铜冶金机械设备设计改造装配技术及使用周期研究

冷大鹏

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000）

由于铜金属成本占据整个冶金企业生产成本的65%之多，必须坚持环境治理与经济效益并重的创新实践和做法。因此，提高铜金属质量、降低铜金属生产成本将是冶金企业的必经之路，达到上述目标的重要措施之一就是延长铜冶金机械设备的使用寿命[1]。

由于铜冶金机械设备自身大型化和复杂化的特点，铜冶金机械设备一次大修的耗费极为惊人，铜冶金机械设备的长寿问题成为冶金行业未来发展方向越来越关注的焦点。铜金属材料被腐蚀的程度直接影响铜冶金机械设备的性能，很可能由于一个微小的零部件出现问题导致整个铜冶金机械设备停止运行，甚至会对冶金单位的正常工作造成一定的影响，带来经济损失。为了帮助国内冶金企业有效延长铜冶金机械设备使用寿命提高我国冶金企业竞争力，有理由对铜冶金机械设备的熔体喷溅问题给予足够的重视。因此，本文通过对铜冶金机械设备设计改造装配技术及使用周期的研究，希望可以通过设计改造装配技术，为提高铜冶金机械设备使用寿命提供理论支持。

1 铜冶金机械设备设计改造装配技术

本文针对铜冶金机械设备进行设计改造装配，熔炼炉与电热前床的装配一直是铜冶金机械设备的难点。由于熔炼炉是铜冶金流程中最复杂的一个环节，长时间处于一个高温、高压状态下，炉内气、固、液三相并存、充斥着各种物理变化及化学反应的冶金炉。必须通过助力机械臂将反应产物经虹吸道连续地放入电热前床中，实现熔炼炉与电热前床的无缝装配，从而在保证机械零部件装配质量的同时，降低机械零部件装配强度。

装配技术改造时的铜冶金机械设备熔炼炉以及电热前床平面布置示意图，如图1所示。

通过图1可知，依据机械装配工艺关键技术实施特点，可在熔炼炉炉缸设立4个铁口、30个风口，熔炼炉炉缸炉底采用优质碳砖加上陶瓷杯结构的综合炉底，炉腰、炉腹和炉身下部设4段铜冷却壁。炉底、炉缸和炉体1段至15段冷却壁采用软水密闭循环冷却系统，配备4座顶燃式热风炉，串罐炉顶，煤气采用自动取样。与此同时，在装配时可以结合适当类型的润滑用品，在保证连续均匀进料、出料能够顺畅的在电热前床中放出的同时，有效减少熔体喷溅，降低由于崩滑料、管道和悬料坐料等异常炉况的出现，从而为待装配器件性能优化提供有效的依据[2]。随着科技的不断进步，可结合三维可视化设计软件，对铜冶金机械设备零部件装配技术的实际应用情况进行仿真模拟分析，并根据得出的数据对铜冶金机械设备关键零部件的加工装配效果进行综合判断。再通过在电热前床为熔炼反应物设立沉降分离区，将熔融态铜毓和炉渣根据密度的不同而在熔池内进行分层。具体分层方法为：铜毓层处于熔体下部；渣层在铜毓层的上部。为了更好地降低渣含铜量，电热前床的面积可以适当扩大，从根本上减少沉降所需时间。同时，结合机械设备零部件在切削作业中切削液的充足配置，可以避免由于机械设备零部件在切削作业时热量散失导致的加工误差。通过铜冶金机械设备设计改造装配技术，完善铜冶金机械设备整体装配结构，减少由于装配误差高导致的熔体喷溅，从而取得良好的铜冶金经济效益。

2 铜冶金机械设备设计改造使用周期

综合上文对铜冶金机械设备设计改造装配技术的优化，发现熔炼炉与电热前床装配的结构形式是机械设备延长使用周期主要环节之一。通过助力机械臂对熔炼炉与电热前床进行无缝装配不但具有完整度高、整体性好、接缝能力强以及使用周期长的特点，而且不粘渣铁，不易侵蚀[3]。使用助力机械臂进行熔炼炉与电热前床的无缝装配具有很强操作性以及强实用性，传统熔炼炉与电热前床装配结构普遍存在分割化、使用周期过短、结构形式不合理等问题，已经无法满足当今新经济形态下对铜冶金生产的需要。熔炼炉与电热前床的无缝装配是针对铜冶金机械设备装配结构形式的优化，也是铜冶金机械设备发展的必然选择。将完成改造后的铜冶金机械设备与传统的铜冶金机械设备在实际投入铜冶金工作中对比，改造后的铜冶金机械设备使用周期可达到传统铜冶金机械设备的3倍之高。综上所述，有必要加大机械臂在铜冶金机械设备改造装配设计中的使用。

考虑到铜冶金机械设备中电热前床风口的使用周期也是决定铜冶金机械设备使用周期的重要指标之一，电热前床风口最大的优势在于能够根据更换风口的需要进行熔炼炉休风。在熔炼炉炉缸运行过程中可以积累的大量冶炼过程数据和炉内图像信息相对应和结合，通过影响熔炼炉的作业时间，影响熔炼炉炉缸使用周期的长短，从而直接影响铜冶金机械设备设计改造使用周期。经过统计，建议修复电热前床风口的使用周期为半年。熔炼炉炉缸综合炉底结构在线修复风口的数量必须控制在一半之内。

3 结语

目前，铜冶金行业正在面临着环保压力不断增大的新形势，作为铜冶金生产重要环节的熔炼炉炉缸担负的任务越来越重。本文通过对铜冶金机械设备设计改造装配技术及使用周期研究，把熔炼炉以及电热前床运行过程中积累的大量冶炼过程数据和炉内图像信息相对应和结合，致力于提高铜冶金机械设备使用周期。因此，本文研究是具有实际意义的。若能给其他有关铜冶金企业带来一些借鉴和启示，将是非常有意义的。但本文唯一不足之处在于，没有对铜冶金机械设备内多相流动数值进行模拟与优化，相信这一点可以作为铜冶金机械设备方面日后研究的方向之一。