进口卡尔多炉工作原理及设备安装

张 亮

（铜陵有色金冠铜业，安徽铜陵 244000）

1 设备概况

铜陵有色金冠铜业铜阳极泥项目卡尔多炉，属于顶吹旋转转炉系列熔炼设备，系瑞典奥图泰公司最新开发的R 型升级版，有效容积2 m3。可以对铜阳极泥进行熔炼和处理，以生产银合金。卡尔多炉附属设备包括喷枪系统、燃料控制装置、氧气控制装置、喷枪冷却系统、液压站等。

2 设备生产工艺原理

卡尔多炉炉体可旋转并具有倾转功能。炉体倾转到相对于水平轴28°时，炉内炉料开始熔炼和还原反应，在此位置，炉体同时以工艺设定的速度围绕纵轴旋转。炉体倾转角度根据加料、炉料混合及预热、熔炼/还原/精炼、出渣、出液等工艺流程而变化。

卡尔多炉安装在轴承座上，通过炉壳封闭。炉体顶部炉口既是烟气排出的出口，同时也是喷枪的入口。燃料和还原气体通过喷枪进入炉内进行熔炼处理。炉体下方是封闭的沉箱区域，炉渣或是熔融的金属液在此处排放。

工艺烟道和喷枪靠近炉口固定，当炉体倾转至工作位置时，喷枪才能进入炉内。炉体中部装有定位环，通过弹性元件（奥图泰专利产品）与炉体连接，弹性元件不仅起到连接作用，还可以在一定范围内消除炉体产生的热膨胀，同时维修简单、便利。

当卡炉处于工作位置时，炉体上的定位环通过耳轴环上的2 只托轮以及炉底的旋转驱动轴支撑，此时炉体才能以最大速度旋转。在托轮对面、耳轴环内侧装有2 只缓冲器，一旦炉体与水平轴线倾转超过90°时，可以起到支撑作用，此时炉体不能旋转。

炉底旋转驱动轴安装在耳轴环下部中间位置的轴承装置上，通过带有扭力臂的液压马达驱动，这些部件通过护罩隔离来自炉体和下方包子产生的热辐射。

耳轴环耳轴上安装有倾转轴承，轴承装配在轴承箱内，轴承箱与下方的基座连接，基座与混凝土基础中的预埋件固定。倾转驱动马达及其扭力臂安装在倾转轴外端，扭力臂同时固定在炉体基础上。倾转驱动马达相对应侧的倾转轴承在安装时允许有一定程度的轴向位移，此侧还装有液压旋转接头，液压油通过倾转轴作为依托通道向旋转马达供油。

另外，如遇停电或紧急制动，通过液压站液压蓄能器压力控制，喷枪能够自动从炉内退出，并且炉体可以手动倾转到所需的位置。在紧急模式下，控制系统不再工作。炉体倾转和旋转扭矩大小应视炉衬、炉料、炉口熔融物等的状况而定。

3 设备结构及主要零部件

3.1 炉体和定位环及附件（图1）

炉体由上下两部筒体焊接而成，上部筒体紧固螺栓装有弹性套，用来防止因炉体内衬膨胀造成螺栓变形；下部筒体通过法兰与上部筒体、炉底驱动轴连接，炉内侧耐火砖下焊有一个椭圆形封头；炉体中部焊有法兰，用以连接装配定位环和炉体之间的弹性元件。

将破碎榨汁后的苹果汁分装到500 mL的三角瓶中，装液量为400 mL，在苹果汁中分别接种酿酒酵母（CICC 32130），接种量为 6%，接种浓度为 1×104 cfu/mL，称取不同质量的缬氨酸、亮氨酸及苯丙氨酸添加到苹果汁发酵液中，使得苹果汁发酵液中氨基氮的添加达到0、50、100、150、200 mg N/L的浓度，在 20 ℃进行恒温发酵，发酵过程中当二氧化碳失重量不再变化时则发酵结束。发酵结束后蒸馏取样，测定苹果白兰地中异丁醇、异戊醇及苯乙醇含量。

图1 炉体、定位环及附件

为了防止热辐射，炉体和定位环之间敷设有绝热材料；炉渣裙板用来防止炉口坠物，保护炉体部件。

弹性元件主要是为了应对炉体在受热膨胀后的尺寸变化。如果炉壳温度不超过设计允许值，弹性元件可以把热应力控制在可控范围内。

3.2 耳轴环和支撑臂（图2）

耳轴环承载着炉体及其旋转，由钢板焊接，内部中空，呈环形结构。其内部中空处安装有2 只托轮，支撑臂则悬挂焊接在环形结构上，用以支撑旋转轴承箱。倾转轴与耳轴环两端连接。

图2 耳轴环和支撑臂

耳轴环总成部件包括：①包含倾转轴和内置液压硬管等在内的焊接和机加工结构件；②2 只带石墨润滑的托轮总成；③旋转轴承总成；④2 只缓冲器；⑤旋转锁紧装置。

隔热盖板用以保护旋转驱动装置免受下方包子的热辐射。用于旋转驱动的液压油通过中空的倾转轴和支撑臂上的液压管道进行输送。

耳轴环上部装有机械锁。在设备维护时，必须使用该锁，以防止炉体旋转。

3.3 托轮

托轮总成包括带轴托轮和轴承箱。

耳轴环内面的中空部分安装有2个托轮，可使炉子在旋转过程中保持原位，托轮通过承箱固定在耳轴环上。如果定位环和托轮受到磨损，可以通过调整托轮轴承箱垫片（调节块）使炉体维持在正确运行位置。

3.4 旋转轴承总成

3.5 旋转驱动

炉体通过液压系统驱动，沿炉体纵向轴旋转。旋转驱动安装在炉体底部的旋转轴上。旋转轴安装在耳轴环支撑臂的中间轴承装置上，这样的轴承设计使驱动在受热膨胀时依然可随炉体正常运行。这种设计还可以解决定位环和托轮回转造成的径向变化。旋转驱动通过一个防护板阻挡包子的热辐射来进行保护。由于旋转驱动的倾斜半径大于炉口的倾斜半径，炉罩和工艺烟道限制了炉体的倾斜，因此卡尔多炉无法倾转360°。卡炉带有连锁回路，以避免炉体与工艺烟道碰撞。

3.6 倾转驱动

炉体/耳轴环整体通过倾转驱动倾转。驱动单元通过壳形联轴器安装在倾转轴上，联轴器承受最大的倾转扭矩。倾转驱动主要构成：液压马达，制动器，行星齿轮减速机，扭力臂。

液压马达产生的扭力通过与倾转轴连接的齿轮装置进行传递。在倾转过程中如出现断电，必须使用紧急驱动。紧急驱动包括一个在紧急情况下可手动进行倾转的液压蓄能器。

4 卡尔多炉安装程序

4.1 基础准备

安装前清理安装区域，依据基础、设备轮廓、土建图纸，确定必要的中心线和水平线。

4.2 基础验收

（1）基础外形、中心线、标高、地脚螺栓（预埋铁件），实测尺寸与图纸尺寸相对照，应符合表1 要求。

（2）基础实测及验收数据（图3）。

（3）预埋件（图4）。卡炉通过基础预埋件固定。

（4）倾动轴承箱基座。轴承基座通过预埋件螺栓与混凝土基础固定，轴承箱通过螺栓与轴承基座固定。耳轴环一端安装在驱动侧的一个固定的滚柱轴承上，另一端的滚柱轴承允许轴向移动。

表1 基础验收标准

图3 基础实测及验收数据

4.3 设备主要部件安装次序

基础复测→基础交接验收→喷枪吊架安装（与顶板焊接）→卡炉工艺管道（鹅颈管）安装→喷枪安装→卡炉倾转轴承座安装及调整→卡炉倾转轴承座二次灌浆→卡炉旋转支架安装、调整→卡炉自转液压马达安装、调整→卡炉炉体安装→卡炉应急烟道、烟道应急盖安装→液压管道安装→润滑加脂及其他附件安装→试运行→交工验收。

以上工序中喷枪支架必须第一步安装，鹅颈管紧随其后安装固定，安装卡炉旋转支架前，此两项必须安装完成，否则空间不足，无法安装。

其中喷枪系统安装尤为重要。喷枪系统（图5）通过液压驱动，使喷枪小车在喷枪梁上作上下直线移动，以实现相应动作和功能。

图4 预埋件

图5 喷枪系统

安装前，必须建立熔炉倾转中心坐标以及工艺烟道和喷枪支架的水平线和中心线。将喷枪梁放置到位，用螺栓将其前部（朝向炉体侧）与框架连接；临时固定喷枪梁尾部；将喷枪安装在喷枪小车上；移动前部支撑轮，使得喷枪位于最低处；将液压软管连接到喷枪上的液压马达，使喷枪小车完全沿着小车梁试运行，确保喷枪自如地进入烟气罩；使喷枪运行到前部位置，调整前部支撑轮，与喷枪间隙2 mm；当喷枪位于尾部时，检查驱动齿轮与齿条之间的运动间隙；喷枪运行自如后，根据图纸正式固定喷枪梁尾部；将所有软管连接到喷枪上。试运行喷枪，检查所有软管连接位置是否合适；调整位置变送器。

5 结语

卡尔多炉集熔炼、吹炼还原、铜合金于一体,其特点是系统流程简单,结构紧凑，能耗低,噪声小,能完全密闭，因而可以防止排放物溢散，可满足最严格的环境要求，是贵金属冶炼工艺重要的发展方向。