淺談回轉(zhuǎn)式陽極爐安全設(shè)計與控制

劉 巖, 黃明崗, 張 旭

(云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司， 云南 個舊 661000)

淺談回轉(zhuǎn)式陽極爐安全設(shè)計與控制

劉 巖, 黃明崗, 張 旭

(云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司， 云南 個舊 661000)

本文主要介紹銅火法精煉回轉(zhuǎn)式陽極爐在電氣控制上的安全設(shè)計。

回轉(zhuǎn)式陽極爐； 安全； 電氣控制

陽極爐按照爐體結(jié)構(gòu)可分為三種：回轉(zhuǎn)式、固定式、傾動式。三者之中，回轉(zhuǎn)式陽極爐因為具有操作方便、生產(chǎn)效率高、勞動強度低、燃料消耗少等優(yōu)點在國內(nèi)銅冶煉行業(yè)使用的較為普遍。因而，回轉(zhuǎn)式陽極爐在使用過程中能否安全可靠的運行就顯得尤為重要，因為在出銅或者扒渣的過程中爐子不能正常工作會導(dǎo)致“跑銅”等事故發(fā)生，造成較為嚴重的生產(chǎn)事故。本文從電氣安全控制方面介紹了回轉(zhuǎn)式陽極爐的安全設(shè)計以供探討。

1 陽極爐的構(gòu)成

回轉(zhuǎn)式陽極爐見圖1所示，主要由爐體(350 t、Φ4.2×13 m)、支撐傳動裝置、電機驅(qū)動裝置、保護限位裝置、控制柜及操作臺等幾部分組成。燃燒器固定在排煙口的相對端蓋上，而燃燒裝置和燃燒氣管一起連接在燃燒器上。燃燒器可隨爐體一起傾動。爐體支撐裝置由四個拖輪構(gòu)成，拖輪均采用復(fù)式托輪組傳動帶輪緣，另一端為光面托輪?；剞D(zhuǎn)爐的滾圈為兩檔，其中一個與大輪組成一體，構(gòu)成爐體傳動系統(tǒng)的一部分。回轉(zhuǎn)爐是火法精煉的主體設(shè)備，其關(guān)鍵部位是氧化還原風口、出銅口、加料口、燃燒器，對耐火材料的選用有嚴格要求?；剞D(zhuǎn)式陽極爐驅(qū)動裝置主要由主交流變頻電機、副直流電機、主變速箱、副變速箱、電磁離合器和大小齒圈組成?；剞D(zhuǎn)爐的傾轉(zhuǎn)是依靠主交流電動機和副直流電機、電磁離合器變速箱以及控制裝置來實現(xiàn)的?；剞D(zhuǎn)式陽極爐的轉(zhuǎn)動方式設(shè)有快速轉(zhuǎn)動、慢速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方式的快慢主要靠變頻器的速率調(diào)節(jié)。放渣、澆鑄、修爐使用慢速傾動。事故傾轉(zhuǎn)是指爐體正在氧化、扒渣、還原、澆鑄時突然停電導(dǎo)致交流主電機不能正常工作，此時直流電機會自動啟動，將爐體從不同方向快速轉(zhuǎn)到安全位置。保護限位裝置由凸輪控制器及位置編碼器組成，雙重的限位裝置能避免因電氣元件的損壞而造成爐體位置的誤判斷，給設(shè)備的正常運行提供良好的安全保障。

1—熱料進料口；2—扒渣口爐蓋；3—出銅口；4—電機驅(qū)動裝置；5—支撐傳動裝置；6—氧化還原口；7—燃燒器；8—爐體圖1 回轉(zhuǎn)式陽極爐結(jié)構(gòu)示意圖

2 電氣裝置構(gòu)成

回轉(zhuǎn)式陽極爐的電氣裝置主要包含主交流電機(110 kW)、副直流電機(事故電機63.5 kW)、變頻器、控制系統(tǒng)(本廠采用CS3000DCS控制系統(tǒng))、凸輪控制器、位置編碼器(德國SICK)、操作臺(陽極爐控制室及圓盤澆鑄室各一臺)等部分。主交流電機部分電氣控制原理圖見圖2。

圖2 主交流電機部分電氣控制原理圖

3 陽極爐的安全設(shè)計

回轉(zhuǎn)式陽極爐因自身構(gòu)造的原因，能否保證陽極爐安全穩(wěn)定的運行顯得尤為重要。因此在本廠的陽極爐安全(CS3000系統(tǒng)中的部分安全邏輯見圖3)設(shè)計中主要考慮了以下幾點因素。

3.1 雙重的安全限位裝置

限位裝置由凸輪控制器和位置編碼器組成。在設(shè)計上凸輪控制器的各個安全限位角度應(yīng)略大于位置編碼器的安全限位角度，這樣做的目的在于當編碼器正常工作時可依據(jù)編碼器的角度判斷保證安全限位邏輯的執(zhí)行。相反，當編碼器不能正常工作時導(dǎo)致角度誤判能通過凸輪控制器的安全限位保證安全邏輯執(zhí)行。良好的雙重限位為爐子的安全邏輯提供了有力的基礎(chǔ)保障。

3.2 陽極爐轉(zhuǎn)動時電磁抱閘延時打開

陽極爐因自身構(gòu)造的原因存在重量分布不均的情況，當驅(qū)動裝置沒有提供驅(qū)動力矩前抱閘先打開就會導(dǎo)致爐子產(chǎn)生“自轉(zhuǎn)”。因而在設(shè)計過程中一定要保證驅(qū)動裝置提供起動力矩后，再適量延時抱閘的打開以保證安全。

3.3 事故時保證爐子能快速運行到安全位

事故復(fù)位傾轉(zhuǎn)分為手動模式和自動模式(由聯(lián)鎖條件觸發(fā))。

操作工在生產(chǎn)過程中轉(zhuǎn)動爐體時發(fā)現(xiàn)如有任何異常(例如發(fā)生“跑銅”、“潑渣”、及其他不可預(yù)見事故)應(yīng)立即按下“事故復(fù)位傾轉(zhuǎn)按鈕”，按下該按鈕后當主電機(交流電機)在能正常工作(交流電源未發(fā)生異常、變頻器沒有發(fā)生故障)的條件下，主電機會以40 Hz的頻率將爐體轉(zhuǎn)到安全位置(-5°-+5°)；當主電機不能正常工作時會啟動直流電機將爐體轉(zhuǎn)到安全位置(-5°-+5°)，當爐子轉(zhuǎn)動到安全位置后操作工應(yīng)將“事故復(fù)位傾轉(zhuǎn)按鈕”進行復(fù)位。

操作工在生產(chǎn)過程中轉(zhuǎn)動爐體時發(fā)生交流電源故障或者交流電機變頻器故障以及到達保護極限位(+75°、-55°)時，事故復(fù)位傾轉(zhuǎn)會自動啟動，此時直流電機會自動將爐體轉(zhuǎn)動到安全位置(-5°-+5°)。

3.4 正常作業(yè)模式與爐修模式切換保證安全

正常作業(yè)時安全聯(lián)鎖投入。陽極爐DCS操作頁面上有三個按鈕選擇開關(guān)，分別是“工作模式”選擇、“事故旋轉(zhuǎn)聯(lián)鎖”選擇、“編碼方向聯(lián)鎖”選擇，在正常生產(chǎn)作業(yè)時一定要在工程師權(quán)限下(工程師權(quán)限密碼由工序長掌握，且不可隨意告知其他人)將三個開關(guān)分別置為“正常作業(yè)”、“聯(lián)鎖投入”、“編碼方向聯(lián)鎖投入”，然后再將DCS控制權(quán)限切換到操作工權(quán)限。

爐修作業(yè)時聯(lián)鎖切除。在爐修過程中要在DCS工程師權(quán)限下將三個“聯(lián)鎖開關(guān)”切除，以避免因檢修過程中觸發(fā)安全聯(lián)鎖條件引發(fā)事故復(fù)位傾轉(zhuǎn)造成安全事故。

圖3 CS3000系統(tǒng)中的部分安全邏輯

4 陽極爐的控制操作

4.1 操作位置

陽極爐操作位置分為陽極爐室和澆鑄室兩個位置。當進行氧化還原等作業(yè)時在陽極爐室進行操作，進行澆鑄作業(yè)時在澆鑄室(可通過視頻監(jiān)控觀察出銅口位置)操作。

4.2 主交流電機操作

交流電機屬于正常生產(chǎn)的主電機，當主電機能正常帶動爐體轉(zhuǎn)動時，操作工需要轉(zhuǎn)動爐體時要遵循如下操作步驟：

① 將“交流/直流”轉(zhuǎn)換開關(guān)置為“交流”位置；

② 確認“交流電源準備”指示燈為亮燈狀態(tài)；

③ 將“扒渣/氧化還原/正常/出銅”轉(zhuǎn)換開關(guān)置為操作目的位置；

④ 通過“出銅/出渣”轉(zhuǎn)換開關(guān)進行檔速選擇及轉(zhuǎn)爐操作后，要確認“制動器松動”指示燈為亮燈狀態(tài)；

⑤ 停止爐體轉(zhuǎn)動時要確認爐體已經(jīng)完全停止轉(zhuǎn)動；

⑥ 上述操作完成后確認已將①②⑤步驟所有開關(guān)置為“0”位。

4.3 副直流電機操作

直流電機屬于事故傾轉(zhuǎn)電機，當發(fā)生事故時會啟用直流電機。但是有些時候為了保證當爐物料能正常澆鑄完畢以利于檢修，交流主電機會臨時啟用副直流電機轉(zhuǎn)動爐子。在操作過程中操作工要遵循如下操作步驟:

① 將DCS操作頁面上的“事故旋轉(zhuǎn)聯(lián)鎖”選擇切除；

② 將“交流/直流”轉(zhuǎn)換開關(guān)置為“直流”位置；

③ 選擇“直流正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)”開關(guān)進行轉(zhuǎn)爐操作。

5 結(jié)束語

回轉(zhuǎn)式陽極爐在銅火法精煉中應(yīng)用的較為普遍，一定要在設(shè)計使用過程中考慮相關(guān)安全因素，做好陽極爐的安全保護措施。

[1] 朱祖澤，賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學[M].北京：科學出版社,2003.

Discussion on the safety design and control of rotary anode furnace

LIU Yan， HUANG Ming-gang， ZHANG Xu

The safety design of rotary anode furnace for copper pyrometallugical refining on electric control has been mainly introduced in this paper.

rotary anode furnace； safety； electrical control

劉巖(1985—)，男，遼寧葫蘆島人，助理工程師，主要從事儀表自動化控制工作。

2015-12-25

TF811; TF273

B

1672-6103(2016)02-0045-04