一臺GM風機供艾薩爐、轉爐冶煉用風的應用

董佳偉，李林華，張建波，朱 江，夏 俊，張 鑫，徐永春

(楚雄滇中有色金屬有限責任公司，云南 楚雄 675000)

?

一臺GM風機供艾薩爐、轉爐冶煉用風的應用

董佳偉，李林華，張建波，朱 江，夏 俊，張 鑫，徐永春

(楚雄滇中有色金屬有限責任公司，云南 楚雄 675000)

通過風量計算及控制系統(tǒng)設計，實現(xiàn)了一臺風機供兩種類型爐窯冶煉用風，打破了一臺風機供一臺爐窯的傳統(tǒng)冶煉模式，使一些生產任務不飽和的冶煉生產線得以充分利用，降低了生產能耗，實現(xiàn)了降本增效，在冶煉行業(yè)中值得推廣應用。

風機； 艾薩爐； 轉爐； 調節(jié)閥； DCS； PLC

能源問題是現(xiàn)代社會所面臨的最大問題，節(jié)能減排亦是企業(yè)發(fā)展的重中之重。在冶煉行業(yè)中，冶煉用風供風設備與冶煉爐窯一直沿用著一對一的供風情況。楚雄滇中有色公司(以下簡稱：滇中有色)艾薩爐設計產能為10萬t，其中配套生產的轉爐為60 t，7 500/80制氧系統(tǒng)兩套，32 000 m3風量GM風機3臺。近年來的生產過程中，由于原料供給不足，艾薩爐年產量僅為5～6萬t，但是供風系統(tǒng)一直按照10萬t產能的設計模式進行供風，采用一臺GM風機及制氧系統(tǒng)供艾薩爐冶煉用風，一臺GM風機供轉爐吹煉用風，在生產過程中，2臺GM風機供風量均過剩，存在排空現(xiàn)象，造成產量過剩。由于GM風機設計局限性，不能使用變頻器進行調速，進風口導葉開啟角度也不能再減小。為能降低生產成本，充分利用設備資源，提出1臺GM風機供艾薩爐、轉爐冶煉用風的設想，采取自動控制的方式來進行風量的調節(jié)，實現(xiàn)一臺風機供兩臺冶煉爐窯用風的目的。滇中有色原供風工藝如圖1。

圖1 原供風工藝簡圖

1 工藝計算

滇中有色冶煉用風源自兩套制氧站、GM風機等兩套供風系統(tǒng)組成，其中制氧一套產氧量為7 500 m3/h，含氧量為69.5%；制氧二套產氧量為7 450 m3/h，含氧量為77.6%；一臺GM風機最大供風量為32 000 m3/h。艾薩爐正常生產時，總風量控制5.5～6.0 m3/s，氧氣流量3.1 m3/s以上；轉爐用風量：吹煉一周期：21 000 m3/h，吹煉二周期：23 000 m3/h。風量供需表見表1。

表1 風量供需表

通過對各用風量及供風量的分析，使用一臺GM風機供艾薩爐、轉爐，供風量能滿足工藝要求，根據(jù)艾薩爐及轉爐冶煉用風量及氧量按表2對風量進行分配。

表2 生產用風分配表

2 供風管網設計

艾薩爐、轉爐供風管道在艾薩廠房內交匯，現(xiàn)場搭接管道無障礙物。為使艾薩爐冶煉用風能夠根據(jù)入料原料情況進行及時、均勻調整，通過現(xiàn)場測量，在艾薩廠房內GM風機供轉爐主風管上搭接供風管道，實現(xiàn)風量調整。

供風管道直徑按下面方法計算：

GM風機供風管道均為DN600，為了使新增管道能夠更適用，安裝更方便，閥門選型能盡可能小，通過以下計算來實現(xiàn)管道優(yōu)化選擇。

管道直徑計算經驗公式：

(1)

d為管道內徑,mm；q為氣體容積流量,m3/h；u為管內氣體平均流速,m/s。

GM風機供風量為32 000 m3/h，管道為DN600，由公式1計算管道內氣體平均流速u為31.45 m/s。新增管道最大風量為6 650 m3/h，由公式1計算管道內徑d為273.4 mm。

為保證艾薩恒壓用風，實現(xiàn)風量微調，將采用兩根DN250管道，在這兩根風管上分別安裝2臺閥門(PV1234、PV1235)同時控制艾薩風壓，保證艾薩爐風壓恒定控制在0.11 MPa左右。供風工藝管道變更如示意圖2。

圖2 供風工藝管道變更示意圖

3 儀控設計

GM風機供給艾薩的最大允許用風量為6 650 m3/h，最低風量不低于4 850 m3/h；氧站能夠供給最大氧氣量為14 950 m3/h(氧濃度～73.5%)。艾薩噴槍供風管排空壓力設定120 kPa(PT1222)，新增調節(jié)閥PV1234、PV1235壓力設定為110 kPa。生產中因轉爐用風風壓在40～120 kPa之間波動，會造成艾薩壓力跟隨波動，操作人員及時調整用風，艾薩風壓低于80 kPa時艾薩必須停產。當艾薩緊急停產時，與轉爐遙爐聯(lián)鎖。

3.1 調節(jié)閥的選擇

氣動調節(jié)閥與電動調節(jié)閥選用綜合比較見表3。

通過以上對比，由于使用地點在艾薩廠房內，環(huán)境粉塵較大、溫度較高，在使用過程中要求控制靈敏，艾薩廠房內已有閥門控制氣源，綜合考慮，選用氣動閥較為合理。

3.2 閥門控制系統(tǒng)設計

氣動調節(jié)閥(PV1234、1235)的控制和艾薩緊急停產信號與轉爐遙爐聯(lián)鎖控制進入艾薩DCS系統(tǒng)進行控制，氣動調節(jié)閥(PV1234、1235)的控制進入艾薩DCS系統(tǒng)進行控制，給定值設為0.11 MPa，氣動調節(jié)閥的PID回路控制見圖3。

圖3 氣動調節(jié)閥的PID回路控制圖

監(jiān)控畫面修改見圖4。

艾薩緊急停產時，與轉爐遙爐聯(lián)鎖的控制進入艾薩DCS系統(tǒng)進行控制，編寫程序如圖5。

3.3 轉爐PLC設計

當艾薩緊急停產時，艾薩噴槍緊急提升,此時給出轉爐搖爐信號,此信號與轉爐遙爐聯(lián)鎖的控制進入轉爐PLC系統(tǒng)進行控制，即艾薩緊急停產時噴槍緊急提升，轉爐正常生產過程中(爐子位置：-20～30°)轉爐自動傾爐到45°，轉爐停吹。

3.3 小結

通過設備、生產工藝、控制系統(tǒng)的設計與計算，在2013年4月對一臺GM風機供ISA、轉爐冶煉用風系統(tǒng)改造，并對改造前后生產數(shù)據(jù)做對比見表4。

表3 氣動調節(jié)閥與電動調節(jié)閥選用綜合比較表

圖4 氣動調節(jié)閥監(jiān)控畫面

圖5 轉爐、艾薩爐聯(lián)鎖控制圖

單位4月20日4月21日4月22日4月23日4月24日4月25日4月26日艾薩小時供風量m3/h12680130201214512080126701235012540艾薩小時供氧量m3/h14468143981485014790145301478014730改造前生產數(shù)據(jù)艾薩下料量t/h44.643.945.644.143.645.344.8轉爐小時供風量m3/h31760305603121031560308903178031340GM風機小時電耗kW·h2328231223302320232023282321單位4月30日5月1日5月2日5月3日5月4日5月5日5月6日艾薩小時供風量m3/h7100691574257270722073607260艾薩小時供氧量m3/h14580148301462514490147601467014620改造后生產數(shù)據(jù)艾薩下料量t/h43.242.842.643.242.543.642.7轉爐小時供風量m3/h24620238902415024630241802453024200GM風機小時電耗kW·h1658163816371644165316351623

備注：以上所有數(shù)據(jù)均為當日平均數(shù)據(jù)。

4 結語

通過供風管道的改造及儀控設計，實現(xiàn)了一臺GM風機供艾薩爐、轉爐冶煉用風的設想，提高了設備利用率。改造后艾薩爐小時下料量下降約2 t/h，通過調整入爐原料成分可滿足轉爐所需冰銅量。GM風機提供的全部工藝風用于冶煉爐，不存在工藝風外排的現(xiàn)象。減少一臺1 800 kW的風機運行，根據(jù)運行數(shù)據(jù)的對比，運行一臺GM風機導葉開度為90%與運行兩臺GM風機導葉開度為38%相比較，每小時節(jié)約680 kW·h電耗，每年可以節(jié)約設備運行成本約300萬元，為企業(yè)降本增效作出巨大貢獻。

[1] 董春利.傳感器與檢測技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2] 高安邦,褚雪蓮,韓維民.PLC技術與應用理實一體化教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[3] 徐潔.檢測技術與儀器[M].北京：清華大學出版社，2004.

[4] 梅熾.有色冶金爐[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

[5] 許并社，李明照.銅冶煉工藝[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[6] 張陽，王湛，紀樹蘭.富氧技術及其應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.

[7] 郭愛民.冶金過程檢測與控制[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[8] 李宗耀.壓縮空氣站的系統(tǒng)設計[M].北京：中國紡織出版社，2011.

Application of a GM draught fan to supply smelting air for ISA furnace and converter

DONG Jia-wei,LI Lin-hua,ZHANG Jian-bo,ZHU Jiang,XIA Jun,ZHANG Xin,XU Yong-chun

Through air quantity calculation and control system design,a draught fan to supply air for two different kinds of furnace was realized,the traditional smelting mode of a draught fan to supply the air for a furnace was broken,and some smelting production lines realized fully used.The energy consumption of production was reduced,and the cost-reduction and benefit-increasing was realized.It is worth popularizing application in smelting industry.

draught fan; ISA furnace; converter; control valves; DCS; PLC

董佳偉(1959—)，男，云南劍川人，主要從事有色冶金企業(yè)管理工作。

2014-02-19

2014-05-12

TF811

B

1672-6103(2015)01-0049-04