銅冶煉轉爐吹煉控制系統設計

摘要：文章簡要介紹了銅冶煉過程中轉爐吹煉這一關鍵環節所涉及到的各種設備及其相互控制關系，說明了轉爐控制系統的硬件構成，重點闡述了轉爐聯鎖保護控制要求及控制流程。通過該控制系統提高了轉爐自動化控制水平，達到了預期設計目標。

關鍵詞：銅冶煉；轉爐吹煉控制系統；聯鎖控制；自動化

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0033-02

轉爐已被廣泛應用于鋼鐵、有色冶金等行業。轉爐生產屬于周期作業，不僅周期短，爐內化學反應強烈，而且影響冶煉過程的因素繁多，既有爐況因素、原料因素，也有工藝操作和生產管理的原因。因此，要實現轉爐冶煉的全過程自動化控制有一定的難度，但隨著現代控制技術的發展和控制手段的多樣化，轉爐控制自動化水平不斷提高。本文論述的是國外某年產15萬t粗銅冶煉項目100t轉爐控制系統的設計。

1 系統結構及操作位置說明

1.1 系統結構

在轉爐吹煉銅冶煉工藝系統中，轉爐處于承上啟下的關鍵工藝設備。它關聯面廣，包括轉爐本體、上料系統、余熱鍋爐、吹煉電收塵等設施。該冶煉廠共設有3套轉爐系統，其中，每套轉爐系統包括上料系統、加料系統、送風系統、轉爐本體系統等。

轉爐本體電控設備包括交流主電機、直流事故電機、密閉小車、密封擋板、擋灰板等。

轉爐本體主驅動電機采用交流繞線式異步電機，應用轉子串電阻啟動方式，該啟動方式具有啟動電流小、啟動轉矩大等優點，適用于轉爐類重載和頻繁啟動的生產機械。直流事故電機屬于輔助驅動設備，主要用于轉爐的應急事故傾轉。為保證爐體角度檢測的可靠性，利用電子式凸輪控制器（+TL）和多圈絕對值編碼器（+BS）共同檢測爐體角度。電磁抱閘裝置為轉爐生產制動裝置，直流供電，采用失電抱閘工作方式，在驅動電機斷電的瞬間，快速將爐體抱閘制動。

1.2 操作角度位置說明

轉爐傾轉角度為轉爐控制的重要參照物，它通過電子式凸輪控制器和多圈絕對值編碼器來檢測。轉爐主要位置角為9個，對應電子凸輪控制器的光電接近式檢測開關（RLS0～RLS8），操作位置說明如下：

（1）a=0°（限位開關RLS0）

為轉爐捅風眼操作基準位置。

（2）a=+39°（限位開關RLS1）

為轉爐傾轉時，風口將脫離熔體液面位置。

（3）a=+140°（限位開關RLS2）

為轉爐熔體倒凈位置，也是正常生產時轉爐最大傾轉角。

（4）a=-20°～+20°（限位開關RLS3、RLS4）

為轉爐正常生產吹煉位置，亦是事故傾轉風壓檢測

區域。

（5）a=±3°（限位開關RLS5、RLS6）

為轉爐加熔劑位置。

（6）a=+45°（限位開關RLS7）

為送風準備位。此位置表示風口即將進入液面，又名湯當報警位。

（7）a=+60°（限位開關RLS8）

為轉爐準備加冰銅位。

2 轉爐自動控制系統

2.1 控制系統結構框架

本轉爐DCS控制系統由三部分構成，分別為：轉爐公共DCS系統，1#、2#、3#轉爐本體及余熱振打PLC控制系統，選用美國AB公司的ControlLogix5000控制系統硬件平臺、RSView SE監控軟件、RSLogix5000編程軟件以及RSLinx通訊軟件等。

其中，轉爐公共DCS系統涵蓋了3臺轉爐公共設備的控制，包括轉爐送風系統、上料系統、余熱鍋爐給水泵、熱水循環水泵、埋刮板輸送機等。轉爐本體及余熱振打PLC系統控制轉爐本體及余熱振打電機。該系統采用了四套獨立控制器，控制器之間通過同軸電纜通訊，分散了控制器風險，提高了可靠性。最后，轉爐DCS系統通過工業以態網與全廠DCS系統通訊，實現全廠生產信息的共享。

2.2 系統聯鎖控制

轉爐本體的聯鎖保護，主要依靠安裝在減速機出力軸上的旋轉編碼器和凸輪控制器，通過它們檢測出轉爐發生聯鎖的各種爐傾角，送入PLC系統，再由控制系統進行判斷、運算后控制相關設備的聯鎖動作。在緊急情況時，控制系統可控制爐體快速傾轉，使轉爐迅速轉到安全角度。

2.2.1 轉爐本體控制。交流主電機為轉爐運轉的主驅動設備，通過齒輪變速箱驅動轉爐轉動。轉爐本體的聯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，越過+60°時，送、放風閥開始自動投入運行，送風閥開啟后放風閥關閉。密閉小車開始緩慢下放。在湯當報警位+45°，系統自動檢測送風流量是否達到安全值，待條件滿足后，爐體繼續自動向下轉動至吹煉位停止，進入吹煉區域后，氧氣閥自動開啟，密封擋板、擋灰板自動關閉，自動回爐控制結束。

吹煉控制：當爐體位于吹煉位置（-20°～+20°）范圍內，搖動爐體調整角度，轉爐進行角度微調。只要傾爐不超過+20°可認定是設備微調。爐體轉動時，密封擋板、擋灰板將自動開啟，正常生產時氧氣閥開啟，其他設備不運行。

傾爐控制：轉爐進行自動傾爐控制時，密封擋板、擋灰板自動開啟；爐體自動從吹煉位向上轉，轉爐角度超過+15°，氧氣截斷閥關閉。越過+20°時，密閉小車自動提升，越過+39°時，送、放風閥自動切換，放風閘打開，送風閥關閉。到達+45°時，工藝煙氣切斷閥關閉切斷煙氣。爐體到達+60°時，傾轉自動停止，自動傾爐

結束。

2.2.2 熔劑加料控制。轉爐加料系統的作用是為轉爐添加熔劑。轉爐加料系統包括定量給料機、活動溜槽、閘板，這些電氣設備與轉爐角度之間需要聯鎖。當轉爐爐體搖至加入熔劑位置（±3°位置）并處于停止狀態，方可進行加熔劑操作，否則該加料功能閉鎖，閘板、溜槽均不能動作。

當轉爐滿足加料條件后，操作員在觸摸屏上可進行熔劑加入量設定，隨后系統將自動控制閘板提升，溜槽下放，定量給料機開啟。加料期間，如果某臺設備出現異常，那么它之后的其他設備將聯鎖停車。加料完成后聯鎖控制順序與加料控制相反。

2.2.3 密閉小車控制。在自動控制狀態下，當爐傾角在±20°之間時，密閉小車將自動關閉，擋灰板和密封擋板自動關閉；當爐傾角在±20°之外時，密閉小車將根據爐傾角自動開啟到合適角度，擋灰板和密封擋板自動

打開。

2.3 直流電機與事故傾轉控制

在自動控制狀態下，轉爐在正常生產中如果出現下列情況，系統將控制直流電機作事故傾轉，使轉爐從工作位置迅速轉動到安全角度（+60°），以防止風眼堵塞或噴爐事故的發生，同時發出系統聲光報警。直流電機采用蓄電池供電。

主要觸發情況包括：轉爐交流失電；轉爐送風風壓小于0.5kg/cm2；轉爐高壓鼓風機事故停風；轉爐煙罩冷卻水系統斷水；轉爐吹煉電收塵系統故障；轉爐送風流量低于最小值。

3 結語

本文通過分析轉爐系統工藝控制要求，設計了轉爐控制系統對轉爐及其配套設備進行控制，并重點闡述了轉爐本體回爐、吹煉、傾爐、事故傾轉的工藝過程及控制要求。該轉爐控制系統自2009年2月份投產以來，運行穩定可靠，不僅減輕了現場操作工勞動強度，而且有效避免了轉爐堵塞風眼和噴爐事故的發生。

參考文獻

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作者簡介：劉立峰（1980—），男，湖南衡山人，中國恩菲工程技術有限公司工程師，碩士，研究方向：有色冶煉工程電氣與自動化設計。

（責任編輯：黃銀芳）