铋转炉旋转侧移的原因分析及对策*

朱贞平

(云南驰宏锌锗股份有限公司，云南 曲靖 655011)

铋转炉旋转侧移的原因分析及对策*

朱贞平

(云南驰宏锌锗股份有限公司，云南 曲靖 655011)

介绍了铋转炉的结构、运行环境及工作特点。同时针对运行中存在的实际问题阐述了相关的改造方法。特别从工艺出发，分析了铋转炉空载负重旋转侧移的原因，提出了可行、有效的改造方案，对实际生产具有指导意义。

铋转炉;侧移原因分析;铋转炉改造

1 铋转炉的组成

铋工序4#转炉为卧式侧吹转炉，其主体包括炉壳、炉衬、炉口、风口、托轮、转动轮齿圈等部分。除本体部分，配套设备包括燃烧系统 (颜式燃烧器)、动力系统 (电机、减速机、齿轮副)、控制系统 (带限位保护的控制系统)、投料系统(行车物料运送设备)、出料系统 (浇铸槽及运送设备)、环保系统 (冷却系统、收尘系统、烟气系统)、炉口清理系统 (各类耙、齿)等，该型号转炉具有处理量大、反应迅速快、氧利用率高、高温冶炼能形成自然熔池等优点，承担着我工序铋粗炼、高锑铅冶炼以及铅阳极泥贵铅冶炼等繁重作业。作业分时复用，按照车间生产任务和炉况进行灵活、有序调整，最大化设备的有效利用率。同时，卧式侧吹转炉为周期性作业，存在烟气波动量大、放渣、放冰铜、放液时烟气外逸、耐火材料单耗大以及劳动强度恶劣等缺点［1］。

2 铋转炉在运行中的侧移现象

目前卧式侧吹转炉正朝着大型化、自动化方向发展，使用前景较好。但在转炉使用过程中，转炉负重转动时炉体会明显发生侧移，具体规律为:当铋转炉顺时针旋转时，包括投料结束后水平归位以及放渣、放冰铜、放铋液，由驱动端向自由端侧移;当铋转炉逆时针旋转时，包括放料结束准备投料，由自由端向驱动端侧移。我工序曾因转炉旋转侧移导致托轮凸缘挤裂托辊轴承座，原因之一即是转炉侧移;原因之二即是自由端侧的托轮安装错误。

3 铋转炉侧移原因分析

3.1 铋转炉的结构及作业特点

铋转炉炉壳为卧式圆筒，用40～50 mm厚的钢板卷制焊接而成，炉体中间嵌有炉口，两侧焊接弧形端盖，靠近两端盖附近安装支撑炉体的托轮，驱动侧和自由侧各一个，托轮既能支撑炉体，同时加固炉体结构。托轮安装在铸钢底座上，底座固定在钢筋混泥土浇筑的基础上。电机经减速箱驱动小齿轮，再通过齿轮啮合把运动和动力传至大齿轮，大齿轮带动与之固定连接的炉体转动，进行投料或者浇铸。投料口与放料口在炉体转动中合二为一、分时共用。转炉自由端与烟气通道 (沉降室相连)，排走冶炼烟气。

炉体的自由膨胀大部分由自由侧承担，因此驱动侧一端镶有凸缘，自由侧则没有。某些转炉则在充分计算炉体受热膨胀而设有足够间隙以后在自由侧和驱动侧的拖轮上均设有凸缘。

卧式侧吹转炉的风口设置在转炉一侧，我工序4#转炉由颜式燃烧器提供热能。颜式燃烧器将一定油压和流量的柴油打成大量的柴油雾，并在高速空气的喷吹下充分燃烧，燃烧的柴油雾被从一端高速吹至另一端，形成固定的燃烧加热路线。燃烧器轴线与转炉轴线倾斜安置，即燃烧器轴线与转炉轴线(水平线)成3.0°～7.5°放置，适当增加一定的放置斜度，可以延长高温柴油的燃烧停留时间，能有效利用热能。同时，由于柴油燃烧从一端延伸向另一端，可以定性判断刚开始燃烧的喷吹一侧因柴油未及充分燃烧而迅速被吹走而温度较低，另一端则较高。高速喷吹的高温柴油雾及空气的冲刷易在喷吹一侧形成死角，容易形成炉结。

3.2 铋转炉生产工艺及炉结形成的原因

铋转炉粗炼包括备料、投料、熔炼、放渣、放冰铜、放铋、脱模等步骤。我工序配料比为:氧化铋渣+冰铜100%、纯碱6% ～8%(以投料总重为100%计算)、无烟煤3%(以投料总重为100%计算)、铋烟尘1.5 t、氧化烟尘1 t、铁屑若干以及适量萤石粉 (一般约为投料总重的1% ～2%)，共计投料12.5 t左右。

通常情况下，冰铜含铋是渣含铋的4倍，因此为提高铋的直收率和回收率，应尽量减少冰铜产量。分析可知冰铜主要成分为Cu2S、PbS以及FeS。为除去Cu、Pb杂质，应投入足够的S元素造冰铜渣。同时，铁对硫化铋实行置换反应以生成出金属铋，因此也必须有足够的Fe元素。转炉熔炼主要反应如下［2］:

因氧化铋中含砷达2%，在还原气氛下，大量的砷被还原成金属砷，硫铁矿中的铁被氧化成FeO、Fe3O4、Fe2O3。由于煤粉并不是均匀混合，炉内某些还原气氛较强的区域，则易还原出金属Fe。金属砷与金属铁反应生成 Fe3As2、Fe2As3、Fe5As3，即形成黄渣炉结 (第一类黄渣炉结)。另一类炉结为积铁炉结，其主要成分是Fe3O4，熔点1 579℃，以转炉炼铋的温度 (1 150℃ ～1 250℃)来看，极难熔化，易堆积在转炉头尾及炉底。柴油由驱动端向自由端高速喷吹，燃烧在自由端一侧较为充分，因此自由端侧温度较高，混料及高温溶液混合均匀。喷吹输入侧温度较低且容易形成机械死角，因此炉结更易堆积在驱动端炉头。

3.3 铋转炉侧移的内在力学原因分析

当转炉熔炼运行一定周期之后，驱动端 (炉头)炉结量远超自由端 (炉尾)炉结。即有炉头侧托轮的压力、转动摩擦力、炉头侧托轮的磨损均大于炉尾侧托轮的各种作用力。当转动转炉进料时，转动动力由炉头驱动端输入，则压力大且摩擦大的炉头转动较炉尾困难，炉体容易向炉尾一端旋转侧移;当投料结束水平归位时，因炉尾与炉头力臂相同，而炉头炉结量较炉尾重，则炉头一端的力矩较大，归位的趋势和动力更大，就会发生炉头一端向下归位速度更大，导致炉体向炉头一端侧移。

由此可以看出，炉头炉尾两端重力失衡而导致炉体上、下转动过程中力臂失衡是导致炉体转动时发生侧移的主要因素。此时，炉头上转困难、下转容易，炉尾则是上转容易、下转困难，从而发生侧移。其根本原因则是炉结在炉头炉尾严重分布不均。

4 解决铋转炉侧移的理论依据及方案

要解决炉体侧移，首先可以从导致侧移的原因入手，减小炉结的生成，避免转炉炉头炉尾产生质量悬殊的炉结;其次，可以从如何消除炉结入手，设法定期减少或清除炉结 (量);最后，理论上还可以从转炉旋转时产生力矩不平衡的原因入手，采取补平衡的方法，在力矩较小一侧施加差额力矩，确保转炉两端具有同步转动能量。据此思路，提出以下方案:

4.1 减少炉结生成

1)减少第一类黄渣炉结生成。通过均匀混料，使炉内区域还原气氛均匀且不能过强，实践中则是当氧化渣多时，无烟煤混料均匀，数量适中，以减少还原出金属砷、铁;铁屑尽量用作置换剂置换硫化铋中的铋，数量适中且铁屑尽量使用含碳高的铸铁屑，能有效降低铁的熔点，使得置换反应快速进行;

2)减少第二类积铁炉结生成。当黄渣炉结到一定量时，迅速洗炉，减少黄渣炉结生成积铁炉结。若已经生成，则可在高温、过量SiO2以及存在FeS的条件下加铁屑造渣洗炉。

4.2 周期性清洗炉结

以积铁炉结为例，其主要成分是Fe3O4，该物质在SiO2过量的情况下分解温度仅为1 000℃，因此在铅阳极泥熔炼时，70% ～80%的Fe3O4能迅速分解造渣。反应如下:

在高温熔炼环境下，金属Fe可使Fe3O4还原成FeO造渣除去。反应如下:

同时，利用PbO的助溶剂作用，即PbO与难熔的金属氧化物形成易熔的共晶体或化合物，或PbO将未能结合成共晶体或化合物的难熔金属氧化物变得易熔［3］，将积铁类炉结除去。

与此同时，利用金属Pb自身良好的金属捕集剂作用［4］，可将铅阳极泥中金、银等难熔金属捕集溶解到铅液中形成贵铅，而贵铅再经氧化精炼后进一步富集形成粗银合金，进而经湿法冶炼最终提取阳极泥中的银。如此将铋转炉定期熔炼铅阳极泥，既不影响阳极泥湿法提银，又可周期性清洗炉结。

4.3 均衡炉头、炉尾两端的炉结重量

因转炉为卧式侧吹转炉，均衡炉头炉尾炉结的力矩平衡可行性较小，且均衡多生易缩小炉池的有效熔炼容积，因此最好是减少两端炉结生成量。

4.4 转炉多点位燃烧，融化炉结

通过改变转炉的位置、角度，使炉结充分暴露在颜式燃烧器的高温燃烧区域，高温熔化。但是考虑到转炉炉体的使用寿命以及转炉动力系统在多点位静置燃烧时产生的巨大负荷，实际上不宜采用。

5 结论

从铋冶炼工艺及铋转炉运动的特点来看，转炉旋转时发生侧移的本质是冶炼过程中产生的炉结在转炉首尾分布不均衡，导致转炉旋转时在自由端和驱动端产生的力矩不均衡。即设备故障的内因实为工艺所致。虽可通过设备改造适当缓解侧移危害，但未从本质上解决问题，铋冶炼达到一定冶炼周期后转炉侧移不可避免。因此，通过工艺控制减少铋冶炼过程中的炉结生成，以及采取定期冶炼铅阳极泥生产贵铅清洗炉结，可有效减轻铋转炉周期性侧移的危害。

［1］朱 云，徐瑞东，李 坚．冶金设备 ［M］．北京:冶金工业出版社，2009．

［2］肖金娥，熊德强．铅阳极泥中铋的综合回收 ［J］．湖南冶金，2003，31(6):44－47．

［3］彭容秋．铅冶金［M］．长沙:中南大学出版社，2004．

［4］《铅锌冶金学》编委会，铅锌冶金学 ［MJ］．北京:科学出版社，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

朱贞平 (1982－)，男，云南宣威人，工程师，主要从事机械设计及设备管理工作。