鉍轉爐旋轉側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)

鉍轉爐旋轉側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)

介紹了鉍轉爐的結構、運行環境及工作特點。同時針對運行中存在的實際問題闡述了相關的改造方法。特別從工藝出發，分析了鉍轉爐空載負重旋轉側移的原因，提出了可行、有效的改造方案，對實際生產具有指導意義。

鉍轉爐;側移原因分析;鉍轉爐改造

1 鉍轉爐的組成

鉍工序4#轉爐為臥式側吹轉爐，其主體包括爐殼、爐襯、爐口、風口、托輪、轉動輪齒圈等部分。除本體部分，配套設備包括燃燒系統 (顏式燃燒器)、動力系統 (電機、減速機、齒輪副)、控制系統 (帶限位保護的控制系統)、投料系統(行車物料運送設備)、出料系統 (澆鑄槽及運送設備)、環保系統 (冷卻系統、收塵系統、煙氣系統)、爐口清理系統 (各類耙、齒)等，該型號轉爐具有處理量大、反應迅速快、氧利用率高、高溫冶煉能形成自然熔池等優點，承擔著我工序鉍粗煉、高銻鉛冶煉以及鉛陽極泥貴鉛冶煉等繁重作業。作業分時復用，按照車間生產任務和爐況進行靈活、有序調整，最大化設備的有效利用率。同時，臥式側吹轉爐為周期性作業，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 鉍轉爐在運行中的側移現象

目前臥式側吹轉爐正朝著大型化、自動化方向發展，使用前景較好。但在轉爐使用過程中，轉爐負重轉動時爐體會明顯發生側移，具體規律為:當鉍轉爐順時針旋轉時，包括投料結束后水平歸位以及放渣、放冰銅、放鉍液，由驅動端向自由端側移;當鉍轉爐逆時針旋轉時，包括放料結束準備投料，由自由端向驅動端側移。我工序曾因轉爐旋轉側移導致托輪凸緣擠裂托輥軸承座，原因之一即是轉爐側移;原因之二即是自由端側的托輪安裝錯誤。

3 鉍轉爐側移原因分析

3.1 鉍轉爐的結構及作業特點

鉍轉爐爐殼為臥式圓筒，用40～50 mm厚的鋼板卷制焊接而成，爐體中間嵌有爐口，兩側焊接弧形端蓋，靠近兩端蓋附近安裝支撐爐體的托輪，驅動側和自由側各一個，托輪既能支撐爐體，同時加固爐體結構。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上。電機經減速箱驅動小齒輪，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動，進行投料或者澆鑄。投料口與放料口在爐體轉動中合二為一、分時共用。轉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承擔，因此驅動側一端鑲有凸緣，自由側則沒有。某些轉爐則在充分計算爐體受熱膨脹而設有足夠間隙以后在自由側和驅動側的拖輪上均設有凸緣。

臥式側吹轉爐的風口設置在轉爐一側，我工序4#轉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。燃燒器軸線與轉爐軸線傾斜安置，即燃燒器軸線與轉爐軸線(水平線)成3.0°～7.5°放置，適當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形成死角，容易形成爐結。

3.2 鉍轉爐生產工藝及爐結形成的原因

鉍轉爐粗煉包括備料、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，應盡量減少冰銅產量。分析可知冰銅主要成分為Cu2S、PbS以及FeS。為除去Cu、Pb雜質，應投入足夠的S元素造冰銅渣。同時，鐵對硫化鉍實行置換反應以生成出金屬鉍，因此也必須有足夠的Fe元素。轉爐熔煉主要反應如下［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，爐內某些還原氣氛較強的區域，則易還原出金屬Fe。金屬砷與金屬鐵反應生成 Fe3As2、Fe2As3、Fe5As3，即形成黃渣爐結 (第一類黃渣爐結)。另一類爐結為積鐵爐結，其主要成分是Fe3O4，熔點1 579℃，以轉爐煉鉍的溫度 (1 150℃ ～1 250℃)來看，極難熔化，易堆積在轉爐頭尾及爐底。柴油由驅動端向自由端高速噴吹，燃燒在自由端一側較為充分，因此自由端側溫度較高，混料及高溫溶液混合均勻。噴吹輸入側溫度較低且容易形成機械死角，因此爐結更易堆積在驅動端爐頭。

3.3 鉍轉爐側移的內在力學原因分析

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

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

4 解決鉍轉爐側移的理論依據及方案

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

4.1 減少爐結生成

1)減少第一類黃渣爐結生成。通過均勻混料，使爐內區域還原氣氛均勻且不能過強，實踐中則是當氧化渣多時，無煙煤混料均勻，數量適中，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，使得置換反應快速進行;

2)減少第二類積鐵爐結生成。當黃渣爐結到一定量時，迅速洗爐，減少黃渣爐結生成積鐵爐結。若已經生成，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

以積鐵爐結為例，其主要成分是Fe3O4，該物質在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。反應如下:

在高溫熔煉環境下，金屬Fe可使Fe3O4還原成FeO造渣除去。反應如下:

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，而貴鉛再經氧化精煉后進一步富集形成粗銀合金，進而經濕法冶煉最終提取陽極泥中的銀。如此將鉍轉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。

4.3 均衡爐頭、爐尾兩端的爐結重量

因轉爐為臥式側吹轉爐，均衡爐頭爐尾爐結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生成量。

4.4 轉爐多點位燃燒，融化爐結

通過改變轉爐的位置、角度，使爐結充分暴露在顏式燃燒器的高溫燃燒區域，高溫熔化。但是考慮到轉爐爐體的使用壽命以及轉爐動力系統在多點位靜置燃燒時產生的巨大負荷，實際上不宜采用。

5 結論

從鉍冶煉工藝及鉍轉爐運動的特點來看，轉爐旋轉時發生側移的本質是冶煉過程中產生的爐結在轉爐首尾分布不均衡，導致轉爐旋轉時在自由端和驅動端產生的力矩不均衡。即設備故障的內因實為工藝所致。雖可通過設備改造適當緩解側移危害，但未從本質上解決問題，鉍冶煉達到一定冶煉周期后轉爐側移不可避免。因此，通過工藝控制減少鉍冶煉過程中的爐結生成，以及采取定期冶煉鉛陽極泥生產貴鉛清洗爐結，可有效減輕鉍轉爐周期性側移的危害。

［1］朱 云，徐瑞東，李 堅．冶金設備 ［M］．北京:冶金工業出版社，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:中南大學出版社，2004．

［4］《鉛鋅冶金學》編委會，鉛鋅冶金學 ［MJ］．北京:科學出版社，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，主要從事機械設計及設備管理工作。