新型加残极机组的设计与改进

刘占彬

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

0 前言

近年来，火法炼铜工艺常采用底吹熔炼+转炉吹炼、底吹熔炼+底吹吹炼(简称双底吹)等流程，无论是转炉吹炼还是底吹吹炼均需要加入大量铜质冷料调热。该铜质冷料一般是湿法电解后的残铜阳极板或者废杂铜。对于转炉的加冷料方式，国内外多用吊车吊起船型加料器直接从炉口加入或加残极机组从烟罩侧面加入。加残极方式需要满足冶炼工艺指标、效率和环保等诸多方面的要求。各种方式有其自身优缺点，选择时需综合考虑炉形的适应性，如吊车吊运船型加料器给转炉加残极作业的方案就存在如下问题：

(1)加冷料必须停止吹炼，延长了作业时间，降低了工作效率。

(2)停止吹炼，将影响转炉烟气制酸的效率和稳定性。

(3)停止吹炼，炉口转出烟罩加料时，大量烟气和粉尘外溢，污染环境。

在底吹吹炼工艺中加残极同样需要避免上述问题，因此在借鉴转炉加残极机组的基础上，改进设计了一种用于底吹吹炼炉加残极的自动化机组。该机组是把从电解车间打包的残极一垛一垛的从底吹吹炼炉的顶部加料口加入。配置本机组后，将可以在吹炼过程中连续加残极，能够有效解决吹炼炉加残极的瓶颈问题。

1 加残极机组的现状研究

国内目前在用的加残极机组多是在转炉车间给转炉加残极。机组形式是在20世纪80年代引进日本住友链板式加残极机组的基础上国产化的。由于车间管理问题或所用残极垛的问题，国产化后的加残极机组实现不了自动运行功能，基本都分为两段手动控制，即装残极垛阶段和机组输送阶段的手动控制。在装残极垛阶段，需要用叉车搬运装载残极垛，但是堆放区残极垛摆放混乱，且垛下无托架，叉车叉垛操作困难，经常使残极片错位或散垛，而使得残极垛变的更加凌乱。进而造成机组对残极垛的适应性大打折扣；在把残极垛放置于机组上的过程中，对叉车的操作水平要求较高，经常发生残极垛放置不到位的状况。在机组输送阶段，由于残极垛的不规则性，在转运过程中定位不准，经常卡阻，增加大量运行维护工作，对操控人员的经验判断较为依赖，机组运行效率较低。

生产实践中发现，残极垛的不规则有两方面原因造成：其一，残极从电解车间堆垛打包转运到堆放区过程中，残极垛发生形变或打包带断裂散垛而不规则。其二，单片残极因电解过程不均匀而薄厚不同，甚至缺块或掉耳，使残极垛叠放不均。国内一些技术工作者曾先后研制过诸如垂直加残极机组等不同形式的加残极机组，因对残极垛特性考虑不足，导致设备故障较多、输送不畅。本文结合上述研究，在底吹炼铜项目中进行了新型加残机机组的设计与改进。

本文所阐述的加残极机组是根据铜冶炼“双底吹”工艺的需求开展的，“双底吹”的配置有两种方式，一台底吹熔炼炉+一台底吹吹炼炉和一台底吹熔炼炉+两台底吹吹炼炉。因此，加残极机组也相应的有两种方式，即一台机组给一台底吹吹炼炉加残极(简称单炉加残极机组)和一台机组为两台底吹吹炼炉加残极(简称双炉加残极机组)。以下主要介绍单炉加残极机组的设计研究工作。

2 单炉加残极机组的组成

单炉加残极机组是机电液一体化自动化机组(如图1所示)，由机械部分、液压系统、润滑系统和电仪系统四大部分组成。其中机械部分包含整形装置、链板式提升输送机、推垛装置、升降装置、投炉装置和密封装置等单机及辅助设备。液压系统包含整形液压系统、推垛及投炉液压系统两部分。润滑系统为微型智能润滑系统。电仪系统由控制系统和监控系统等控制软硬件组成。

1.整形装置 2.链板式提升输送机 3.投炉装置 4.推垛装置 5.升降装置 6.密封装置图1 单炉加残极机组

3 工作原理及主要技术参数

3.1 工作原理

铜残极是铜阳极板在电解车间电解后产出，用残极洗涤机洗涤后，进入堆垛打包机打包成残极垛，然后转运至加残极机组附近的堆放区。加残极时，用叉车把残极垛放置到链板提升输送机尾部装料位置上，链板提升输送机前进一个垛位到整形工位。在此整形装置对残极垛进行整形，同时尾部装料位置上再次放置一个残极垛，依次装垛整形，直至排满整个链板式提升输送机。当首个残极垛达到推垛工位后，推垛装置下降启动，把残极垛推至升降装置上，升降装置把残极垛降至投炉工位，投炉装置启动，把残极垛投入吹炼炉中。循环操作，实现连续加残极工作。

加残极机组自动控制系统采用PLC控制，使用行程开关、光电开关及接近开关检测各机构动作位置和运行状态。整个机组的各单体设备互相联锁，通过PLC实现对液压、电机等执行元件的控制，使机组各机构自动完成工作循环。监控系统设置在三个位置：叉车装残极垛位置，推垛位置和投炉位置，在控制室设置显示屏分割画面实时监控。

3.2 主要技术参数

为某冶炼厂设计的加残极机组的主要技术参数如下：

生产能力30 t/h

残极垛重量 600 kg/垛

残极垛尺寸 1 300 mm×1 300 mm×300 mm

片数 10片/垛

每垛循环节拍 ～70 s

链板输送机电动机功率 110 kW

4 机组的设计与改进

4.1 链板式提升输送机的改进

原链板式提升输送机单组链节长度为1 800 mm，每组链节设置一组挡块。在实际生产中，由于叉车工驾驶叉车挑运残极垛时，叉子每次处于残极垛底的深浅比较随机，导致残极垛被放置于链板式提升输送机立板上的位置不同，有时靠前，有时靠后，偏差较大。当残极垛被运送至推垛装置工作区时，经常出现后一残极垛与前一残极垛间距离小于原设计尺寸(如图2所示)的情况，影响推垛装置推板下降进行推垛操作。有些冶炼厂则废弃推垛装置，直接通过链板输送机运行的动力，让后一残极垛推进前一残极垛的方式转运。另外，前后残极垛的残极板之间犬牙交错，交叉受力，容易造成残极垛严重散垛，使得后续设备无法实现自动运行。为解决上述问题，本次设计将单组链节长度增加至2 100 mm，链板上设4列立板，在立板上设置一组挡块，防止残极垛下滑；优化链板上的立板间距，立板间距大于叉车叉子宽度，便于放置残极垛和安全退出。

本次设计残极垛打包方式为双带“井”字型，提高残极垛的质量，并在堆放区设置带机械限位的托架，残极垛放置在限位的托架上；叉车的叉子设置机械限位器，使叉子位置与托架限位匹配，简化叉车操作工的工作难度，叉车叉子挑起残极垛的位置固定，实现定位取残极垛。在链板式提升输送机的尾部设置定位装置，使装残极垛动作标准化，把残极垛准确的放置于链板式提升输送机合适的位置上，提升了机组运行的可靠性。由于链节节距增大，两残极垛之间间隙便于推垛装置工作。

1.残极垛 2.推板 3.残极垛图2 残极垛位置对比

4.2 整形装置的设计与改进

整形装置采用两个液压缸相对伸出，两个推板同时平推残极垛两侧，实现对残极垛的整形，通过增加推板宽度，优化推点的位置，使有形变的残极垛相对规则，使有位置偏移的残极垛回到链板式提升输送机正确的位置上，避免提升输送过程中的卡阻、碰撞、散垛，影响后续工作。

4.3 推垛装置及升降装置的设计与改进

推垛装置用于将链板式提升输送机上的残极垛转运至可升降的钢平台上。残极垛在运行到推垛位后，设置于链板式提升输送机头部的推垛装置下降，采用电动机驱动的水平刚性链进行推运，替代复杂的液压系统。升降装置是承接推垛装置从链板式提升输送机转运来的的残极垛，通过电动机驱动的垂直刚性链托举钢平台升降，亦代替复杂的液压系统，为投炉做准备。

4.4 投炉装置的设计与改进

投炉装置是把升降装置钢平台上的残极垛投到底吹吹炼炉内。采用液压缸安装推板的结构，推板下面增设滑轮支承，推板双侧设置导向杆导向，提高投炉过程运行的稳定性。推板平推着残极垛从升降平台上向前通过密封装置，运行至吹炼炉加料口内。

4.5 密封装置的设计与改进

以往的加残极机组投炉装置和炉子烟罩结合位置采用的是单门密封结构，投炉装置和密封门联锁。因为是单层门，投炉装置启动时，密封门打开，残极垛被推入炉口的过程中，炉口和外界连通，大量的烟气外逸。本次设计改为双门密封结构，形成密封腔，投炉装置、两层门互相联锁。投炉装置启动前，密封装置的前门打开，残极垛被推入密封腔内，前门关闭，后门打开，残极垛继续前行滑至炉口内。投炉装置的推板缩回，后门关闭，前门打开，投炉装置复位。炉口和外界总处于隔绝状态，在负压的作用下，有效防止烟气外逸。

4.6 润滑系统设计与改进

原加残极机组采用油枪加油或手动干油站加油，效率低，环境差。本次设计采用全系统集中智能润滑，定时定量对各相应的润滑点供油，并自带在线监测装置，缺油或有故障时自动报警。

4.7 控制方式设计与改进

本机组设计有“自动”“手动”“点动”几种操作控制方式，各种控制在操作台上完成，可实现远程自动控制和就地手动控制的切换。自动控制时，装残极垛后，各单体设备之间在联锁状态下按预设节拍自动运行。手动控制和点动操作主要用于检修、调试及单机试车，以便于检查机构是否正常及调整各行程开关位置。

4.8 检测装置的设计与改进

原链板式提升输送机上残极垛位置的检测用的基本都是接近开关或光电开关，检测的是一条线或一个面，残极垛自身的不规则性以及运送过程的移位，经常导致检测的不准确或漏检。本设计将推垛装置下方需要检测残极垛位置的光电开关改为光栅检测装置(如图3所示)。光栅检测装置发射源发射出的是一个光幕，形成一个长方体的区域，可准确检测出残极垛是否运送到位。例如在推垛位置区域设置光栅检测装置，该装置可适应边缘参差不齐的残极板垛的位置检测，使推垛机构自动、可靠工作。

图3 检测装置对比

5 总结

“双底吹”工艺吹炼过程中，为了防止过热反应，加残极是生产过程的关键工作，配套加残极机组将有效解决吹炼炉工艺需求。本加残极机组的设计是在对残极垛的特性、打包效果、各冶炼厂的残极形式等充分调研的基础上，深入研究，与“双底吹”工艺要求相结合，对各单体设备的细节进行了优化，能够更好的提升输送转运残极垛的可靠性、安全性和稳定性，显著提高机组的工作效率，改善工人的工作环境。