自动捅风眼机在转炉上的应用

龚思南，徐东祥

（江西铜业集团公司贵溪冶炼厂，江西贵溪 335424）

捅风眼机是铜冶炼转炉的关键设备之一，是保证吹炼工艺过程顺利进行必不可少的辅助设备［1，2］。贵溪冶炼厂熔炼车间目前有PS转炉9台，生产中6用3备，采用的吹炼模式为不完全期交互吹炼。通过动力送风机鼓入的空气及富氧和炉内熔体进行化学反应，为了确保送风量及送风压力，必须保证风管通风横截面积，因此要进行捅风眼作业。

1 工艺简介

铜精矿经闪速炉熔炼，把精矿中的脉石和部分硫、铁除掉，而铜仍以硫化物与铁的硫化物组成冰铜（Cu+Fe+S＝85%～95%），冰铜由包子吊车运至转炉，进行送风吹炼，把冰铜中的硫和铁几乎全部氧化除去而得到粗铜（Cu98.5%～99.5%），金、银等贵金属熔于粗铜中。冰铜的吹炼过程是分周期进行的，作业分为造渣期和造铜期，如图1所示。

在造渣期，从风口向炉内熔体中鼓入空气或富氧空气。通过空气的搅拌，冰铜中的硫化亚铁被氧化，生成氧化亚铁和二氧化硫；氧化亚铁再与添加的熔剂中的二氧化硅进行造渣反应。造渣反应一结束，暂时停止送风，把渣从炉口倒入包子中，再渣包车送往选矿车间，进行选矿处理，回收渣中的铜。

图1 转炉吹炼过程示意图

在造铜期，留在炉内的白冰铜（主要以Cu2S的形式存在）与鼓入的空气中的氧反应，生成粗铜和二氧化硫烟气。粗铜由包子吊车加入阳极炉，进一步进行火法精炼，铸造成阳极板（Cu 99.3%以上），送往电解车间，进行电解精炼。吹炼产生的烟气经废热锅炉回收余热后，经沉尘室和电收尘器进行收尘处理后，送硫酸车间制酸。

2 现状分析

在转炉吹炼过程中，无论是造渣期还是造铜期，供风情况对转炉的生产率、转炉的操作均有较大的影响。转炉的吹炼最重要的参数是风口的送风能力。由于风口处氧化气氛强烈，熔体中的铁氧化成高熔点的磁铁渣粘结在水平风管的前端，减小风管通风横截面积，造成送风能力下降，引起送风压力上升，送风量下降，严重时会引起炉内熔体喷溅，甚至于送风机发生喘振。因而要进行必要的捅风眼作业，清除掉水平风管前端的粘结物，保证风眼畅通，送风量正常。目前车间捅风眼作业都是由人工进行，主要存在以下问题。

2.1 作业时间长，工作量大

每台转炉每炉次的吹炼时间约5.5～6 h，在吹炼期间，每炉次造铜1期、造铜2期捅风眼的时间约为30 min，每炉次造渣1期、造渣2期捅风眼的时间约为40 min，每天每台转炉约有5 h捅风眼时间。转炉每个班有两名专门捅风眼作业人员，现在转炉实行四班三运转制度，有八名转炉操作工。

2.2 占用人力资源，作业效率不高

转炉实行四班三运转制度，每个班必须配备两名员工进行捅风眼，且人工捅风眼的速度慢，精准性不高，有时需要进行反复作业，影响生产节奏。

2.3 存在安全隐患

1.转炉在进行造渣期吹炼作业时炉内压力较高，捅风眼过程中经常是火星飞溅，捅出的氧化渣通过风眼口飞出，有时候会有烟尘大块掉落，甚至出现喷炉现象，这都给炉后捅风眼人员造成伤害。

2.操作工捅风眼的操作水平不一，存在捅风眼不准捅坏风口设备的风险，若风眼设备损坏，就会影响到转炉的生产节奏。

3 捅风眼机全自动化改造

为了消除人工捅风眼机存在的问题，对捅风眼机进行全自动化改造。捅风眼机主要由钢结构本体、机械驱动部分、气动捅打部分、电动控制部分、齿条缓冲部分组成。捅风眼机工作原理是：在捅风眼机的钢结构本体上放置两根捅风眼的钎杆，在电动控制部分和机械驱动部分共同作用下，捅风眼机行走到规定的位置，在气动部分和齿条缓冲部分共同作用下进行精准捅风眼操作［3，4］。

3.1 钢结构本体部分改造

对原有捅风眼机的结构进行优化改进，达到自动全自动捅风眼本体的要求。

1.拆除驾驶室，使整个捅风眼机的本体显得更加清爽。

2.在原有的驱动部分的基础上进行改迁，使之满足自动运行要求。

3.增设整体护罩，增强设备抗风险能力。

4.捅风眼机本体增加配重，满足驱动平稳的需要。

5.其余部分按照本体要求进行加固，增设定位块。

3.2 机械驱动部分

原来的驱动方式为三相异步防爆电动机带动液力耦合器，液力耦合器驱动减速机，减速机带动链轮、链条，链轮带动齿轮轴行走。这种方式存在两大缺点：（1）液力耦合器传动有不确定性相序偏差，不便于风眼口的定位；（2）链条传动属于柔性连接，使用过程链条容易拉长，导致使用一段时间后风眼口的定位不准，因此必须对机械部分进行重新设计。

改成伺服防爆电动机带动减速机，减速机带动膜片联轴器，联轴器驱动小齿轮轴进行行走，这样可以消除机械行走驱动部分带来的偏差。

3.3 气动部分

通过定性分析和定量计算，在风眼机气缸的后部增加汽包，改变气路中阀体的直径，提高捅风眼的力量，并排气口设置在轨道齿条上方，作业时可以利用排气吹扫运行轨道。

3.4 电仪部分

通过PLC控制系统，控制电机的正反转和步进量，消除捅风眼机频繁启动对电机带来的伤害，也提高了捅风眼的精准性。同时在PLC程序中设置起始和终止两个原点，消除整体运行的累计误差。

改造后的全自动捅风眼机是可编程控制器技术、现场总线技术、传感器技术、伺服定位技术的完美结合，将智能一键操作取代人工操作。全程可视化的监控，不出控制室就能知晓捅风眼作业情况。

4 应用效果

1.全自动捅风眼机的运行速度比人工捅风眼更快，并且采用两头定位，两头校准，实现了行走更精准，使用上更稳定，提高了转炉的作业时率，完全满足工艺生产的需要，达到了减员增效的目的。

2.自动风眼机能够替代人工机械捅风眼机，完成捅风眼、清风眼等一系列生产操作，并且精准的操作提升了钎杆使用寿命。

3.工艺操作物料容易落在炉后平台，影响定位的精准性，而自动捅风眼机行走改在缓冲墙上面，比人工捅风眼机现有的行走更合理、故障的影响更小。

4.自动捅风眼机可自动调节捅钳子的深度，能有效提升钎杆的使用寿命，实现了降本增效目标。

5 结 语

全自动捅风眼机的研发应用是智能工厂建设的需要，也是贵溪冶炼厂推行智慧冶炼、引领行业发展的使命。同时也改变工人的工作环境和劳动强度，当全面推广自动通风眼后可实现减员增效，后续在不断的使用过程中还将进一步完善设备的性能。