范建忠， 王海朋

(1.河南中原黃金冶煉廠有限責任公司， 河南 三門峽 472100；2.河南省綜合利用工程技術研究中心， 河南 三門峽 472100)

引言

Φ5.8×30 m富氧底吹熔煉爐是河南中原黃金冶煉廠有限責任公司主工藝生產流程中的核心設備，其采用我國自主研發(fā)的具有世界先進水平的“富氧底吹造锍捕金”技術處理復雜金銅混合精礦。我公司富氧底吹爐有28套氧槍系統(tǒng)裝置，正常生產時，氧槍在爐體下部浸沒在銅硫層中，高壓氧氣和壓縮空氣分別從氧槍不同的口噴入熔體并與之反應，反應為放熱放應，氧槍壓力為0.7 MPa左右[1]。當需要停車時，用主電機把爐體轉動一定角度，從而使氧槍露出熔體液面以上，此時才可以停止給氧槍供氧氣和壓縮風，否則液體倒灌入氧槍造成氧槍系統(tǒng)損毀，主系統(tǒng)長時間停車，所以主傳動系統(tǒng)的可靠性對整個主系統(tǒng)來說至關重要。

原設計富氧底吹熔煉爐轉爐系統(tǒng)只有一套轉動裝置(電機參數(shù)如表1)，無緊急熱備慢轉裝置，存在一定的漏洞。在爐體急需轉出而電機突發(fā)故障情況下，會導致28套氧槍系統(tǒng)損毀，使系統(tǒng)陷入長時間停車，從而造成巨大的經濟損失，還存在很大的安全隱患[2]。通過現(xiàn)場考察，公司決定對主電機進行合理改造，增加一套慢轉裝置，使主電機在故障時也能保證爐體安全轉出，保證系統(tǒng)的安全運行。

1 主傳動系統(tǒng)改造的必要性介紹

1.1 系統(tǒng)出現(xiàn)因突發(fā)情況急需轉出情況介紹

系統(tǒng)突發(fā)狀況須緊急停車情況可分為兩類：下料系統(tǒng)故障，原料無法入爐需要停車；非下料系統(tǒng)故障需要緊急停車[3]。

第一種情況，當原料無法入爐時，轉爐系統(tǒng)故障，爐子會陷入空吹，就是氧槍源源不斷的鼓氣與熔體反應并放出大量的熱，而沒有新的原料參與反應，反應熱平衡被破壞，熔體溫度升高?？沾禃r間最長不能超過10 min，如果再長的話爐體安全就不能保證，會造成更大的損失。此時的辦法就是停止給氧槍鼓氣，使熔體燒毀氧槍而從氧槍口流出[4-5]。此種情況會造成整個氧槍系統(tǒng)燒毀，系統(tǒng)陷入長時間停車。

當出現(xiàn)第二種情況時，往往需要被迫停料停氣，使系統(tǒng)停車，此種情況造成的損失和第一種一樣，所以轉爐系統(tǒng)的可靠性就顯得尤為重要[6]。轉爐系統(tǒng)一旦不能正常運作，如遇緊急情況需要停車時，系統(tǒng)將面臨長時間停車的風險，損失難以估計。

1.2 系統(tǒng)投產1年后轉爐系統(tǒng)故障經過

河南中原黃金冶煉廠有限責任公司富氧底吹熔煉爐于2015年5月投產運行。2016年11月18日，底吹爐進行計劃轉出點檢，在轉出時爐體剛開始轉動，主電機就出現(xiàn)故障而無法轉出，此時爐體位于半轉入位，能勉強維持下料和放銅放渣作業(yè)，情況十分緊急，如此時系統(tǒng)緊急停車，后果將不堪設想。應在最短的時間內使爐體安全轉出，保證爐體安全，避免長時間停車。臨時采購電機，時間根本來不及，現(xiàn)有的功率相仿的電機聯(lián)軸器和底吹爐主電機聯(lián)軸器不配套。公司經過現(xiàn)場測繪，連夜外委加工了一套聯(lián)軸器與原系統(tǒng)減速機和功率與主電機相仿的電機連接，最終富氧底吹爐在經過36 h的病態(tài)運行后，電機安裝完成，爐子安全轉出，脫離危險。

通過以上緊急停爐事件，公司深刻認識到維護轉爐轉動系統(tǒng)正常運行的重要性。為此組織設備技術人員研究預防方案，經過多方案的對比與測算，最終確定取消原電機軸尾風扇，加長原主電機軸尾，增加一套慢轉電機減速機的方案。該方案既簡單，又可靠，也能滿足現(xiàn)場狹小環(huán)境的施工要求。

2 原轉爐系統(tǒng)介紹

原傳動系統(tǒng)由一個280 kW的轉爐電機與主減速機通過聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器的輸出端為小齒輪，小齒輪帶動大齒圈轉動，爐體固定在大齒圈上，從而使爐體轉動[7-8]。

主電機參數(shù)見表1。

主減速機參數(shù)：型號，R421-280-Ⅱ-T；速比，273.531；輸入轉速，987 r/min；生產廠家，南京高精傳動設備制造集團有限公司。

大小齒圈與小齒輪傳動比為6.78。

表1 主電機參數(shù)

3 設計改造選型計算

3.1 主電機額定轉矩

原轉爐系統(tǒng)主電機參數(shù)P=280 kW，n=987 r/min，故原轉爐主電機額定轉矩Ma=9 549×P/n=9 549×280/987=2 708.93 Nm。

3.2 三套慢轉減速機方案

方案一： 臥式直聯(lián)齒輪減速機電機，速比23.73，電機6級37 kW。選型：國茂國泰GR167-Y37-4P-23.73-M1，輸出扭矩Ma=5 446 Nm，減速機輸出轉速Na=62 r/min，減速機中心高425 mm，減速機輸出軸頭直徑Φ120 mm，鍵槽寬32 mm，地腳孔距580 mm(軸向)×500 mm(徑向)，地腳孔數(shù)-孔徑4-Φ45 mm。轉爐速度8 min/0.25 r。

方案二：臥式直聯(lián)齒輪減速機電機，速比17，電機6級37 kW。選型：國茂國泰GR167-Y37-4P-17-M1，輸出扭矩Ma=4 108 Nm，減速機輸出轉速Na=86 r/min，減速機中心高425 mm，減速機輸出軸頭直徑Φ120 mm，鍵槽寬32 mm，地腳孔距580 mm(軸向)×500 mm(徑向)，地腳孔數(shù)-孔徑4-Φ45 mm。轉爐速度6 min/0.25 r。

方案三：臥式直聯(lián)齒輪減速機電機，速比12.76，電機6級37 kW。選型：國茂國泰GR137-Y37-4P-12.76-M1，輸出扭矩Ma=2 620 Nm，減速機輸出轉速Na=116 r/min，減速機中心高315 mm，減速機輸出軸頭直徑Φ90 mm，鍵槽寬25 mm，地腳孔距410(軸向)×340 mm(徑向)，地腳孔數(shù)-孔徑4-Φ33 mm。轉爐速度4 min/0.25 r。

以上三種方案都能滿足在規(guī)定的時間內把爐體轉出來，但如果慢轉電機減速機的輸出扭矩大于原電機和減速機的額定扭矩，在使用慢轉電機把爐體轉出的過程中，原電機減速機的實際扭矩有可能大于額定扭矩，造成原減速機損壞，所以根據(jù)改造設計的慢轉電機減速機的額定輸出扭矩略小于原電機和減速機的額定扭矩的選型原則，最終選擇了方案三，既能滿足爐體轉動需要，又保證了原轉動系統(tǒng)的安全。

3.3 轉爐速度計算

方案三中，由慢轉減速機的輸出轉速和原減速機的速比可得小齒輪的轉速N1=116/273.531=0.424 r/min；由小齒輪的轉速和小齒輪和大齒圈的速比可得大齒圈的轉速N2=0.424/6.78=0.062 5 r/min，即4 min/0.25 r。

4 設計改造詳細內容介紹

1)由于底吹爐轉爐系統(tǒng)主驅動電機使用頻率不高、每次使用時間較短，僅為1～2 min，電機產生的熱量很少，所以取消了原電機軸尾部的風扇和風扇罩，把尾部軸加長，由原來的Φ94 mm×79 mm改造為Φ110 mm×210 mm，鍵槽28 mm×16 mm。

2)設計增加了一套慢轉減速電機，與原主驅動電機軸尾連接，連接方式為滑動式聯(lián)軸器。慢轉減速機電機設計選型依據(jù)：輸出扭矩略低于原電機輸出扭矩2 708 Nm，這樣既能保證有足夠的扭矩使爐體轉出，又能保證不損壞原電機和減速機。

3)慢轉減速電機選臥式直聯(lián)齒輪減速機電機，速比12.76，電機6級37 kW。選型：國茂國泰GR137-Y37-4P-12.76-M1，輸出扭矩Ma=2 620 Nm，減速機輸出轉速Na=116 r/min，中心高315 mm，減速機輸出軸頭Φ90 mm×160 mm，鍵25 mm×170 mm，軸伸170 mm。地腳410軸向×340 mm，4-Φ33 mm。轉爐速度4 min/0.25 r。

4)慢轉減速機電機與主電機尾軸伸聯(lián)軸器為滑動聯(lián)軸器，滑動聯(lián)軸器手柄為現(xiàn)場水平控制設計，方便與主電機的離合。主電機正常時，慢轉電機脫開，主電機故障時，慢轉裝置與主電機后軸連接，及時把爐體安全轉出。

5)主電機和慢轉電機均連鎖主電源與UPS電源，使每個轉動系統(tǒng)都得到雙重保險，提高了系統(tǒng)的可靠性。

5 改造成果

富氧底吹熔煉爐增加慢轉減速電機后，使爐體在急需轉出時轉出系統(tǒng)的可靠性大大提高，基本杜絕了因爐體轉動系統(tǒng)故障導致主系統(tǒng)停車。

改造總投資較少，回報大，投資約為30萬元。如因系統(tǒng)急需停車，而轉動系統(tǒng)故障無法停車時，底吹爐轉爐故障使爐體無法轉出會造成的損失：主系統(tǒng)停車半月左右，直接利潤損失2 500萬元；28套氧槍系統(tǒng)損毀直接經濟損失25萬元；停爐期間所消耗的水費、電費、天然氣費及其他設備材料檢修等費用損失等，這些費用有的比正常生產時還要大，但生產時消耗主要用于生產，停車時的消耗就是迫不得已的浪費掉了，如天然氣正常生產每天費用大概為17萬元，停車時每天費用約為25萬元。

6 結語

該改造技術應用在公司富氧底吹熔煉爐轉爐系統(tǒng)上，運行過程安全可靠，實際應用過程證明該技術成功杜絕了因轉爐系統(tǒng)故障導致的主系統(tǒng)長時間停車，對系統(tǒng)開車率的提高發(fā)揮著重要積極作用。