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(jī)、開(kāi)口機(jī)漸入人們視野。二十世紀(jì)中頁(yè)，泥炮機(jī)和開(kāi)口機(jī)被引入鋼鐵冶煉的高爐堵口和開(kāi)口操作中[1]。當(dāng)時(shí)的泥炮和開(kāi)口機(jī)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，此后又經(jīng)歷了從氣液兩動(dòng)向全液壓驅(qū)動(dòng)的演變過(guò)程。目前在大型高爐的泥炮機(jī)和開(kāi)口機(jī)采用全液壓驅(qū)動(dòng)。

從二十世紀(jì)七八十年代開(kāi)始，泥炮機(jī)和開(kāi)口機(jī)也逐漸引入鐵合金和有色冶煉領(lǐng)域。二十一世紀(jì)初，隨著中國(guó)有色冶煉產(chǎn)業(yè)升級(jí)，冶煉工藝更新，裝備升級(jí)換代，泥炮機(jī)和開(kāi)口機(jī)也開(kāi)始運(yùn)用于爐前的堵口和開(kāi)口操作中。

1 設(shè)備類(lèi)型

有色冶煉行業(yè)泥炮機(jī)和開(kāi)口機(jī)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(chē)行走定位，以及懸掛軌道安裝小車(chē)定位。各種安裝形式都是與特定的爐型相適應(yīng)。上世紀(jì)八十年代，貴州一鐵合金廠引入了DDS公司的泥炮機(jī)和開(kāi)口機(jī)。上世紀(jì)九十年代，隨著諾蘭達(dá)爐銅冶煉技術(shù)落戶中國(guó)，同步引入了Joy公司的泥炮機(jī)。本世紀(jì)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(jī)和開(kāi)口機(jī)即可是分體式的，又可是復(fù)合式的(稱(chēng)為泥炮開(kāi)口機(jī))。復(fù)合式的泥炮部分和開(kāi)口部分可共用行走設(shè)備(小車(chē))，簡(jiǎn)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(kāi)口機(jī)，可以滿足對(duì)各排放口操作，以及對(duì)不同高度排放口進(jìn)行操作的要求。表1為在中國(guó)使用的典型泥炮開(kāi)口機(jī)類(lèi)型。

表1 在中國(guó)使用的典型泥炮開(kāi)口機(jī)類(lèi)型

2 設(shè)備操作

泥炮開(kāi)口機(jī)，這不僅是設(shè)備的名稱(chēng)，也是對(duì)堵口和開(kāi)口操作之間的內(nèi)在聯(lián)系的闡述。堵口在前，開(kāi)口在后，堵口為開(kāi)口創(chuàng)造條件，堵口質(zhì)量的高低，決定著開(kāi)口的質(zhì)量。相對(duì)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(kāi)口的，因此盡可能使開(kāi)口作業(yè)施之于炮泥之上，是有利于開(kāi)口和減輕設(shè)備作業(yè)負(fù)荷的。這樣要求在堵口作業(yè)時(shí)將炮泥盡可能深地打入排放口中，為開(kāi)口創(chuàng)造便利條件。

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

2.1 泥的影響

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

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

炮泥的固體顆粒過(guò)大則氣孔率大，顆粒過(guò)小則強(qiáng)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(lèi)，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(duì)存放的條件有溫度及空氣濕度的要求：溫度過(guò)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(jī)粘結(jié)劑時(shí)，粘結(jié)劑的熔點(diǎn)和常溫粘度是納入選擇的依據(jù)。在操作溫度下，有機(jī)粘結(jié)劑應(yīng)具有適當(dāng)?shù)恼扯?，即不能過(guò)稀，也不能過(guò)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(guò)多外泄。因此堵口之前需對(duì)排放口表面進(jìn)行清理，除去表面結(jié)瘤，并需在每次堵口操作之后對(duì)炮嘴進(jìn)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(guò)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(guò)程中需對(duì)排放通道進(jìn)行疏通。

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

2.3 開(kāi)口

開(kāi)口深度與堵口深度與開(kāi)口作業(yè)時(shí)間間隔以及熔體和炮泥的特性等有關(guān)。開(kāi)口作業(yè)時(shí)間間隔長(zhǎng)，反應(yīng)爐內(nèi)熔體對(duì)炮泥沖涮強(qiáng)，滲透深度大，縮短了開(kāi)口作用于炮泥的長(zhǎng)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(jī)粘結(jié)劑基的炮泥在排放口固化后，有機(jī)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(qiáng)度好，因此開(kāi)口深度相對(duì)較深。

在開(kāi)口深度的選擇上，需依據(jù)熔體來(lái)確定。對(duì)于流動(dòng)性好的金屬熔體，可開(kāi)口至金屬熔體流出。但金屬熔體溫度過(guò)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(huì)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(duì)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(shí)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(kāi)口深度以不鉆透為宜，末端可輔以震打或燒口等人工開(kāi)口方法。

國(guó)外某鎳冶煉廠通過(guò)提高堵口質(zhì)量，有效地提高了開(kāi)口深度。比如其工藝設(shè)計(jì)堵口深度為18英寸(45.72 cm)，但生產(chǎn)中其實(shí)際平均開(kāi)口深度小于9英寸(22.86 cm)。后通過(guò)縮小炮筒直徑，調(diào)整堵口時(shí)機(jī)，并通過(guò)加強(qiáng)排放口清理，實(shí)現(xiàn)了堵口深度的提高，從而開(kāi)口深度提高至30英寸(76.20 cm)以上。表2為該廠 1號(hào)爐堵口深度每年的變化。

表2 1號(hào)爐堵口深度變化

2.4 排放口的影響

排放口的影響主要來(lái)自于排放口的孔徑。在設(shè)計(jì)階段，會(huì)依據(jù)冶煉爐的處理能力及下游的接受能力來(lái)選定排放口的孔徑。對(duì)于人工堵口，孔徑過(guò)大不利堵口。對(duì)泥炮而言，孔徑大小對(duì)實(shí)現(xiàn)堵口目的無(wú)影響，但影響堵口質(zhì)量。同等條件下，孔徑小對(duì)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(guò)小將使得堵口深度過(guò)淺，降低堵口質(zhì)量。

2.5 作業(yè)對(duì)象的影響

在有色冶煉中，泥炮和開(kāi)口機(jī)的使用場(chǎng)所多位于銅、鎳、鉛、錫等冶煉廠，因此其作業(yè)對(duì)象多為銅锍、鎳锍及其渣，鉛及其渣，錫及其渣。每種作業(yè)對(duì)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(shuō)，如排放口鉛和錫含量高，開(kāi)口機(jī)的作業(yè)效率將顯著降低。相對(duì)應(yīng)的解決辦法，其一是提高開(kāi)口機(jī)的性能，及提高旋轉(zhuǎn)和震動(dòng)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(wèn)題及處置

泥炮開(kāi)口機(jī)在使用過(guò)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(shí)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(mén)動(dòng)作不靈敏，磨損過(guò)快等。因此過(guò)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(jiǎn)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(dòng)力的開(kāi)口機(jī)，需使用壓縮空氣實(shí)現(xiàn)吹掃和震打功能，因此氣源質(zhì)量會(huì)對(duì)設(shè)備的使用產(chǎn)生影響。對(duì)開(kāi)口機(jī)而言，除壓力穩(wěn)定外，高含水量和含塵會(huì)增加震打裝置的磨損，顯著縮短開(kāi)口機(jī)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(kāi)口機(jī)在高溫場(chǎng)所工作，盡管在設(shè)計(jì)時(shí)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(jī)時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離高溫區(qū), 尤其等待堵口期間，設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離溜槽。需定期檢查炮泥軟硬程度，將不適合的炮泥及時(shí)從炮筒中清除。

4 結(jié)語(yǔ)

液壓設(shè)備在有色冶煉廠中，使用并不廣泛，操作和維護(hù)人員可借鑒的經(jīng)驗(yàn)不多，這就要求操作人員和維護(hù)人員能夠切實(shí)做好定期維護(hù)，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(dòng)強(qiáng)度。