富氧侧吹熔池熔炼中控关键连锁设计及应用

杨世干

（广东申联新材料科技有限公司，广东 化州 525100）

目前国内有色冶炼企业和各大设计科研院所对富氧侧吹熔池熔炼炉均高度重视，冶炼工艺技术及配套装备、设备也日益成熟和完善，形成有特色的富氧侧吹熔池熔炼成套系统。某公司甚至在铜冶炼中首创四连炉工艺，可见其必有诸多优点。

与此同时，作为工艺辅助装备的中央控制系统（下称中控）也日趋完善，生产控制水平日新月异，为现代化的大规模冶炼的技术升级和安全生产提供了保姆式服务。本文用铜富氧侧吹熔池熔炼中控关键连锁的设计进行分解论述，阐明优异的连锁设计在实际生产中的应用可带来良好效果，同时为同类炉型的技术升级和装备的改进提供一定的参考和借鉴[1]。

1 铜富氧侧吹熔池熔炼工艺流程及配套装备

1.1 铜富氧侧吹熔池熔炼工艺流程

铜富氧侧吹熔池熔炼主要工艺流程见下图1 所示。

图1 铜富氧侧吹熔池熔炼工艺流程图

1.2 铜富氧侧吹熔池熔炼工艺中控控制内容

铜富氧侧吹熔池熔炼工艺一般采用DCS 控制系统及部分PLC 系统（如制氧站）来对生产过程参数及设备运行进行集中控制的，过程包括了原辅材料的称量、输送；炉子水套冷却进出水流量、温度、压力；供风系统的流量、浓度、压力、温度；烟气流量、温度、压力、各成分浓度；熔体温度、炉缸各点温度；炉顶负压；高位水池水位；高温风机流量；转化风机流量；动力设备及仪表的启停等等。控制过程中还包括了若干逻辑上连锁关系，是一个较为复杂的生产控制系统。

1.3 铜富氧侧吹熔池熔炼工艺安全分析

铜富氧侧吹熔池熔炼炉床能力高（60t.m-2.d-1～80t.m-2.d-1），投入的物料和富氧空气在炉内反应迅速而剧烈，须保持相对稳定的供氧和物料比例（简称氧料比），同时产出大量高温烟气和熔体需要及时转移，过程控制不好会导致严重的安全生产事故。

冷却水套的安全分析：炉子铜水套和钢水套均需软水冷却，确保直接接触高温熔体的水套内壁挂渣保护水套不被高温熔体腐蚀。如缺水，水套很快就被高温熔体冲刷及化学腐蚀使生产停顿甚至发生爆炸事故。

物料计量的安全分析：从图1 看出，入炉物料种类较多，常有其他冶金返料、含金银原料等等，如发生物料计量故障或皮带运行故障会造成氧料比失衡，从而引起喷炉或炉内冻结等。

富氧空气供给的安全分析：入炉气体是高浓富氧空气（含氧60%～80%），过量或断供直接引起氧料比失衡，引起喷炉、炉内熔体产生中间横膈膜、炉内冻结等[2-4]。

高温烟气输送的安全分析：出炉烟气温度通常达到1100℃以上，且含有高浓度SO2和重金属烟尘，如不能及时排走，就会从下料口等处溢出，引发中毒窒息致死等严重生产事故。

转化烟气输送的安全分析：制酸系统通常配有SO2转化风机负责输送净化烟气，高温风机和转化风机均需同时运行（允许设计连锁延时），设备故障时均易出现重大生产事故。

1.4 铜富氧侧吹熔池熔炼工艺配套装备

通过以上工艺安全分析可知，涉及安全生产的配套关键设备如下：

（1）炉体本身的冷却：冷却给水泵、柴油应急水泵、冷却塔上水泵、高位应急水池下水阀。

（2）物料的称量输送：各种物料称料皮带、混合物料称料皮带、炉顶移动皮带。

（3）富氧气体计量和输送：制氧站、应急气罐氧气阀、配气站各气阀。

（4）出炉烟气的输送：余热锅炉、钟罩阀、高温风机。

（5）转化烟气的输送：SO2转化风机。

上述关键设备故障时，相应的生产区域已变得很不安全，极易引起严重的安全生产事故，所以必须通过优异的中控关键连锁设计来规避。

2 富氧侧吹熔池熔炼中控关键连锁设计

设备运行逻辑、时间长短、反应快慢和对安全生产影响次序等是根据实际生产过程的特点和设备选型、现场布置的距离等方面来精确设计的。例如称料皮带、混合物料称料皮带、炉顶移动皮带有长有短，物料在其上运行的时间不一样，设置延时的时间也不一样；同时运行逻辑上看，比如混合物料称料皮带故障时，物料称料皮带停止、移动皮带继续运行至皮带清空（也有设计为同时停止的情况）；而物料称料皮带故障时，混合物料称料皮带、炉顶移动皮带需要继续运行至物料清空（以备停炉时间较长时加煤入炉进行炉内熔体保温），对这些情况中控系统设计的逻辑就不一样。本文旨在哪些装备应建立连锁，具体中控的逻辑和时间要求的设计等方面在此不予讨论。

富氧侧吹熔池熔炼中控关键连锁设计应包含以下内容：

（1）冷却给水泵、柴油应急水泵、冷却塔上水泵、高位应急水池下水阀连锁，设置故障时间超过一定值时与下料连锁。

（2）各种物料称量皮带、混合物料称量皮带、炉顶移动皮带连锁，设置故障时间超过一定值时与高温风机、SO2转化风机连锁。

（3）制氧站、应急气罐氧气阀、配气站各相关气阀、各种物料称量皮带、混合物料称量皮带、炉顶移动皮带连锁，该连锁分变化程度值对应连锁和完全故障瞬时关停连锁，同时配合现场人工操作风口。

（4）高温风机、SO2转化风机与各种物料称料皮带、混合物料称料皮带、炉顶移动皮带、配气站富氧空气总阀连锁，同时配合现场人工操作风口。

（5）停电引起所有设备停止工作，柴油发电机自动启动，确保炉子水套冷却循环水泵、高温风机工作。

3 富氧侧吹熔池熔炼中控关键连锁的实际应用

通过对铜富氧侧吹熔池熔炼的中控系统进行上述关键连锁设计后，投入某公司铜富氧侧吹熔池熔炼炉生产系统，取得了较好的效果。该公司将整个生产系统的安全警报设计为三个层次（等级）：

（1）引起炉体发生爆炸、喷炉、凝固、水套烧穿、大面积中毒、停电等必须停产或停炉超过5h 的。本层次的安全报警通常采用现场和中控同步声光报警，要求现场职工第一时间做好封堵风眼的操作。

（2）引起短时间有计划的停炉，时间不超过5h，有补救措施的。本层次的安全警报通过中控电脑声音报警，现场配合处理。

（3）局部参数变化引起相关指标异常，短时停炉检查调整完毕后基本能连续生产的。本层次的安全警报通过中控电脑指标变色或字幕等方式报警。

上述关键中控连锁设计均在第一层次之中，故障时各连锁反应及时、逻辑合理，提高了有效生产时率，现场劳动条件得到改善，减少了以前因无这方面的设计而产生的诸多二次事故，确保了安全生产，为企业赢取了较好的经济效益。

4 结论

（1）富氧侧吹熔池熔炼工艺的中控关键连锁设计很有必要，实际应用可行，给实际操作带来了积极的作用，能确保安全生产，为企业带来一定的经济效益。

（2）该连锁设计为同类生产系统中的中控系统设计提供了一定的参考和借鉴[5]。