銅冶煉轉(zhuǎn)爐吹煉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：文章簡(jiǎn)要介紹了銅冶煉過(guò)程中轉(zhuǎn)爐吹煉這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)所涉及到的各種設(shè)備及其相互控制關(guān)系，說(shuō)明了轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，重點(diǎn)闡述了轉(zhuǎn)爐聯(lián)鎖保護(hù)控制要求及控制流程。通過(guò)該控制系統(tǒng)提高了轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制水平，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：銅冶煉；轉(zhuǎn)爐吹煉控制系統(tǒng)；聯(lián)鎖控制；自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）09-0033-02

轉(zhuǎn)爐已被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、有色冶金等行業(yè)。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)屬于周期作業(yè)，不僅周期短，爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈，而且影響冶煉過(guò)程的因素繁多，既有爐況因素、原料因素，也有工藝操作和生產(chǎn)管理的原因。因此，要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉的全過(guò)程自動(dòng)化控制有一定的難度，但隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展和控制手段的多樣化，轉(zhuǎn)爐控制自動(dòng)化水平不斷提高。本文論述的是國(guó)外某年產(chǎn)15萬(wàn)t粗銅冶煉項(xiàng)目100t轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及操作位置說(shuō)明

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在轉(zhuǎn)爐吹煉銅冶煉工藝系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)爐處于承上啟下的關(guān)鍵工藝設(shè)備。它關(guān)聯(lián)面廣，包括轉(zhuǎn)爐本體、上料系統(tǒng)、余熱鍋爐、吹煉電收塵等設(shè)施。該冶煉廠共設(shè)有3套轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)，其中，每套轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)包括上料系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)爐本體系統(tǒng)等。

轉(zhuǎn)爐本體電控設(shè)備包括交流主電機(jī)、直流事故電機(jī)、密閉小車、密封擋板、擋灰板等。

轉(zhuǎn)爐本體主驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用交流繞線式異步電機(jī)，應(yīng)用轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)方式，該啟動(dòng)方式具有啟動(dòng)電流小、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，適用于轉(zhuǎn)爐類重載和頻繁啟動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械。直流事故電機(jī)屬于輔助驅(qū)動(dòng)設(shè)備，主要用于轉(zhuǎn)爐的應(yīng)急事故傾轉(zhuǎn)。為保證爐體角度檢測(cè)的可靠性，利用電子式凸輪控制器（+TL）和多圈絕對(duì)值編碼器（+BS）共同檢測(cè)爐體角度。電磁抱閘裝置為轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)制動(dòng)裝置，直流供電，采用失電抱閘工作方式，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)斷電的瞬間，快速將爐體抱閘制動(dòng)。

1.2 操作角度位置說(shuō)明

轉(zhuǎn)爐傾轉(zhuǎn)角度為轉(zhuǎn)爐控制的重要參照物，它通過(guò)電子式凸輪控制器和多圈絕對(duì)值編碼器來(lái)檢測(cè)。轉(zhuǎn)爐主要位置角為9個(gè)，對(duì)應(yīng)電子凸輪控制器的光電接近式檢測(cè)開(kāi)關(guān)（RLS0～RLS8），操作位置說(shuō)明如下：

（1）a=0°（限位開(kāi)關(guān)RLS0）

為轉(zhuǎn)爐捅風(fēng)眼操作基準(zhǔn)位置。

（2）a=+39°（限位開(kāi)關(guān)RLS1）

為轉(zhuǎn)爐傾轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)口將脫離熔體液面位置。

（3）a=+140°（限位開(kāi)關(guān)RLS2）

為轉(zhuǎn)爐熔體倒凈位置，也是正常生產(chǎn)時(shí)轉(zhuǎn)爐最大傾轉(zhuǎn)角。

（4）a=-20°～+20°（限位開(kāi)關(guān)RLS3、RLS4）

為轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)吹煉位置，亦是事故傾轉(zhuǎn)風(fēng)壓檢測(cè)

區(qū)域。

（5）a=±3°（限位開(kāi)關(guān)RLS5、RLS6）

為轉(zhuǎn)爐加熔劑位置。

（6）a=+45°（限位開(kāi)關(guān)RLS7）

為送風(fēng)準(zhǔn)備位。此位置表示風(fēng)口即將進(jìn)入液面，又名湯當(dāng)報(bào)警位。

（7）a=+60°（限位開(kāi)關(guān)RLS8）

為轉(zhuǎn)爐準(zhǔn)備加冰銅位。

2 轉(zhuǎn)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)

2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

本轉(zhuǎn)爐DCS控制系統(tǒng)由三部分構(gòu)成，分別為：轉(zhuǎn)爐公共DCS系統(tǒng)，1#、2#、3#轉(zhuǎn)爐本體及余熱振打PLC控制系統(tǒng)，選用美國(guó)AB公司的ControlLogix5000控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)、RSView SE監(jiān)控軟件、RSLogix5000編程軟件以及RSLinx通訊軟件等。

其中，轉(zhuǎn)爐公共DCS系統(tǒng)涵蓋了3臺(tái)轉(zhuǎn)爐公共設(shè)備的控制，包括轉(zhuǎn)爐送風(fēng)系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、余熱鍋爐給水泵、熱水循環(huán)水泵、埋刮板輸送機(jī)等。轉(zhuǎn)爐本體及余熱振打PLC系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)爐本體及余熱振打電機(jī)。該系統(tǒng)采用了四套獨(dú)立控制器，控制器之間通過(guò)同軸電纜通訊，分散了控制器風(fēng)險(xiǎn)，提高了可靠性。最后，轉(zhuǎn)爐DCS系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以態(tài)網(wǎng)與全廠DCS系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)信息的共享。

2.2 系統(tǒng)聯(lián)鎖控制

轉(zhuǎn)爐本體的聯(lián)鎖保護(hù)，主要依靠安裝在減速機(jī)出力軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器和凸輪控制器，通過(guò)它們檢測(cè)出轉(zhuǎn)爐發(fā)生聯(lián)鎖的各種爐傾角，送入PLC系統(tǒng)，再由控制系統(tǒng)進(jìn)行判斷、運(yùn)算后控制相關(guān)設(shè)備的聯(lián)鎖動(dòng)作。在緊急情況時(shí)，控制系統(tǒng)可控制爐體快速傾轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)爐迅速轉(zhuǎn)到安全角度。

2.2.1 轉(zhuǎn)爐本體控制。交流主電機(jī)為轉(zhuǎn)爐運(yùn)轉(zhuǎn)的主驅(qū)動(dòng)設(shè)備，通過(guò)齒輪變速箱驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)爐本體的聯(lián)鎖控制主要包括回爐控制、吹煉控制、傾爐控制。

回爐控制：爐體從冰銅加料位置向下轉(zhuǎn)，越過(guò)+60°時(shí)，送、放風(fēng)閥開(kāi)始自動(dòng)投入運(yùn)行，送風(fēng)閥開(kāi)啟后放風(fēng)閥關(guān)閉。密閉小車開(kāi)始緩慢下放。在湯當(dāng)報(bào)警位+45°，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)送風(fēng)流量是否達(dá)到安全值，待條件滿足后，爐體繼續(xù)自動(dòng)向下轉(zhuǎn)動(dòng)至吹煉位停止，進(jìn)入吹煉區(qū)域后，氧氣閥自動(dòng)開(kāi)啟，密封擋板、擋灰板自動(dòng)關(guān)閉，自動(dòng)回爐控制結(jié)束。

吹煉控制：當(dāng)爐體位于吹煉位置（-20°～+20°）范圍內(nèi)，搖動(dòng)爐體調(diào)整角度，轉(zhuǎn)爐進(jìn)行角度微調(diào)。只要傾爐不超過(guò)+20°可認(rèn)定是設(shè)備微調(diào)。爐體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，密封擋板、擋灰板將自動(dòng)開(kāi)啟，正常生產(chǎn)時(shí)氧氣閥開(kāi)啟，其他設(shè)備不運(yùn)行。

傾爐控制：轉(zhuǎn)爐進(jìn)行自動(dòng)傾爐控制時(shí)，密封擋板、擋灰板自動(dòng)開(kāi)啟；爐體自動(dòng)從吹煉位向上轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)爐角度超過(guò)+15°，氧氣截?cái)嚅y關(guān)閉。越過(guò)+20°時(shí)，密閉小車自動(dòng)提升，越過(guò)+39°時(shí)，送、放風(fēng)閥自動(dòng)切換，放風(fēng)閘打開(kāi)，送風(fēng)閥關(guān)閉。到達(dá)+45°時(shí)，工藝煙氣切斷閥關(guān)閉切斷煙氣。爐體到達(dá)+60°時(shí)，傾轉(zhuǎn)自動(dòng)停止，自動(dòng)傾爐

結(jié)束。

2.2.2 熔劑加料控制。轉(zhuǎn)爐加料系統(tǒng)的作用是為轉(zhuǎn)爐添加熔劑。轉(zhuǎn)爐加料系統(tǒng)包括定量給料機(jī)、活動(dòng)溜槽、閘板，這些電氣設(shè)備與轉(zhuǎn)爐角度之間需要聯(lián)鎖。當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐體搖至加入熔劑位置（±3°位置）并處于停止?fàn)顟B(tài)，方可進(jìn)行加熔劑操作，否則該加料功能閉鎖，閘板、溜槽均不能動(dòng)作。

當(dāng)轉(zhuǎn)爐滿足加料條件后，操作員在觸摸屏上可進(jìn)行熔劑加入量設(shè)定，隨后系統(tǒng)將自動(dòng)控制閘板提升，溜槽下放，定量給料機(jī)開(kāi)啟。加料期間，如果某臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)異常，那么它之后的其他設(shè)備將聯(lián)鎖停車。加料完成后聯(lián)鎖控制順序與加料控制相反。

2.2.3 密閉小車控制。在自動(dòng)控制狀態(tài)下，當(dāng)爐傾角在±20°之間時(shí)，密閉小車將自動(dòng)關(guān)閉，擋灰板和密封擋板自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)爐傾角在±20°之外時(shí)，密閉小車將根據(jù)爐傾角自動(dòng)開(kāi)啟到合適角度，擋灰板和密封擋板自動(dòng)

打開(kāi)。

2.3 直流電機(jī)與事故傾轉(zhuǎn)控制

在自動(dòng)控制狀態(tài)下，轉(zhuǎn)爐在正常生產(chǎn)中如果出現(xiàn)下列情況，系統(tǒng)將控制直流電機(jī)作事故傾轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)爐從工作位置迅速轉(zhuǎn)動(dòng)到安全角度（+60°），以防止風(fēng)眼堵塞或噴爐事故的發(fā)生，同時(shí)發(fā)出系統(tǒng)聲光報(bào)警。直流電機(jī)采用蓄電池供電。

主要觸發(fā)情況包括：轉(zhuǎn)爐交流失電；轉(zhuǎn)爐送風(fēng)風(fēng)壓小于0.5kg/cm2；轉(zhuǎn)爐高壓鼓風(fēng)機(jī)事故停風(fēng)；轉(zhuǎn)爐煙罩冷卻水系統(tǒng)斷水；轉(zhuǎn)爐吹煉電收塵系統(tǒng)故障；轉(zhuǎn)爐送風(fēng)流量低于最小值。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)工藝控制要求，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)爐及其配套設(shè)備進(jìn)行控制，并重點(diǎn)闡述了轉(zhuǎn)爐本體回爐、吹煉、傾爐、事故傾轉(zhuǎn)的工藝過(guò)程及控制要求。該轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)自2009年2月份投產(chǎn)以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，不僅減輕了現(xiàn)場(chǎng)操作工勞動(dòng)強(qiáng)度，而且有效避免了轉(zhuǎn)爐堵塞風(fēng)眼和噴爐事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：劉立峰（1980—），男，湖南衡山人，中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司工程師，碩士，研究方向：有色冶煉工程電氣與自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）