李 健

(江西瑞林装备有限公司，江西南昌330038)

回转式阳极炉（精炼炉）是铜精炼工艺中广泛使用的重要设备[1-3]，它主要由炉体、滚圈、齿圈、支承装置和驱动装置等组成。阳极炉可以接受来自闪速炉、卧式转炉或侧吹炉等冶金炉产出的粗铜在炉内精炼，生为阳极铜后供电解使用。该设备自动化程度高、操作稳定、生产效率高、经济效益好，但是在冶炼过程中会有含SO2烟气从加料口（炉口）中冒出，特别是当阳极炉使用重油作为还原剂时，还原期间还会产生大量黑烟[4]，导致车间环境污染严重。随着国家环保战略部署的推进，清洁生产不断向深度和广度拓展，改进和完善现有工艺和装备已成为企业实现环境保护和节能减排的重要措施。

1 传统集烟装置

目前，国内各大冶炼厂主要采用设置在阳极炉炉口上方的固定式环集烟罩来进行烟气的收集。常见的传统烟罩见图1。

它主要由上部固定烟罩和下部旋转烟罩组成。对于1台600 t规格的阳极炉来说，配置的上部固定烟罩的外形尺寸（长×宽×高）约为6 180 mm×5 240 mm×6 450 mm。上部固定烟罩还设置有1个可自复位的弹簧门和1个出烟口：弹簧门通过铰链铰接在上部固定烟罩上，在自然状态下，弹簧门与水平面成大约55°夹角；出烟口一般设置在上部固定烟罩顶部中间位置，与环集烟管连接，将收集的烟气送至脱硫处理。

这种传统烟罩存在以下问题：1）外形体积较大，所收集的烟气80%以上是空气，导致后续的烟气处理负荷较高；2）为了避让随炉体旋动的炉盖装置，烟罩与炉体之间留的间隙比较大（如图1所示），约1 963 mm，导致漏风率比较高，从而严重影响了烟气的收集效率；3）铜包在进料作业时，需要用铜包吊具推开弹簧门，导致铜包吊具常与弹簧门发生碰撞，弹簧门容易发生变形且难以修复，导致密封效果变差；4）这种传统烟罩形式因弹簧门的存在妨碍了行车操作工视线，对操作技术要求较高。

图1 传统烟罩

2 新型集烟装置

鉴于上述传统烟罩的缺陷与不足，本文提出一种收集阳极炉加料口烟气的集烟装置。这种装置具有能耗低、收集效率高、结构简单小巧、操作方便等特点，能达到改善车间工作环境、实现企业节能降耗减排的效果。

2.1 结构特点

新型阳极炉集烟装置主要包括炉盖、包覆在炉盖上的外层烟罩、输送烟气的管道及相关附属设施,具体如图2所示。

图2 新型烟罩组成

其工作状态如图3所示。

图3 新型烟罩工作状态

由图2、图3可以看出：1）外层烟罩通过连接件与阳极炉本体上的支座铰接。这样，在卷扬驱动下外层烟罩可以绕连接件上的铰接点旋转打开或关闭。2）为了降低烟罩高度，出烟口设置在烟罩侧面，出烟口连接至少1个回转接头，回转接头与固定在炉体上的前集烟箱连接，前集烟箱通过集烟管与固定在阳极炉本体上的后集烟箱连通，后集烟箱连通位于阳极炉本体端面的回转烟箱。烟气即顺着上述连通管道被送到环集总管上。3）当炉口需要进料时，启动卷扬机将外层烟罩及炉盖打开到一定角度；当炉口需要出渣时，先将阳极炉本体旋转到出渣位置，再启动卷扬机将外层烟罩及炉盖打开到一定角度；除上述操作外，其余状态炉盖都是关闭的，只要有烟气冒出都会被及时抽走。4）与传统烟罩相比，该装置最显著的外形特点是整个烟罩收集装置可以随阳极炉本体旋转。只要炉盖不打开，即使炉体在旋转过程中，烟气也可以随时被抽走。5）对应1台600 t规格的阳极炉，外层烟罩配置的外形尺寸（长×宽×高）约为3 600 mm×1 800 mm×1 350 mm，漏风量约为12 000 m3/h（标准状态下）。

2.2 装置可靠性

阳极炉需要频繁加料以及倒渣操作，此时都需要将烟罩打开，如果运动部件可靠性不足，导致烟罩无法及时打开或运动受阻，都将严重影响正常生产，因此各运动部件的可靠性设计是该设备研发环节的重中之重。设计人员对该设备在可靠性上做了如下特别设计。

1）考虑到炉口区域受高温辐射影响，外层烟罩容易受热变形，设计时采取了多种措施进行热辐射保护。一是加强了烟罩本身的强度；二是烟罩与炉口护板之间留有一定的漏风间隙，在保证烟罩内良好负压的前提下，通过一定的漏风率保证烟罩不会过热，防止烟罩变形；三是烟罩内部敷设了一定厚度的耐火捣打料。通过以上措施，可以确保烟罩在较长时间内不会变形。

2）运动部件在高温辐射下会发生一定的热膨胀。本方案采用了2个回转接头，以增加外层烟罩旋转运动时的自由度，抵消热膨胀的影响，防止运动卡死。

3 新型集烟装置应用效果

江西瑞林装备有限公司为某冶炼厂600 t阳极炉设计的配套新型阳极炉环集烟罩（见图4），采用了solidworks软件进行三维仿真，并进行了热应力分析，保证了装置的可靠性。该集烟装置自2018年初投产以来，运行非常稳定，维护率低。应用结果表明，新型烟罩结构紧凑，设备采购成本显著降低；内部空间小，容易快速形成负压；密闭性好，烟气收集效率高，车间环境明显得到改善，体现了良好的环保性；漏风量只有原来的1/4，风机功率可以减小大约140 kW，带来了显著的经济效益。目前，这种新型阳极炉环集烟罩获得了很多冶炼厂的认可，正在多个项目中推广使用。

图4 新型烟罩实际应用