转炉设备改造浅析

陈博，柏莉，2

（1.兰州理工大学，甘肃兰州730000；2.白银矿冶职业技术学院，甘肃白银730900）

转炉设备改造浅析

陈博1，柏莉1，2

（1.兰州理工大学，甘肃兰州730000；2.白银矿冶职业技术学院，甘肃白银730900）

摘要：由于白银有色集团铜业公司现有生产能力只能达到50 kt/a，而生产熔炼系统如贮矿、配料及物料运输等部分设备能力尚有富余，转炉系统与新建回转式阳极炉系统之间能力不匹配造成的超负荷生产所带来的安全隐患。同时转炉因未设置密闭烟罩，造成严重的二氧化硫烟气低空污染，致使操作环境十分恶劣。所以对转炉及与之相配套辅助设施的改造——即转炉系统的设计改造。本论述介绍了在转炉的设计中，参照国内外转炉设备的选用经验，结合本单位实际，采用了符合转炉发展趋势的Φ4.0×11 m的150 t的大型P-S转炉。并对转炉的相关参数及系统配置、驱动装置及事故防倾转装置，收尘系统的工艺流程的以及及控制系统的设计进行了介绍。

关键词：机械制造及其自动化；转炉；设备；改造

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.03.007

1　铜业公司转炉的现有状况

铜业公司是白银有色集团的主体骨干企业，1960年建成投产。由于受历史、体制、企业经济效益等多方面因素影响，铜业公司未能及时对系统落后的技术装备、工艺、污染严重的环境进行全面改造。

目前，白银有色集团铜业公司生产能力只能达到50 kt/a，而生产熔炼系统如贮矿、配料及物料运输等部分设备能力尚有富余，转炉系统与新建回转式阳极炉系统之间能力不匹配造成的超负荷生产带来了很大的安全隐患；同时，原3#转炉因未设置密闭烟罩，大量烟气从炉口外泄，二氧化硫外泄量达3 kt/a，严重的二氧化硫烟气低空污染，致使操作环境十分恶劣。因此，在以污染治理为目的的扩建技术改造项目中，对转炉及配套辅助设施的改造——即转炉系统的设计改造就成为了重点工作。

2　转炉的改造

2.1转炉选型及系统配置

不同的铜冶炼厂家，由于产量、规模以及铜矿品位不同，所采用的转炉炉型、尺寸有所不同，但其吹炼原理是一样的，都是通过将空气或富氧空气鼓入转炉，搅拌炉内的熔体，并与之进行物理化学反应。目前，在全球铜冶炼企业中使用的转炉主要有卧式转炉、斜吹氧转炉和虹吸式转炉三种。

大多数铜冶炼企业采用卧式碱性转炉，也称Pierce-Smith转炉，简称P-S转炉，它是铜硫吹炼的主要设备，具有操作简单、效率高等优点。目前，约有80%以上的铜硫是由P-S转炉吹炼的。

目前，转炉设备的主要发展方向为规模大型化，大型转炉具有热容量大、在作业周期内炉衬寿命长、炉温变化小、生产效率高等优点。因此，当前对转炉的设计，特别是P-S转炉的设计有向大型化发展的趋势，而且转炉的大型化、机械化，连续化，可以保证低的投资和经营费用，从而降低成本，提高企业在市场上的竞争力。

铜业公司根据转炉的发展趋势和自身生产要求，结合以往技术改造的经验和国内外的先进技术，采用用Φ4.0×11 m的150 t转炉代替原有Φ2.6×5 m的60 t转炉。在炉身设计有风眼56个，以便满足对送风强度以及配套捅风眼机操作的要求。炉体由数块钢板卷制而成，然后拼接对焊而成。炉体的强度不需用纵横加强肋板，而采用适当增加炉体厚度的方式。不需开设检修用孔门，待焊接完成后采用整体退火消除内应力。滚圈和炉体的固定方式采用平键连接。这种连接结构装配比较方便，而且如果选择得当，既可发挥其对炉体的固定作用，又可以控制热应力。转炉的风眼固定在炉体外壳上，它由球阀和风眼座等零件组成。当捅风眼时，可能会有高压空气由风眼漏出并产生巨大的噪音。所以，在转炉的风眼上设计有消音器，从而降低了车间噪声，改善了工人的劳动条件。

2.2转炉驱动装置

转炉主传动系统主要由开式齿轮、交流电动机、圆柱齿轮和平面二次包络面蜗轮组合式减速器等组成。该传动系统选用组合式减速器，其传动比大、结构紧凑，且具有自锁的优点，当系统制动器出现异常时，利用其自锁性能起到安全保护的作用。

2.3转炉事故倾转驱动装置

转炉在送风过程中一旦发生停电，转炉的送风机停止运转，冰铜倒流入转炉的送风口中，从而造成送风口堵塞，设备不能正常使用。因此，转炉除了设有普通的倾转装置外，为了防止此类事件的发生，需要设计配套的事故倾转装置，一但在生产过程中发生停电事故，这个装置就可以自动运行，转炉在该装置的驱动下，倾转到送风口脱离熔体液面的位置之上，从而避免冰铜倒灌，堵塞进风口。

转炉防事故倾转采用直流电动机驱动。转炉正常倾转时采用主驱动用交流电动机。当突然发生交流电停电后，蓄电池可以马上向事故倾转用直流电动机提供电源，直流电动机经过减速器驱动转炉炉体倾转到安全位置。

2.4工艺流程

转炉工序配置了三台Φ4.0×11的转炉，其中两台转炉热态进行期交换作业，一台冷态备用或炉修。冰铜由包子吊车装入转炉后，进行送风吹炼。转炉吹炼为间断作业，分造渣期和造铜期。转炉送风时率为87.38%。造渣期从风口鼓入浓度约为23%的富氧空气，造渣反应结束后，停止送风，将渣从炉口倒入约12 m3的渣包内，由主厂房行车吊至轨道渣包车，运至渣缓冷场，同闪速炉渣一样，经渣选车间选矿处理，渣精矿返回闪速炉。在造铜期，留在炉内的白冰铜与鼓入的空气中的氧反应，生成品位为98.5%的粗铜。转炉产出的粗铜倒入约8.5 m3粗铜包内，再经包子吊车送往阳极精炼工序。每台转炉配备有熔剂加料系统、残极加料机、机械捅风眼机和炉口清理机等机械化设备。转炉作业周期为5.17 h，每天需吹炼4.65炉。闪速熔炼炉、转炉产出的烟气经余热锅炉回收余热后，烟气温度降至350℃左右，同时烟气中夹带的烟尘也大量沉降下来，锅炉烟尘经破碎后返回闪速熔炼炉。从余热锅炉排出的烟气，经沉尘室及电收尘器进一步捕集烟尘，使出口烟气含尘浓度降至0.5 g/Nm3以下，由高温风机送制酸工序。

2.5收尘系统工艺设计

由转炉产出的含尘约42.73～109.41 g/Nm3，温度1 150℃左右的烟气，经烟罩漏风和余热锅炉回收余热生产蒸汽后，烟气降温至380℃左右，与此同时，烟气中所带烟尘也大量沉降下来；余热锅炉排出含尘16.13～41.29 g/Nm3的烟气进入球形烟道、沉尘室及转炉电收尘器净化，使其含尘浓度净化至0.5 g/Nm3以下，净化后的烟气与闪速炉系统的烟气汇合后进入制酸工序。

余热锅炉、球形烟道捕集的烟尘贮存在烟尘罐中，由叉车将其运到烟尘处理系统的烟尘破碎筛分工序进行处理，处理后返回闪速炉；沉尘室及电收尘器捕集的烟尘含砷的氧化物等较高，呈浅灰色或灰白色，称为白烟尘，通过埋刮板输送机送往白烟尘仓后包装外卖。

转炉收尘系统的流程简图见图1所示。

图1　转炉收尘系统的流程简图

2.6控制系统

转炉的控制系统采用自动控制，也可以实现手动控制，即减轻操作人员的劳动强度，也提高了工作效率，并保证了控制方式可靠安全。各设备之间都采用联锁控制，控制系统中的电气、仪表系统采用西门子公司的PLC控制。实时数据和以往的历史数据均可以显示并且打印成表。为生产分析、事故诊断和处理提供详实准确的数据，该控制系统具有较高的自动化水平，同时使得转炉在运行中具有较高的可靠性。

3　结束语

转炉系统通过2年的生产，主要的工艺技术指标达到或超过当初设计要求，产量也满足铜业公司需求。解决了长期困扰企业的低空污染等环保问题，转炉设备改造工程获得成功。

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中图分类号：TF806.26

文献标识码：A

收稿日期：2016-1-21

作者简介：陈博（1972-），女，汉族，硕士，高级工程师，主要研究方向：机械设计理论及机电一体化技术。 通讯作者：柏莉（1978-），女，汉族，大学本科，讲师，主要研究方向：机械设计。