鉍轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)側(cè)移的原因分析及對策*

朱貞平

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655011)

鉍轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)側(cè)移的原因分析及對策*

朱貞平

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 曲靖 655011)

介紹了鉍轉(zhuǎn)爐的結(jié)構(gòu)、運行環(huán)境及工作特點。同時針對運行中存在的實際問題闡述了相關(guān)的改造方法。特別從工藝出發(fā)，分析了鉍轉(zhuǎn)爐空載負重旋轉(zhuǎn)側(cè)移的原因，提出了可行、有效的改造方案，對實際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

鉍轉(zhuǎn)爐;側(cè)移原因分析;鉍轉(zhuǎn)爐改造

1 鉍轉(zhuǎn)爐的組成

鉍工序4#轉(zhuǎn)爐為臥式側(cè)吹轉(zhuǎn)爐，其主體包括爐殼、爐襯、爐口、風(fēng)口、托輪、轉(zhuǎn)動輪齒圈等部分。除本體部分，配套設(shè)備包括燃燒系統(tǒng) (顏式燃燒器)、動力系統(tǒng) (電機、減速機、齒輪副)、控制系統(tǒng) (帶限位保護的控制系統(tǒng))、投料系統(tǒng)(行車物料運送設(shè)備)、出料系統(tǒng) (澆鑄槽及運送設(shè)備)、環(huán)保系統(tǒng) (冷卻系統(tǒng)、收塵系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng))、爐口清理系統(tǒng) (各類耙、齒)等，該型號轉(zhuǎn)爐具有處理量大、反應(yīng)迅速快、氧利用率高、高溫冶煉能形成自然熔池等優(yōu)點，承擔(dān)著我工序鉍粗煉、高銻鉛冶煉以及鉛陽極泥貴鉛冶煉等繁重作業(yè)。作業(yè)分時復(fù)用，按照車間生產(chǎn)任務(wù)和爐況進行靈活、有序調(diào)整，最大化設(shè)備的有效利用率。同時，臥式側(cè)吹轉(zhuǎn)爐為周期性作業(yè)，存在煙氣波動量大、放渣、放冰銅、放液時煙氣外逸、耐火材料單耗大以及勞動強度惡劣等缺點［1］。

2 鉍轉(zhuǎn)爐在運行中的側(cè)移現(xiàn)象

目前臥式側(cè)吹轉(zhuǎn)爐正朝著大型化、自動化方向發(fā)展，使用前景較好。但在轉(zhuǎn)爐使用過程中，轉(zhuǎn)爐負重轉(zhuǎn)動時爐體會明顯發(fā)生側(cè)移，具體規(guī)律為:當(dāng)鉍轉(zhuǎn)爐順時針旋轉(zhuǎn)時，包括投料結(jié)束后水平歸位以及放渣、放冰銅、放鉍液，由驅(qū)動端向自由端側(cè)移;當(dāng)鉍轉(zhuǎn)爐逆時針旋轉(zhuǎn)時，包括放料結(jié)束準(zhǔn)備投料，由自由端向驅(qū)動端側(cè)移。我工序曾因轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)側(cè)移導(dǎo)致托輪凸緣擠裂托輥軸承座，原因之一即是轉(zhuǎn)爐側(cè)移;原因之二即是自由端側(cè)的托輪安裝錯誤。

3 鉍轉(zhuǎn)爐側(cè)移原因分析

3.1 鉍轉(zhuǎn)爐的結(jié)構(gòu)及作業(yè)特點

鉍轉(zhuǎn)爐爐殼為臥式圓筒，用40～50 mm厚的鋼板卷制焊接而成，爐體中間嵌有爐口，兩側(cè)焊接弧形端蓋，靠近兩端蓋附近安裝支撐爐體的托輪，驅(qū)動側(cè)和自由側(cè)各一個，托輪既能支撐爐體，同時加固爐體結(jié)構(gòu)。托輪安裝在鑄鋼底座上，底座固定在鋼筋混泥土澆筑的基礎(chǔ)上。電機經(jīng)減速箱驅(qū)動小齒輪，再通過齒輪嚙合把運動和動力傳至大齒輪，大齒輪帶動與之固定連接的爐體轉(zhuǎn)動，進行投料或者澆鑄。投料口與放料口在爐體轉(zhuǎn)動中合二為一、分時共用。轉(zhuǎn)爐自由端與煙氣通道 (沉降室相連)，排走冶煉煙氣。

爐體的自由膨脹大部分由自由側(cè)承擔(dān)，因此驅(qū)動側(cè)一端鑲有凸緣，自由側(cè)則沒有。某些轉(zhuǎn)爐則在充分計算爐體受熱膨脹而設(shè)有足夠間隙以后在自由側(cè)和驅(qū)動側(cè)的拖輪上均設(shè)有凸緣。

臥式側(cè)吹轉(zhuǎn)爐的風(fēng)口設(shè)置在轉(zhuǎn)爐一側(cè)，我工序4#轉(zhuǎn)爐由顏式燃燒器提供熱能。顏式燃燒器將一定油壓和流量的柴油打成大量的柴油霧，并在高速空氣的噴吹下充分燃燒，燃燒的柴油霧被從一端高速吹至另一端，形成固定的燃燒加熱路線。燃燒器軸線與轉(zhuǎn)爐軸線傾斜安置，即燃燒器軸線與轉(zhuǎn)爐軸線(水平線)成3.0°～7.5°放置，適當(dāng)增加一定的放置斜度，可以延長高溫柴油的燃燒停留時間，能有效利用熱能。同時，由于柴油燃燒從一端延伸向另一端，可以定性判斷剛開始燃燒的噴吹一側(cè)因柴油未及充分燃燒而迅速被吹走而溫度較低，另一端則較高。高速噴吹的高溫柴油霧及空氣的沖刷易在噴吹一側(cè)形成死角，容易形成爐結(jié)。

3.2 鉍轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝及爐結(jié)形成的原因

鉍轉(zhuǎn)爐粗煉包括備料、投料、熔煉、放渣、放冰銅、放鉍、脫模等步驟。我工序配料比為:氧化鉍渣+冰銅100%、純堿6% ～8%(以投料總重為100%計算)、無煙煤3%(以投料總重為100%計算)、鉍煙塵1.5 t、氧化煙塵1 t、鐵屑若干以及適量螢石粉 (一般約為投料總重的1% ～2%)，共計投料12.5 t左右。

通常情況下，冰銅含鉍是渣含鉍的4倍，因此為提高鉍的直收率和回收率，應(yīng)盡量減少冰銅產(chǎn)量。分析可知冰銅主要成分為Cu2S、PbS以及FeS。為除去Cu、Pb雜質(zhì)，應(yīng)投入足夠的S元素造冰銅渣。同時，鐵對硫化鉍實行置換反應(yīng)以生成出金屬鉍，因此也必須有足夠的Fe元素。轉(zhuǎn)爐熔煉主要反應(yīng)如下［2］:

因氧化鉍中含砷達2%，在還原氣氛下，大量的砷被還原成金屬砷，硫鐵礦中的鐵被氧化成FeO、Fe3O4、Fe2O3。由于煤粉并不是均勻混合，爐內(nèi)某些還原氣氛較強的區(qū)域，則易還原出金屬Fe。金屬砷與金屬鐵反應(yīng)生成 Fe3As2、Fe2As3、Fe5As3，即形成黃渣爐結(jié) (第一類黃渣爐結(jié))。另一類爐結(jié)為積鐵爐結(jié)，其主要成分是Fe3O4，熔點1 579℃，以轉(zhuǎn)爐煉鉍的溫度 (1 150℃ ～1 250℃)來看，極難熔化，易堆積在轉(zhuǎn)爐頭尾及爐底。柴油由驅(qū)動端向自由端高速噴吹，燃燒在自由端一側(cè)較為充分，因此自由端側(cè)溫度較高，混料及高溫溶液混合均勻。噴吹輸入側(cè)溫度較低且容易形成機械死角，因此爐結(jié)更易堆積在驅(qū)動端爐頭。

3.3 鉍轉(zhuǎn)爐側(cè)移的內(nèi)在力學(xué)原因分析

當(dāng)轉(zhuǎn)爐熔煉運行一定周期之后，驅(qū)動端 (爐頭)爐結(jié)量遠超自由端 (爐尾)爐結(jié)。即有爐頭側(cè)托輪的壓力、轉(zhuǎn)動摩擦力、爐頭側(cè)托輪的磨損均大于爐尾側(cè)托輪的各種作用力。當(dāng)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)爐進料時，轉(zhuǎn)動動力由爐頭驅(qū)動端輸入，則壓力大且摩擦大的爐頭轉(zhuǎn)動較爐尾困難，爐體容易向爐尾一端旋轉(zhuǎn)側(cè)移;當(dāng)投料結(jié)束水平歸位時，因爐尾與爐頭力臂相同，而爐頭爐結(jié)量較爐尾重，則爐頭一端的力矩較大，歸位的趨勢和動力更大，就會發(fā)生爐頭一端向下歸位速度更大，導(dǎo)致爐體向爐頭一端側(cè)移。

由此可以看出，爐頭爐尾兩端重力失衡而導(dǎo)致爐體上、下轉(zhuǎn)動過程中力臂失衡是導(dǎo)致爐體轉(zhuǎn)動時發(fā)生側(cè)移的主要因素。此時，爐頭上轉(zhuǎn)困難、下轉(zhuǎn)容易，爐尾則是上轉(zhuǎn)容易、下轉(zhuǎn)困難，從而發(fā)生側(cè)移。其根本原因則是爐結(jié)在爐頭爐尾嚴重分布不均。

4 解決鉍轉(zhuǎn)爐側(cè)移的理論依據(jù)及方案

要解決爐體側(cè)移，首先可以從導(dǎo)致側(cè)移的原因入手，減小爐結(jié)的生成，避免轉(zhuǎn)爐爐頭爐尾產(chǎn)生質(zhì)量懸殊的爐結(jié);其次，可以從如何消除爐結(jié)入手，設(shè)法定期減少或清除爐結(jié) (量);最后，理論上還可以從轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生力矩不平衡的原因入手，采取補平衡的方法，在力矩較小一側(cè)施加差額力矩，確保轉(zhuǎn)爐兩端具有同步轉(zhuǎn)動能量。據(jù)此思路，提出以下方案:

4.1 減少爐結(jié)生成

1)減少第一類黃渣爐結(jié)生成。通過均勻混料，使?fàn)t內(nèi)區(qū)域還原氣氛均勻且不能過強，實踐中則是當(dāng)氧化渣多時，無煙煤混料均勻，數(shù)量適中，以減少還原出金屬砷、鐵;鐵屑盡量用作置換劑置換硫化鉍中的鉍，數(shù)量適中且鐵屑盡量使用含碳高的鑄鐵屑，能有效降低鐵的熔點，使得置換反應(yīng)快速進行;

2)減少第二類積鐵爐結(jié)生成。當(dāng)黃渣爐結(jié)到一定量時，迅速洗爐，減少黃渣爐結(jié)生成積鐵爐結(jié)。若已經(jīng)生成，則可在高溫、過量SiO2以及存在FeS的條件下加鐵屑造渣洗爐。

4.2 周期性清洗爐結(jié)

以積鐵爐結(jié)為例，其主要成分是Fe3O4，該物質(zhì)在SiO2過量的情況下分解溫度僅為1 000℃，因此在鉛陽極泥熔煉時，70% ～80%的Fe3O4能迅速分解造渣。反應(yīng)如下:

在高溫熔煉環(huán)境下，金屬Fe可使Fe3O4還原成FeO造渣除去。反應(yīng)如下:

同時，利用PbO的助溶劑作用，即PbO與難熔的金屬氧化物形成易熔的共晶體或化合物，或PbO將未能結(jié)合成共晶體或化合物的難熔金屬氧化物變得易熔［3］，將積鐵類爐結(jié)除去。

與此同時，利用金屬Pb自身良好的金屬捕集劑作用［4］，可將鉛陽極泥中金、銀等難熔金屬捕集溶解到鉛液中形成貴鉛，而貴鉛再經(jīng)氧化精煉后進一步富集形成粗銀合金，進而經(jīng)濕法冶煉最終提取陽極泥中的銀。如此將鉍轉(zhuǎn)爐定期熔煉鉛陽極泥，既不影響陽極泥濕法提銀，又可周期性清洗爐結(jié)。

4.3 均衡爐頭、爐尾兩端的爐結(jié)重量

因轉(zhuǎn)爐為臥式側(cè)吹轉(zhuǎn)爐，均衡爐頭爐尾爐結(jié)的力矩平衡可行性較小，且均衡多生易縮小爐池的有效熔煉容積，因此最好是減少兩端爐結(jié)生成量。

4.4 轉(zhuǎn)爐多點位燃燒，融化爐結(jié)

通過改變轉(zhuǎn)爐的位置、角度，使?fàn)t結(jié)充分暴露在顏式燃燒器的高溫燃燒區(qū)域，高溫熔化。但是考慮到轉(zhuǎn)爐爐體的使用壽命以及轉(zhuǎn)爐動力系統(tǒng)在多點位靜置燃燒時產(chǎn)生的巨大負荷，實際上不宜采用。

5 結(jié)論

從鉍冶煉工藝及鉍轉(zhuǎn)爐運動的特點來看，轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)時發(fā)生側(cè)移的本質(zhì)是冶煉過程中產(chǎn)生的爐結(jié)在轉(zhuǎn)爐首尾分布不均衡，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)時在自由端和驅(qū)動端產(chǎn)生的力矩不均衡。即設(shè)備故障的內(nèi)因?qū)崬楣に囁?。雖可通過設(shè)備改造適當(dāng)緩解側(cè)移危害，但未從本質(zhì)上解決問題，鉍冶煉達到一定冶煉周期后轉(zhuǎn)爐側(cè)移不可避免。因此，通過工藝控制減少鉍冶煉過程中的爐結(jié)生成，以及采取定期冶煉鉛陽極泥生產(chǎn)貴鉛清洗爐結(jié)，可有效減輕鉍轉(zhuǎn)爐周期性側(cè)移的危害。

［1］朱 云，徐瑞東，李 堅．冶金設(shè)備 ［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2009．

［2］肖金娥，熊德強．鉛陽極泥中鉍的綜合回收 ［J］．湖南冶金，2003，31(6):44－47．

［3］彭容秋．鉛冶金［M］．長沙:中南大學(xué)出版社，2004．

［4］《鉛鋅冶金學(xué)》編委會，鉛鋅冶金學(xué) ［MJ］．北京:科學(xué)出版社，2003．

The Cause Analysis and Countermeasures for Rotating Lateral Displacement of Bismuth Converter

ZHU Zhen－ping
(Yunnan Chihong Zn ＆ Ge Co．，Ltd．，Qujing，Yunnan 655011，China)

The structure，operation environment and the working characteristic of bismuth converter are instructed．In the meantime，the actual issues occur in the operation are also described as well as the improving measures．Especially in the process view，the reason for rotating lateral displacement of bismuth converter with or without load is analyzed．The possible and effective improving proposal is submitted which can guide the actual production．

bismuth converter;reason analysis of lateral displacement;reform bismuth converter

TF806.26

A

1006－0308(2011)05－0036－03

2010－12－12;

2010－04－01

朱貞平 (1982－)，男，云南宣威人，工程師，主要從事機械設(shè)計及設(shè)備管理工作。