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    火法煉銅轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制方案簡(jiǎn)析

    2020-07-31 11:43:02徐曉偉
    關(guān)鍵詞:變頻器

    摘 要:火法銅冶煉轉(zhuǎn)爐由于是一個(gè)動(dòng)態(tài)的高溫設(shè)備,需要做大量的聯(lián)鎖保護(hù),其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和供風(fēng)系統(tǒng)、積煙系統(tǒng)、熔劑冷料系統(tǒng)也有很多的聯(lián)動(dòng);轉(zhuǎn)爐送風(fēng)吹煉時(shí)間有很大的可塑性,受前面工段冰銅供應(yīng)制約很大,在轉(zhuǎn)爐停風(fēng)不吹煉的狀態(tài)轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)仍然在工作,造成了很大的能源浪費(fèi),增加高壓變頻器對(duì)控制風(fēng)機(jī)頻率和流量,節(jié)省轉(zhuǎn)爐送風(fēng)成本有顯著的效果。

    關(guān)鍵詞:銅冶煉轉(zhuǎn)爐;高壓離心鼓風(fēng)機(jī);變頻器;頻率于風(fēng)量的參比關(guān)系;聯(lián)鎖控制

    火法銅冶煉轉(zhuǎn)爐由于是一個(gè)動(dòng)態(tài)的高溫設(shè)備,需要做大量的聯(lián)鎖保護(hù),其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和供風(fēng)系統(tǒng)、積煙系統(tǒng)、熔劑冷料系統(tǒng)也有很多的聯(lián)動(dòng);轉(zhuǎn)爐送風(fēng)吹煉時(shí)間有很大的可塑性,受前面工段冰銅供應(yīng)制約很大,在轉(zhuǎn)爐停風(fēng)不吹煉的狀態(tài)轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)仍然在工作,造成了很大的能源浪費(fèi),增加高壓變頻器對(duì)控制風(fēng)機(jī)頻率和流量,節(jié)省轉(zhuǎn)爐送風(fēng)成本有顯著的效果

    1 供風(fēng)系統(tǒng)

    1.1 供風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成

    轉(zhuǎn)爐供風(fēng)系統(tǒng)由兩臺(tái)1250kW高壓離心鼓風(fēng)機(jī)互為備用,一套高壓變頻器、一套高壓軟啟動(dòng)柜,風(fēng)機(jī)進(jìn)出口閥門,風(fēng)機(jī)防喘振閥門,DN450供風(fēng)管路,在轉(zhuǎn)爐爐前有兩臺(tái)DN450快速開(kāi)關(guān)閥門(即送風(fēng)閥、放風(fēng)閥)組成。

    1.2 轉(zhuǎn)爐吹煉特點(diǎn)

    轉(zhuǎn)爐吹煉是間歇性的,前面熔煉爐供應(yīng)冰銅是否及時(shí),決定了轉(zhuǎn)爐等料時(shí)間的長(zhǎng)短,正常情況下轉(zhuǎn)爐在完成了爐內(nèi)現(xiàn)有冰銅的吹煉后轉(zhuǎn)出等料,轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)仍然在滿負(fù)荷運(yùn)行,這造成了很大的能源浪費(fèi)。給轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)增加一臺(tái)高壓變頻器,在轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)出等料時(shí),將風(fēng)機(jī)頻率降下來(lái),可以顯著的降低風(fēng)機(jī)電流,節(jié)能降耗。

    以Φ3600mm×7500mm,50T轉(zhuǎn)爐為例,配套的高壓離心鼓風(fēng)機(jī)為1250kW,轉(zhuǎn)速2900 r/min,風(fēng)量27000m3/h。平均12h,6包冰銅可產(chǎn)一爐粗銅,在此期間等料時(shí)間在2h以上。轉(zhuǎn)爐正常吹煉風(fēng)量保持在20000m3/h就足夠了,所以需要調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口閥門開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)供風(fēng)流量。這樣在轉(zhuǎn)爐放空等料時(shí)風(fēng)機(jī)的能量組要是被外排和熱消耗,造成了很大的能源浪費(fèi),所以對(duì)高壓離心鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造,增加了一臺(tái)1500kW高壓變頻器來(lái)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速;將高壓變頻器的控制引入了轉(zhuǎn)爐的PLC控制系統(tǒng),又將三臺(tái)轉(zhuǎn)爐的PLC控制系統(tǒng)通過(guò)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通訊,這樣以來(lái)在3臺(tái)轉(zhuǎn)爐控制室都可以方便的控制高壓離心鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

    通常在正常吹煉時(shí)將高壓離心鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)出口閥門全開(kāi),變頻器設(shè)定在40Hz左右,隨著吹煉風(fēng)眼的粘結(jié)慢慢提高風(fēng)機(jī)頻率到43Hz,配合爐后通風(fēng)眼機(jī)保證了系統(tǒng)供風(fēng)壓力、流量的穩(wěn)定,極大的增加了轉(zhuǎn)爐供風(fēng)系統(tǒng)的可控性;在不吹煉等料時(shí)將風(fēng)機(jī)頻率降低到10Hz,電機(jī)電流由70A降低到10A,節(jié)能效果極其可觀,每年可節(jié)省用電150萬(wàn)度以上。

    2 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

    2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

    轉(zhuǎn)爐控制設(shè)計(jì)中,每臺(tái)爐子有兩個(gè)操作地點(diǎn),分別是操作室操作臺(tái)(1CT,2CT,3CT)操作,爐前操作箱(1AC1,2AC1,3AC1)操作。操作臺(tái)上有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),報(bào)警燈,交/直流電流表,電壓表;交/直流搖爐開(kāi)關(guān)。

    當(dāng)轉(zhuǎn)爐交/直流電送上,操作臺(tái)上的“交流操作電源”和“直流操作電源”指示燈亮,并且“交流電壓”和“直流電壓”電壓表都有相應(yīng)的指示,以提示轉(zhuǎn)爐操作人員交直流電壓已經(jīng)送上,可以開(kāi)始操作。此時(shí),由操作人員決定操作模式和操作地點(diǎn),在操作臺(tái)上有“作業(yè) 檢修”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和“爐前 操作室 機(jī)旁”選擇開(kāi)關(guān)。如選擇在“操作室”用交流電機(jī)傾爐,操作人員需要將“自動(dòng) 切”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇到“自動(dòng)”,然后按下“切入”按鈕,相應(yīng)的“切入”指示燈亮,此時(shí),便提示操作人員可以在操作室傾動(dòng)爐體。搖動(dòng)交流“傾爐 回爐”開(kāi)關(guān),操作人員可通過(guò)交流電機(jī)傾動(dòng)或者回轉(zhuǎn)爐體。

    相應(yīng)轉(zhuǎn)爐還有1個(gè)操作地點(diǎn)“爐前”,當(dāng)要在爐前操作時(shí),需要將操作臺(tái)上的“爐前 操作室 機(jī)旁”選擇開(kāi)關(guān)選擇在“爐前”,然后在操作室操作臺(tái)上將“自動(dòng) 切”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇到“自動(dòng)”,然后按下“切入”按鈕,當(dāng)“切入”指示燈亮便可以在爐前搖動(dòng)“傾爐 回爐”開(kāi)關(guān)傾轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn)爐體。機(jī)旁操作點(diǎn)現(xiàn)已取消。

    當(dāng)需要用直流電機(jī)搖爐時(shí),當(dāng)“直流操作電源”指示燈亮,將“自動(dòng) 切 手動(dòng)”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇到“手動(dòng)”便可搖動(dòng)直流“傾爐 回爐”開(kāi)關(guān),通過(guò)直流電機(jī)傾轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn)爐體,如果直流開(kāi)關(guān)或線路損壞,爐體轉(zhuǎn)動(dòng)不受控制,可將“自動(dòng) 切 手動(dòng)”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇到“切”,以此切斷直流電機(jī)的控制電源。

    2.2 爐位聯(lián)鎖

    在轉(zhuǎn)爐操作臺(tái)上有“作業(yè)檢修”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),操作人員可以選擇是在作業(yè)狀態(tài)下傾動(dòng)爐體或是在檢修狀態(tài)下。在檢修狀態(tài)下,交/直流電機(jī)可以不受角度限制傾轉(zhuǎn)爐體。

    在作業(yè)狀態(tài)下,爐體會(huì)有傾爐限位和回爐限位,當(dāng)?shù)竭_(dá)傾爐限位(145度)時(shí),爐體無(wú)法繼續(xù)傾轉(zhuǎn),當(dāng)?shù)竭_(dá)回爐限位(-7度至-20度之間)時(shí),爐體無(wú)法繼續(xù)回轉(zhuǎn)。在作業(yè)狀態(tài)下用交流電機(jī)由小于45度位置開(kāi)始傾爐時(shí),當(dāng)?shù)竭_(dá)45度、60度時(shí),爐體會(huì)停一下,需要操作人員確認(rèn)是否繼續(xù)傾轉(zhuǎn),如需要繼續(xù)傾轉(zhuǎn),只要將交流“傾爐 回爐”開(kāi)關(guān)回歸中間位,然后再傾爐,便可以繼續(xù)傾動(dòng)爐體。如果是從大于0度的位置回爐,回到0度時(shí)候,爐體也會(huì)停下,需要操作人員確認(rèn)是否繼續(xù)回轉(zhuǎn),如需要繼續(xù)回轉(zhuǎn),只要將交流“傾爐 回爐”開(kāi)關(guān)回歸中間位,然后再回爐,便可以繼續(xù)回轉(zhuǎn)爐體,但不能超過(guò)-7度至-20度之間。

    在作業(yè)狀態(tài)下交流電機(jī)選擇為手動(dòng),交流電源送上,交流電機(jī)傾爐或回爐受傾爐限位或回爐限位限制,無(wú)法超出限位所限制的角度。(145度至-20度)

    當(dāng)在作業(yè)狀態(tài),直流電機(jī)選擇為自動(dòng),直流電源送上,當(dāng)發(fā)生事故傾轉(zhuǎn)報(bào)警(由工藝人員定出) 時(shí),直流電機(jī)便會(huì)自動(dòng)將爐體傾轉(zhuǎn)出來(lái),直到60度停止。

    3 控制功能概述

    根據(jù)轉(zhuǎn)爐工藝要求,轉(zhuǎn)爐正常運(yùn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由一臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)承擔(dān)轉(zhuǎn)爐動(dòng)作,在其吹煉時(shí),為防止吹煉產(chǎn)生的煙氣溢出,由活動(dòng)煙罩、環(huán)保煙罩、集煙閥以及鐘罩閥等設(shè)備構(gòu)成的集煙系統(tǒng)完成煙氣吸收的作用;另外,防火門、擋灰門等附屬設(shè)備完成防火、擋灰等各自功能。在本控制系統(tǒng)中,上述設(shè)備均與爐體自身運(yùn)行狀況進(jìn)行聯(lián)鎖自動(dòng)控制。

    3.1 回爐操作

    回爐操作時(shí),爐口從進(jìn)料位置向上轉(zhuǎn),越過(guò)設(shè)定爐位時(shí),送、放風(fēng)閘開(kāi)始關(guān)至全閉限位。鐘罩閥從下限位開(kāi)始提升,至上限為停止。當(dāng)風(fēng)眼處于爐內(nèi)銅液面位置時(shí),活動(dòng)煙罩自動(dòng)下放至下限位。同時(shí)PLC會(huì)檢測(cè)進(jìn)風(fēng)流量是否達(dá)到設(shè)定值(避免風(fēng)量未達(dá),而風(fēng)眼轉(zhuǎn)至銅液面以下,造成損失),如條件不滿足,爐體停止轉(zhuǎn)動(dòng),待條件滿足后,爐體繼續(xù)自動(dòng)向上轉(zhuǎn)動(dòng)至零度停止(繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)需人為操作)。停止后氧氣截?cái)嚅y自動(dòng)打開(kāi)。防火、擋灰門自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)回爐操作完畢后,轉(zhuǎn)爐即在正常吹煉位。回爐操作極限位置:-20度。

    3.2 傾爐操作

    傾爐操作時(shí),爐口從吹煉位置向下轉(zhuǎn),氧氣截?cái)嚅y自動(dòng)關(guān)閉?;顒?dòng)煙罩自動(dòng)提升至上限位,越過(guò)設(shè)定爐位時(shí),送、放風(fēng)閘自動(dòng)投入運(yùn)行,送風(fēng)閘關(guān)到全閉限位,放風(fēng)閘開(kāi)到全開(kāi)限位。鐘罩閥開(kāi)始下降至下限位停止。同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)暫停,待活動(dòng)煙罩上限位發(fā)回信號(hào)后,爐體方可繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)(無(wú)需人為干涉),到達(dá)預(yù)定停止?fàn)t位時(shí),傾轉(zhuǎn)自動(dòng)停止,需人為再次確認(rèn)是傾爐操作,轉(zhuǎn)爐方可繼續(xù)傾爐操作,以防止人為原因造成的反爐事故。傾爐操作極限位置:+140度。

    其次,本轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)的爐位檢測(cè)主要依靠安裝在減速機(jī)的出力軸的對(duì)側(cè)的旋轉(zhuǎn)編碼器裝置,并由其通過(guò)設(shè)備網(wǎng)向控制器提供爐體的爐位數(shù)據(jù),由于其傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào),具有精確度高、360度全方位、控制設(shè)定點(diǎn)360度范圍內(nèi)任意設(shè)置等諸多優(yōu)點(diǎn),從而避免了早先主令控制器檢測(cè)轉(zhuǎn)爐爐位時(shí)精度差、設(shè)定點(diǎn)有限等缺陷,更有效的實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各部件聯(lián)鎖功能,可更方便設(shè)置各功能點(diǎn)。

    參考文獻(xiàn):

    [1]萬(wàn)雅競(jìng).現(xiàn)代冶金傳感器[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

    [2]許并社,李明照.有色金屬冶金1200問(wèn)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

    [3]黃武.銅冶煉轉(zhuǎn)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究,2005(01):49-53.

    作者簡(jiǎn)介:

    徐曉偉(1988- ),男,助理工程師,公司:山東恒邦冶煉股份有限公司,主要研究方向:設(shè)備管理。

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