一台GM风机供艾萨炉、转炉冶炼用风的应用

董佳伟，李林华，张建波，朱 江，夏 俊，张 鑫，徐永春

(楚雄滇中有色金属有限责任公司，云南 楚雄 675000)



一台GM风机供艾萨炉、转炉冶炼用风的应用

董佳伟，李林华，张建波，朱 江，夏 俊，张 鑫，徐永春

(楚雄滇中有色金属有限责任公司，云南 楚雄 675000)

通过风量计算及控制系统设计，实现了一台风机供两种类型炉窑冶炼用风，打破了一台风机供一台炉窑的传统冶炼模式，使一些生产任务不饱和的冶炼生产线得以充分利用，降低了生产能耗，实现了降本增效，在冶炼行业中值得推广应用。

风机； 艾萨炉； 转炉； 调节阀； DCS； PLC

能源问题是现代社会所面临的最大问题，节能减排亦是企业发展的重中之重。在冶炼行业中，冶炼用风供风设备与冶炼炉窑一直沿用着一对一的供风情况。楚雄滇中有色公司(以下简称：滇中有色)艾萨炉设计产能为10万t，其中配套生产的转炉为60 t，7 500/80制氧系统两套，32 000 m3风量GM风机3台。近年来的生产过程中，由于原料供给不足，艾萨炉年产量仅为5～6万t，但是供风系统一直按照10万t产能的设计模式进行供风，采用一台GM风机及制氧系统供艾萨炉冶炼用风，一台GM风机供转炉吹炼用风，在生产过程中，2台GM风机供风量均过剩，存在排空现象，造成产量过剩。由于GM风机设计局限性，不能使用变频器进行调速，进风口导叶开启角度也不能再减小。为能降低生产成本，充分利用设备资源，提出1台GM风机供艾萨炉、转炉冶炼用风的设想，采取自动控制的方式来进行风量的调节，实现一台风机供两台冶炼炉窑用风的目的。滇中有色原供风工艺如图1。

图1 原供风工艺简图

1 工艺计算

滇中有色冶炼用风源自两套制氧站、GM风机等两套供风系统组成，其中制氧一套产氧量为7 500 m3/h，含氧量为69.5%；制氧二套产氧量为7 450 m3/h，含氧量为77.6%；一台GM风机最大供风量为32 000 m3/h。艾萨炉正常生产时，总风量控制5.5～6.0 m3/s，氧气流量3.1 m3/s以上；转炉用风量：吹炼一周期：21 000 m3/h，吹炼二周期：23 000 m3/h。风量供需表见表1。

表1 风量供需表

通过对各用风量及供风量的分析，使用一台GM风机供艾萨炉、转炉，供风量能满足工艺要求，根据艾萨炉及转炉冶炼用风量及氧量按表2对风量进行分配。

表2 生产用风分配表

2 供风管网设计

艾萨炉、转炉供风管道在艾萨厂房内交汇，现场搭接管道无障碍物。为使艾萨炉冶炼用风能够根据入料原料情况进行及时、均匀调整，通过现场测量，在艾萨厂房内GM风机供转炉主风管上搭接供风管道，实现风量调整。

供风管道直径按下面方法计算：

GM风机供风管道均为DN600，为了使新增管道能够更适用，安装更方便，阀门选型能尽可能小，通过以下计算来实现管道优化选择。

管道直径计算经验公式：

(1)

d为管道内径,mm；q为气体容积流量,m3/h；u为管内气体平均流速,m/s。

GM风机供风量为32 000 m3/h，管道为DN600，由公式1计算管道内气体平均流速u为31.45 m/s。新增管道最大风量为6 650 m3/h，由公式1计算管道内径d为273.4 mm。

为保证艾萨恒压用风，实现风量微调，将采用两根DN250管道，在这两根风管上分别安装2台阀门(PV1234、PV1235)同时控制艾萨风压，保证艾萨炉风压恒定控制在0.11 MPa左右。供风工艺管道变更如示意图2。

图2 供风工艺管道变更示意图

3 仪控设计

GM风机供给艾萨的最大允许用风量为6 650 m3/h，最低风量不低于4 850 m3/h；氧站能够供给最大氧气量为14 950 m3/h(氧浓度～73.5%)。艾萨喷枪供风管排空压力设定120 kPa(PT1222)，新增调节阀PV1234、PV1235压力设定为110 kPa。生产中因转炉用风风压在40～120 kPa之间波动，会造成艾萨压力跟随波动，操作人员及时调整用风，艾萨风压低于80 kPa时艾萨必须停产。当艾萨紧急停产时，与转炉遥炉联锁。

3.1 调节阀的选择

气动调节阀与电动调节阀选用综合比较见表3。

通过以上对比，由于使用地点在艾萨厂房内，环境粉尘较大、温度较高，在使用过程中要求控制灵敏，艾萨厂房内已有阀门控制气源，综合考虑，选用气动阀较为合理。

3.2 阀门控制系统设计

气动调节阀(PV1234、1235)的控制和艾萨紧急停产信号与转炉遥炉联锁控制进入艾萨DCS系统进行控制，气动调节阀(PV1234、1235)的控制进入艾萨DCS系统进行控制，给定值设为0.11 MPa，气动调节阀的PID回路控制见图3。

图3 气动调节阀的PID回路控制图

监控画面修改见图4。

艾萨紧急停产时，与转炉遥炉联锁的控制进入艾萨DCS系统进行控制，编写程序如图5。

3.3 转炉PLC设计

当艾萨紧急停产时，艾萨喷枪紧急提升,此时给出转炉摇炉信号,此信号与转炉遥炉联锁的控制进入转炉PLC系统进行控制，即艾萨紧急停产时喷枪紧急提升，转炉正常生产过程中(炉子位置：-20～30°)转炉自动倾炉到45°，转炉停吹。

3.3 小结

通过设备、生产工艺、控制系统的设计与计算，在2013年4月对一台GM风机供ISA、转炉冶炼用风系统改造，并对改造前后生产数据做对比见表4。

表3 气动调节阀与电动调节阀选用综合比较表

图4 气动调节阀监控画面

图5 转炉、艾萨炉联锁控制图

单位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日艾萨小时供风量m3/h12680130201214512080126701235012540艾萨小时供氧量m3/h14468143981485014790145301478014730改造前生产数据艾萨下料量t/h44.643.945.644.143.645.344.8转炉小时供风量m3/h31760305603121031560308903178031340GM风机小时电耗kW·h2328231223302320232023282321单位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日艾萨小时供风量m3/h7100691574257270722073607260艾萨小时供氧量m3/h14580148301462514490147601467014620改造后生产数据艾萨下料量t/h43.242.842.643.242.543.642.7转炉小时供风量m3/h24620238902415024630241802453024200GM风机小时电耗kW·h1658163816371644165316351623

备注：以上所有数据均为当日平均数据。

4 结语

通过供风管道的改造及仪控设计，实现了一台GM风机供艾萨炉、转炉冶炼用风的设想，提高了设备利用率。改造后艾萨炉小时下料量下降约2 t/h，通过调整入炉原料成分可满足转炉所需冰铜量。GM风机提供的全部工艺风用于冶炼炉，不存在工艺风外排的现象。减少一台1 800 kW的风机运行，根据运行数据的对比，运行一台GM风机导叶开度为90%与运行两台GM风机导叶开度为38%相比较，每小时节约680 kW·h电耗，每年可以节约设备运行成本约300万元，为企业降本增效作出巨大贡献。

[1] 董春利.传感器与检测技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2] 高安邦,褚雪莲,韩维民.PLC技术与应用理实一体化教程[M].北京：机械工业出版社，2013.

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[8] 李宗耀.压缩空气站的系统设计[M].北京：中国纺织出版社，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

董佳伟(1959—)，男，云南剑川人，主要从事有色冶金企业管理工作。

2014-02-19

2014-05-12

TF811

B

1672-6103(2015)01-0049-04