泥炮開口機在有色冶煉中的運用

羅 濤, 劉 斌

(保爾沃特冶金技術(shù)(北京)有限公司， 北京 100102)

隨著冶煉規(guī)模的增大，以及安全衛(wèi)生愈加被重視，泥炮機、開口機漸入人們視野。二十世紀中頁，泥炮機和開口機被引入鋼鐵冶煉的高爐堵口和開口操作中[1]。當(dāng)時的泥炮和開口機采用電機驅(qū)動，此后又經(jīng)歷了從氣液兩動向全液壓驅(qū)動的演變過程。目前在大型高爐的泥炮機和開口機采用全液壓驅(qū)動。

從二十世紀七八十年代開始，泥炮機和開口機也逐漸引入鐵合金和有色冶煉領(lǐng)域。二十一世紀初，隨著中國有色冶煉產(chǎn)業(yè)升級，冶煉工藝更新，裝備升級換代，泥炮機和開口機也開始運用于爐前的堵口和開口操作中。

1 設(shè)備類型

有色冶煉行業(yè)泥炮機和開口機的安裝形式多樣，主要有：基座安裝擺臂旋轉(zhuǎn)送位，地面軌道安裝小車行走定位，以及懸掛軌道安裝小車定位。各種安裝形式都是與特定的爐型相適應(yīng)。上世紀八十年代，貴州一鐵合金廠引入了DDS公司的泥炮機和開口機。上世紀九十年代，隨著諾蘭達爐銅冶煉技術(shù)落戶中國，同步引入了Joy公司的泥炮機。本世紀初，隨著艾薩爐在銅冶煉的推廣，引入了Paul Wurth公司的產(chǎn)品。

泥炮機和開口機即可是分體式的，又可是復(fù)合式的(稱為泥炮開口機)。復(fù)合式的泥炮部分和開口部分可共用行走設(shè)備(小車)，簡化安裝空間要求，節(jié)省投資。

目前熔煉爐多為圓形和矩形，吹煉爐多為臥式圓柱形。選用懸掛式安裝的復(fù)合式的泥炮開口機，可以滿足對各排放口操作，以及對不同高度排放口進行操作的要求。表1為在中國使用的典型泥炮開口機類型。

表1 在中國使用的典型泥炮開口機類型

2 設(shè)備操作

泥炮開口機，這不僅是設(shè)備的名稱，也是對堵口和開口操作之間的內(nèi)在聯(lián)系的闡述。堵口在前，開口在后，堵口為開口創(chuàng)造條件，堵口質(zhì)量的高低，決定著開口的質(zhì)量。相對于排放口中各種金屬，金屬硫化物或是復(fù)合氧化物渣，用于堵口的炮泥是更易于鉆孔開口的，因此盡可能使開口作業(yè)施之于炮泥之上，是有利于開口和減輕設(shè)備作業(yè)負荷的。這樣要求在堵口作業(yè)時將炮泥盡可能深地打入排放口中，為開口創(chuàng)造便利條件。

較之以液壓為動力的泥炮，人工堵口對排放口的大小及形狀要求高，存在堵口失敗的風(fēng)險。

2.1 泥的影響

炮泥的成分需依據(jù)熔體來確定，主要理化性能有粒度、氣孔率、高溫強度、灼損以及塑性等。

炮泥的粘結(jié)劑可使用水或有機物，無水炮泥的使用較為普遍。相比之下，使用有機粘結(jié)劑的炮泥塑性好，易于提高堵口深度，高溫強度更大，氣孔率低，有更強的耐熔體腐蝕及沖刷能力，炮泥在排放口末端保留時間長。

炮泥的固體顆粒過大則氣孔率大，顆粒過小則強度低。固體顆粒愈小則表面積增大，則所需粘結(jié)劑量增大，氣孔率亦增大。炮泥的固體顆粒粒度應(yīng)小于3 mm。

炮泥的塑性與固體顆粒的大小，粘結(jié)劑的種類，環(huán)境溫度和濕度等有關(guān)?；炷蠛蟮呐谀鄳?yīng)以能按下大拇指為宜。采用水作為粘結(jié)劑的炮泥，對存放的條件有溫度及空氣濕度的要求：溫度過高固化快，塑性下降；空氣干燥，炮泥中水分流失快，塑性下降。炮泥采用有機粘結(jié)劑時，粘結(jié)劑的熔點和常溫粘度是納入選擇的依據(jù)。在操作溫度下，有機粘結(jié)劑應(yīng)具有適當(dāng)?shù)恼扯龋床荒苓^稀，也不能過稠。

2.2 堵口

為保證堵口質(zhì)量，泥炮炮嘴需與排放口有良好的貼合程度，防止炮泥過多外泄。因此堵口之前需對排放口表面進行清理，除去表面結(jié)瘤，并需在每次堵口操作之后對炮嘴進行清理，除去表面硬塊。

圖1 排放口斷面

圖1為排放口斷面。通過圖1可以看到，石墨套中心部分為炮泥，周邊為渣。越靠近爐內(nèi)，炮泥部分越小，直至被熔渣充填。堵口通道需通暢，在熔體排放過程中需對排放通道進行疏通。

堵口操作時養(yǎng)成記錄打泥量的習(xí)慣，結(jié)合開口操作深度，用以衡量堵口質(zhì)量，改進操作。

2.3 開口

開口深度與堵口深度與開口作業(yè)時間間隔以及熔體和炮泥的特性等有關(guān)。開口作業(yè)時間間隔長，反應(yīng)爐內(nèi)熔體對炮泥沖涮強，滲透深度大，縮短了開口作用于炮泥的長度；炮泥在排放口中硬化后，粘結(jié)劑留下的空隙給熔體滲透提供了空間。有機粘結(jié)劑基的炮泥在排放口固化后，有機粘結(jié)劑碳化后成為炮泥的碳質(zhì)骨架，相比于水質(zhì)粘結(jié)劑基炮泥，留下的空隙少，高溫強度好，因此開口深度相對較深。

在開口深度的選擇上，需依據(jù)熔體來確定。對于流動性好的金屬熔體，可開口至金屬熔體流出。但金屬熔體溫度過高，鑲嵌式硬質(zhì)合金鉆頭的硬質(zhì)合金在高溫下，因與基體熱膨脹系數(shù)的差異，會導(dǎo)致脫落，并由于高溫導(dǎo)致改性，耐磨性降低。普通鑄鋼鉆頭的耐磨性差，不建議采用；對于混合型熔體(銅锍與渣，鎳锍與渣等)，由于熔體中未融化的渣塊有在鉆頭回退時卡死鉆頭的可能，因此也不應(yīng)選擇鉆透排放口。在熟練操作后，開口深度以不鉆透為宜，末端可輔以震打或燒口等人工開口方法。

國外某鎳冶煉廠通過提高堵口質(zhì)量，有效地提高了開口深度。比如其工藝設(shè)計堵口深度為18英寸(45.72 cm)，但生產(chǎn)中其實際平均開口深度小于9英寸(22.86 cm)。后通過縮小炮筒直徑，調(diào)整堵口時機，并通過加強排放口清理，實現(xiàn)了堵口深度的提高，從而開口深度提高至30英寸(76.20 cm)以上。表2為該廠 1號爐堵口深度每年的變化。

表2 1號爐堵口深度變化

2.4 排放口的影響

排放口的影響主要來自于排放口的孔徑。在設(shè)計階段，會依據(jù)冶煉爐的處理能力及下游的接受能力來選定排放口的孔徑。對于人工堵口，孔徑過大不利堵口。對泥炮而言，孔徑大小對實現(xiàn)堵口目的無影響，但影響堵口質(zhì)量。同等條件下，孔徑小對炮泥的沿程阻力大，要求炮泥有更好的塑形。因此排放口孔徑過小將使得堵口深度過淺，降低堵口質(zhì)量。

2.5 作業(yè)對象的影響

在有色冶煉中，泥炮和開口機的使用場所多位于銅、鎳、鉛、錫等冶煉廠，因此其作業(yè)對象多為銅锍、鎳锍及其渣，鉛及其渣，錫及其渣。每種作業(yè)對象的硬度及切削性能不同，高溫狀態(tài)下所表現(xiàn)出的特性均有差異。

總體上說，如排放口鉛和錫含量高，開口機的作業(yè)效率將顯著降低。相對應(yīng)的解決辦法，其一是提高開口機的性能，及提高旋轉(zhuǎn)和震動沖擊所產(chǎn)生的扭矩和沖擊功；其二則是避免在排放口形成含金屬高的渣，這就需要提高堵口的質(zhì)量(即堵口深度)和改善炮泥質(zhì)量。

3 問題及處置

泥炮開口機在使用過程常出現(xiàn)的情況及處置方法可做如下總結(jié)：

3.1 液壓油品質(zhì)量

此處所提及的油品質(zhì)量，指的是設(shè)備在使用一段時間后，液壓油的潔凈度。液壓油猶如液壓系統(tǒng)的血液，如潔凈度低，將引發(fā)一系列的故障，如液壓閥門動作不靈敏，磨損過快等。因此過濾元件和液壓油需做到定期更換，并徹底清洗液壓系統(tǒng)。而不是簡單向液壓系統(tǒng)注入新油即可。

3.2 氣源質(zhì)量

以液壓和壓縮空氣為動力的開口機，需使用壓縮空氣實現(xiàn)吹掃和震打功能，因此氣源質(zhì)量會對設(shè)備的使用產(chǎn)生影響。對開口機而言，除壓力穩(wěn)定外，高含水量和含塵會增加震打裝置的磨損，顯著縮短開口機震打裝置的壽命。如氣源質(zhì)量不高，應(yīng)增加除塵和除水裝置。

3.3 操作習(xí)慣養(yǎng)成

泥炮和開口機在高溫場所工作，盡管在設(shè)計時已考慮了諸多隔熱措施，但為提高元件服役壽命和設(shè)備可靠性，設(shè)備在待機時應(yīng)遠離高溫區(qū), 尤其等待堵口期間，設(shè)備應(yīng)遠離溜槽。需定期檢查炮泥軟硬程度，將不適合的炮泥及時從炮筒中清除。

4 結(jié)語

液壓設(shè)備在有色冶煉廠中，使用并不廣泛，操作和維護人員可借鑒的經(jīng)驗不多，這就要求操作人員和維護人員能夠切實做好定期維護，以掌握好設(shè)備的使用規(guī)律,最大程度的挖掘設(shè)備的潛能，使其更好地減輕操作人員的勞動強度。