火法煉銅轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制方案簡(jiǎn)析

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)。

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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。