DOC《氧气斜吹转炉结构及传动系统的优化》

氧气斜吹转炉结构及传动系统的优化 汤红才,季婷,邵德刚 (金川集团股份有限公司 铜冶炼厂,甘肃金昌 737100) 摘要:近年来,江铜、金隆铜业及祥光铜业均进口了氧气斜吹转炉,基本满足了生产的要求,但也存在一些缺点和不足.

如江铜进口的氧气斜吹转炉传动效率低,能耗大;

摩擦副备件磨损大,寿命低;

摩擦副备件寿命后期,炉体振动大,导致旋转速度变缓,吹炼效率受到制约.同时备件进口和维护成本高、困难大.通过实践,对氧气斜吹转炉传动结构的多次优化和改进,很好地解决了传动机构维护量大、对生产作业影响大等问题. 关键词:铜冶炼;

氧气斜吹转炉;

结构;

优化 中图分类号:TF811;

TF806.26 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2016)02-0000-00 Optimization on Structure and Driving System of Oxygen Oblique Blown Converter TANG Hong-cai, JI Ting, SHAO De-gang (Copper Smelter of Jinchuan Group, Jinchang 737100, Gansu, China) Abstract: Oxygen Oblique Blown Converters have been imported and utilized in Jiangxi Copper, Jinlong Copper, and Xiangguang Copper in recent years, which can meet production requirements but remain increasing problems to be addressed, including low driving efficiency and high energy consumption, heavy wear and short service life of friction pair, slow rotating speed and poor converting efficiency due to heavier vibration of furnace body at end service life of friction pair, as well as high maintenance cost of imported spare parts. After optimization and modifications on driving structure of Oxygen Oblique Blown Converters, the problems as heavy maintenance of driving system and big impact on productivity have been solved. Key words: copper smelting;

Oxygen Oblique Blown Converter;

structure;

optimization 氧气斜吹转炉结构紧凑,设有完全密闭的环保集烟罩,操作环境良好,可满足最严格的环保要求,尤其是处理低品位杂铜时经济效益好.处理杂铜时熔炼、吹炼可在同一个熔炉内完成,集鼓风炉、转炉功能于一体.氧气斜吹转炉处理废杂铜不需进行原料的预处理,从粉尘到大块(0.5 m)都可直接入炉.杂铜与熔剂用箕斗加料机批量加入氧气斜吹转炉,以重油或天然气为燃料,使用富氧空气(或纯氧)进行吹炼,经熔炼、吹炼产出粗铜,粗铜熔体放入铜包,用吊车加入阳极炉(或倾动炉)进一步精炼成为阳极铜. 近年来我国有色冶炼企业,如江铜、金隆及祥光铜业,相继进口了多台氧气斜吹转炉,基本满足了生产的要求,但是也存在一些缺点和不足,如江铜进口的氧气斜吹转炉传动效率低,能耗大;

摩擦副备件磨损大,寿命低;

摩擦副备件寿命后期,炉体振动大,导致旋转速度变缓,吹炼效率受到制约.同时备件进口和维护成本高、困难大.

1 现有氧气斜吹转炉结构及传动系统存在的问题 1.1 炉体结构及传动方式 目前,我国使用的国产氧气斜吹转炉是兰石集团化工有限公司为江铜和西部矿业设计加工制造、安装调试交付使用的13 m3氧气斜吹转炉,使用状况主要是设备使用寿命低,检修频繁.其炉体大滚圈半年需要更换一次,支撑辊、摩擦副及配套电机4个月需要更换一次,生产效率低. 1.2 氧气斜吹转炉炉口烟气外溢严重 氧气斜吹转炉的炉口与固定烟罩的距离约为400 mm,漏风率大,据投产之初测试的数据显示,进入制酸系统的气量只有17

000 m3/h(标态,下同),出口含尘浓度1.2~1.5 g/m3,烟气无法正常回收,无法达到环保要求,制约氧气斜吹转炉的生产,同时现场作业环境恶劣,影响岗位人员身体健康. 1.3 氧气斜吹转炉加料卷扬布局不合理 氧气斜吹转炉加料主要依靠加料小车通过卷扬进行加料,由于设计缺陷,加料小车卷扬放置在加料小车侧面的二楼平台上,卷扬钢丝绳通过5个滑轮的变向完成传动,由于滑轮之间距离小,钢丝绳经常会出现打弯、磨损现象,使用寿命低. 收稿日期:2015-09-01 作者简介:汤红才(1969-),男,云南建水人,高级工程师.

2 氧气斜吹转炉结构的优化 2.1 炉体结构的优化及传动系统的优化 2.1.1 炉体设备 氧气斜吹转炉是一个衬有耐火砖的钢制容器,传统氧气斜吹转炉由炉身、弹性元件、滚圈、回转轮、倾动托轮、底座及传动系统等零部件构成.其结构图如图1所示. 图1 氧气斜吹转炉原结构图 Fig.1 Original structure diagram of Oxygen Oblique Blown Converter 氧气斜吹转炉传统的回转驱动系统由4台电动机通过万向轴带动4个回转轮,通过摩擦副将扭矩传递到炉体上,从而完成炉体的回转运动.这种回转驱动方式由于采用摩擦传动形式,能耗高,效率低,备件(回转轮)使用寿命短.由其结构决定了4个驱动回转轮在工作时外圆线速度应相同,因此要做到精确控制转速难度非常大;

同时,4个回转轮轴线必须平行、最高点母线必须在同一平面之内,因此驱动系统的调试相当繁琐. 针对以上问题,我们对炉体旋转结构进行改进优化设计,将摩擦副传动改造为直联传动,具体改进结构[1-4]如图2所示. 图2 氧气斜吹转炉改造后的结构图 Fig.2 Structure diagram of Oxygen Oblique Blown Converter after optimization 2.1.2 氧气斜吹转炉传动系统的优化 2.1.2.1 氧气斜吹转炉的复合传动结构 氧气斜吹转炉由一个炉体、夹持机构和倾翻系统及回转驱动系统等几个大部件组成.夹持机构可夹持炉体在装有托轮的底座上以0~1.0 r/min的速度作360?的倾翻;

当炉体倾斜至与水平夹角为28?的工作角度时,回转驱动系统驱动炉体,应冶炼工艺的要求绕纵向轴以一定的速度旋转,旋转速度的变化范围为0.5~15 r/min,从而完成物料的冶炼过程. 在氧气斜吹转炉传动系统改进中,底部驱动机构创新性增加了一种降低能耗、提高工作效率,延长备件(回转轮)使用寿命,能够实现精确控制炉体转速的底部驱动机构.具体底部传动的结构见图3和图4[5]. 1-液压马达;

2-传动轴;

3-兜梁;

4-鼓形齿式联轴器;

5-端面键;

6-连接轴 图3 机构在设备使用中的视图 Fig.3 View of bottom driving system on use 1-液压马达;

2-传动轴;

3-兜梁;

4-鼓形齿式联轴器;

5-端面键;

6-连接轴 图4 底部驱动的结构图 Fig.4 Structure diagram of bottom driving system 2.1.2.2 氧气斜吹转炉的复合传动的特点 液压马达作为主要的能量传递源负责将能量传动输出,液压装置重点起到调速作用.这样的复合传动方式能够在很大程度上提升传动能力,使调速范围增大.相比传统结构具有以下优点: 1)由于本传动装置为底部直连的驱动方式,扭矩的传递是通过花键实现的,因此比传统的侧部4台电机驱动的摩擦驱动方式降低了能耗,提高了传动效率. 2)由于动力来源于1台液压马达,因此整体设备的回转速度可以得到精确控制. 3)由于采用鼓形齿式联轴器,对炉体轴线与液压马达轴线的同轴度要求有所降低,同时鼓形齿式联轴器对炉体底部的角位移进行补偿,这样简化了设备整体的安装调试难度. 4)由于采用底部驱动机构,使得整台设备中的回转轮由主动轮蜕变为被动旋转,因此减小了回转轮的磨损,延长了使用寿命. 2.1.3 液压马达兜梁优化 兜梁采用箱形梁结构,为了给出较为合理的设计方案,有必要对截面宽度和高度进行优化,表1给出了9组参数下,兜梁的最大应力.从表1可以看出,选择截面尺寸为300 mm*300 mm*10 mm时,最大应力为152 MPa,最大位移为4.77 mm,是较为合理的.箱形梁结构的最大应力在下横梁与斜撑梁的结合部位,在所有........