自動(dòng)捅風(fēng)眼機(jī)在轉(zhuǎn)爐上的應(yīng)用

龔思南，徐東祥

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424）

捅風(fēng)眼機(jī)是銅冶煉轉(zhuǎn)爐的關(guān)鍵設(shè)備之一，是保證吹煉工藝過程順利進(jìn)行必不可少的輔助設(shè)備［1，2］。貴溪冶煉廠熔煉車間目前有PS轉(zhuǎn)爐9臺，生產(chǎn)中6用3備，采用的吹煉模式為不完全期交互吹煉。通過動(dòng)力送風(fēng)機(jī)鼓入的空氣及富氧和爐內(nèi)熔體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，為了確保送風(fēng)量及送風(fēng)壓力，必須保證風(fēng)管通風(fēng)橫截面積，因此要進(jìn)行捅風(fēng)眼作業(yè)。

1 工藝簡介

銅精礦經(jīng)閃速爐熔煉，把精礦中的脈石和部分硫、鐵除掉，而銅仍以硫化物與鐵的硫化物組成冰銅（Cu+Fe+S＝85%～95%），冰銅由包子吊車運(yùn)至轉(zhuǎn)爐，進(jìn)行送風(fēng)吹煉，把冰銅中的硫和鐵幾乎全部氧化除去而得到粗銅（Cu98.5%～99.5%），金、銀等貴金屬熔于粗銅中。冰銅的吹煉過程是分周期進(jìn)行的，作業(yè)分為造渣期和造銅期，如圖1所示。

在造渣期，從風(fēng)口向爐內(nèi)熔體中鼓入空氣或富氧空氣。通過空氣的攪拌，冰銅中的硫化亞鐵被氧化，生成氧化亞鐵和二氧化硫；氧化亞鐵再與添加的熔劑中的二氧化硅進(jìn)行造渣反應(yīng)。造渣反應(yīng)一結(jié)束，暫時(shí)停止送風(fēng)，把渣從爐口倒入包子中，再渣包車送往選礦車間，進(jìn)行選礦處理，回收渣中的銅。

圖1 轉(zhuǎn)爐吹煉過程示意圖

在造銅期，留在爐內(nèi)的白冰銅（主要以Cu2S的形式存在）與鼓入的空氣中的氧反應(yīng)，生成粗銅和二氧化硫煙氣。粗銅由包子吊車加入陽極爐，進(jìn)一步進(jìn)行火法精煉，鑄造成陽極板（Cu 99.3%以上），送往電解車間，進(jìn)行電解精煉。吹煉產(chǎn)生的煙氣經(jīng)廢熱鍋爐回收余熱后，經(jīng)沉塵室和電收塵器進(jìn)行收塵處理后，送硫酸車間制酸。

2 現(xiàn)狀分析

在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，無論是造渣期還是造銅期，供風(fēng)情況對轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)率、轉(zhuǎn)爐的操作均有較大的影響。轉(zhuǎn)爐的吹煉最重要的參數(shù)是風(fēng)口的送風(fēng)能力。由于風(fēng)口處氧化氣氛強(qiáng)烈，熔體中的鐵氧化成高熔點(diǎn)的磁鐵渣粘結(jié)在水平風(fēng)管的前端，減小風(fēng)管通風(fēng)橫截面積，造成送風(fēng)能力下降，引起送風(fēng)壓力上升，送風(fēng)量下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起爐內(nèi)熔體噴濺，甚至于送風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振。因而要進(jìn)行必要的捅風(fēng)眼作業(yè)，清除掉水平風(fēng)管前端的粘結(jié)物，保證風(fēng)眼暢通，送風(fēng)量正常。目前車間捅風(fēng)眼作業(yè)都是由人工進(jìn)行，主要存在以下問題。

2.1 作業(yè)時(shí)間長，工作量大

每臺轉(zhuǎn)爐每爐次的吹煉時(shí)間約5.5～6 h，在吹煉期間，每爐次造銅1期、造銅2期捅風(fēng)眼的時(shí)間約為30 min，每爐次造渣1期、造渣2期捅風(fēng)眼的時(shí)間約為40 min，每天每臺轉(zhuǎn)爐約有5 h捅風(fēng)眼時(shí)間。轉(zhuǎn)爐每個(gè)班有兩名專門捅風(fēng)眼作業(yè)人員，現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐實(shí)行四班三運(yùn)轉(zhuǎn)制度，有八名轉(zhuǎn)爐操作工。

2.2 占用人力資源，作業(yè)效率不高

轉(zhuǎn)爐實(shí)行四班三運(yùn)轉(zhuǎn)制度，每個(gè)班必須配備兩名員工進(jìn)行捅風(fēng)眼，且人工捅風(fēng)眼的速度慢，精準(zhǔn)性不高，有時(shí)需要進(jìn)行反復(fù)作業(yè)，影響生產(chǎn)節(jié)奏。

2.3 存在安全隱患

1.轉(zhuǎn)爐在進(jìn)行造渣期吹煉作業(yè)時(shí)爐內(nèi)壓力較高，捅風(fēng)眼過程中經(jīng)常是火星飛濺，捅出的氧化渣通過風(fēng)眼口飛出，有時(shí)候會(huì)有煙塵大塊掉落，甚至出現(xiàn)噴爐現(xiàn)象，這都給爐后捅風(fēng)眼人員造成傷害。

2.操作工捅風(fēng)眼的操作水平不一，存在捅風(fēng)眼不準(zhǔn)捅壞風(fēng)口設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)，若風(fēng)眼設(shè)備損壞，就會(huì)影響到轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)節(jié)奏。

3 捅風(fēng)眼機(jī)全自動(dòng)化改造

為了消除人工捅風(fēng)眼機(jī)存在的問題，對捅風(fēng)眼機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)化改造。捅風(fēng)眼機(jī)主要由鋼結(jié)構(gòu)本體、機(jī)械驅(qū)動(dòng)部分、氣動(dòng)捅打部分、電動(dòng)控制部分、齒條緩沖部分組成。捅風(fēng)眼機(jī)工作原理是：在捅風(fēng)眼機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)本體上放置兩根捅風(fēng)眼的釬桿，在電動(dòng)控制部分和機(jī)械驅(qū)動(dòng)部分共同作用下，捅風(fēng)眼機(jī)行走到規(guī)定的位置，在氣動(dòng)部分和齒條緩沖部分共同作用下進(jìn)行精準(zhǔn)捅風(fēng)眼操作［3，4］。

3.1 鋼結(jié)構(gòu)本體部分改造

對原有捅風(fēng)眼機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，達(dá)到自動(dòng)全自動(dòng)捅風(fēng)眼本體的要求。

1.拆除駕駛室，使整個(gè)捅風(fēng)眼機(jī)的本體顯得更加清爽。

2.在原有的驅(qū)動(dòng)部分的基礎(chǔ)上進(jìn)行改遷，使之滿足自動(dòng)運(yùn)行要求。

3.增設(shè)整體護(hù)罩，增強(qiáng)設(shè)備抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

4.捅風(fēng)眼機(jī)本體增加配重，滿足驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)的需要。

5.其余部分按照本體要求進(jìn)行加固，增設(shè)定位塊。

3.2 機(jī)械驅(qū)動(dòng)部分

原來的驅(qū)動(dòng)方式為三相異步防爆電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液力耦合器，液力耦合器驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)帶動(dòng)鏈輪、鏈條，鏈輪帶動(dòng)齒輪軸行走。這種方式存在兩大缺點(diǎn)：（1）液力耦合器傳動(dòng)有不確定性相序偏差，不便于風(fēng)眼口的定位；（2）鏈條傳動(dòng)屬于柔性連接，使用過程鏈條容易拉長，導(dǎo)致使用一段時(shí)間后風(fēng)眼口的定位不準(zhǔn)，因此必須對機(jī)械部分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

改成伺服防爆電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)帶動(dòng)膜片聯(lián)軸器，聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)小齒輪軸進(jìn)行行走，這樣可以消除機(jī)械行走驅(qū)動(dòng)部分帶來的偏差。

3.3 氣動(dòng)部分

通過定性分析和定量計(jì)算，在風(fēng)眼機(jī)氣缸的后部增加汽包，改變氣路中閥體的直徑，提高捅風(fēng)眼的力量，并排氣口設(shè)置在軌道齒條上方，作業(yè)時(shí)可以利用排氣吹掃運(yùn)行軌道。

3.4 電儀部分

通過PLC控制系統(tǒng)，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和步進(jìn)量，消除捅風(fēng)眼機(jī)頻繁啟動(dòng)對電機(jī)帶來的傷害，也提高了捅風(fēng)眼的精準(zhǔn)性。同時(shí)在PLC程序中設(shè)置起始和終止兩個(gè)原點(diǎn)，消除整體運(yùn)行的累計(jì)誤差。

改造后的全自動(dòng)捅風(fēng)眼機(jī)是可編程控制器技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、傳感器技術(shù)、伺服定位技術(shù)的完美結(jié)合，將智能一鍵操作取代人工操作。全程可視化的監(jiān)控，不出控制室就能知曉捅風(fēng)眼作業(yè)情況。

4 應(yīng)用效果

1.全自動(dòng)捅風(fēng)眼機(jī)的運(yùn)行速度比人工捅風(fēng)眼更快，并且采用兩頭定位，兩頭校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了行走更精準(zhǔn)，使用上更穩(wěn)定，提高了轉(zhuǎn)爐的作業(yè)時(shí)率，完全滿足工藝生產(chǎn)的需要，達(dá)到了減員增效的目的。

2.自動(dòng)風(fēng)眼機(jī)能夠替代人工機(jī)械捅風(fēng)眼機(jī)，完成捅風(fēng)眼、清風(fēng)眼等一系列生產(chǎn)操作，并且精準(zhǔn)的操作提升了釬桿使用壽命。

3.工藝操作物料容易落在爐后平臺，影響定位的精準(zhǔn)性，而自動(dòng)捅風(fēng)眼機(jī)行走改在緩沖墻上面，比人工捅風(fēng)眼機(jī)現(xiàn)有的行走更合理、故障的影響更小。

4.自動(dòng)捅風(fēng)眼機(jī)可自動(dòng)調(diào)節(jié)捅鉗子的深度，能有效提升釬桿的使用壽命，實(shí)現(xiàn)了降本增效目標(biāo)。

5 結(jié) 語

全自動(dòng)捅風(fēng)眼機(jī)的研發(fā)應(yīng)用是智能工廠建設(shè)的需要，也是貴溪冶煉廠推行智慧冶煉、引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的使命。同時(shí)也改變工人的工作環(huán)境和勞動(dòng)強(qiáng)度，當(dāng)全面推廣自動(dòng)通風(fēng)眼后可實(shí)現(xiàn)減員增效，后續(xù)在不斷的使用過程中還將進(jìn)一步完善設(shè)備的性能。