全部采用深溝球軸承，于是我們?cè)跍y(cè)繪的圖紙基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，我們把箱體由原來(lái)鑄鐵的箱體改為和焊接結(jié)構(gòu)箱體，在制造難度及強(qiáng)度上都有很大的改善，更為重要的是軸承的選型上完全不一樣了，下部采用一對(duì)圓錐滾子軸承，可以承受強(qiáng)大的軸向載荷，上端的單列深溝球軸承改為雙列深溝球軸承，更為穩(wěn)定。軸端部安裝聯(lián)軸器位置車了固定聯(lián)軸器的圓螺母螺紋。

4.3 針對(duì)問(wèn)題3

因?yàn)檗D(zhuǎn)速的提高，經(jīng)常導(dǎo)致螺旋軸從聯(lián)軸器里面脫出，給維修帶來(lái)很大的麻煩。

我們?cè)诎炎铋_(kāi)始的螺旋軸由兩個(gè)M10的螺釘軸向固定改為兩個(gè)圓螺母固定，并加了止動(dòng)墊片防松，解決了問(wèn)題。

4.4 針對(duì)問(wèn)題4

螺旋軸因其長(zhǎng)徑比太大，盡管對(duì)其做了動(dòng)平衡補(bǔ)償，但還是在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候出現(xiàn)了撓度，導(dǎo)致螺旋葉片與下泵殼磨損嚴(yán)重，也使螺旋軸頻繁斷裂。且斷裂的螺旋軸無(wú)法修復(fù)，因材料昂貴也消耗了不少的備件費(fèi)用。我們采取的技術(shù)改進(jìn)措置是在泵軸的底部安裝一個(gè)滑動(dòng)軸承來(lái)支承螺旋軸，使螺旋軸的葉片始終與下泵殼保持合理的間隙，這樣螺旋軸和下泵殼都不會(huì)磨損。但普通的滑動(dòng)軸承并不能耐高溫和腐蝕，在CDF爐里面耐受不了幾天，所以采用陶瓷基體的滑動(dòng)軸承，既耐高溫也耐磨損。

改進(jìn)示意圖如下：

<E：＼123＼中小企業(yè)管理與科技·下旬刊201610＼97-197＼3-2.jpg>

圖二

4.5 針對(duì)問(wèn)題5

鉛泵下泵殼結(jié)合面多次拆裝清鉛后結(jié)合面變形，我們通過(guò)加密法蘭結(jié)合面背面加強(qiáng)筋，筋間距由原來(lái)的200mm加密到100mm，強(qiáng)度增加，使得法蘭經(jīng)過(guò)多次拆裝后不易變形。

經(jīng)過(guò)以上的技術(shù)改進(jìn)之后現(xiàn)在的CDF爐鉛液循環(huán)泵已經(jīng)持續(xù)6個(gè)月無(wú)故障運(yùn)行，消耗的備件僅為陶磁基的滑動(dòng)軸承，在使用性能和維護(hù)成本上都有較大的改善，可以說(shuō)是一件非常成功的技術(shù)改進(jìn)。

5 ?結(jié)語(yǔ)

CDF連續(xù)脫銅爐循環(huán)泵為國(guó)內(nèi)首臺(tái)國(guó)產(chǎn)化鉛液循環(huán)泵，我廠在國(guó)內(nèi)初次使用大流量大揚(yáng)程的鉛液循環(huán)泵過(guò)程中做了大量的嘗試工作，摸索出了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，取得了很好的應(yīng)用效果。在經(jīng)過(guò)一系列的改造之后，目前該種鉛液循環(huán)泵使用穩(wěn)定，技術(shù)較為成熟，其功能已能滿足工藝生產(chǎn)需求，故障率大大降低，節(jié)約了大量的備件費(fèi)用和檢修費(fèi)用，為工藝連續(xù)生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。當(dāng)前，節(jié)約能源，環(huán)境保護(hù)，可持續(xù)發(fā)已經(jīng)越來(lái)越為世界各國(guó)所關(guān)注，鉛液循環(huán)泵的應(yīng)用，為推動(dòng)基夫賽特這一先進(jìn)的直接煉鉛技術(shù)具有借鑒意義。