火法炼铜转炉自动化控制方案简析

摘 要：火法铜冶炼转炉由于是一个动态的高温设备，需要做大量的联锁保护，其驱动系统和供风系统、积烟系统、熔剂冷料系统也有很多的联动;转炉送风吹炼时间有很大的可塑性，受前面工段冰铜供应制约很大，在转炉停风不吹炼的状态转炉风机仍然在工作，造成了很大的能源浪费，增加高压变频器对控制风机频率和流量，节省转炉送风成本有显著的效果。

关键词：铜冶炼转炉;高压离心鼓风机;变频器;频率于风量的参比关系;联锁控制

火法铜冶炼转炉由于是一个动态的高温设备，需要做大量的联锁保护，其驱动系统和供风系统、积烟系统、熔剂冷料系统也有很多的联动;转炉送风吹炼时间有很大的可塑性，受前面工段冰铜供应制约很大，在转炉停风不吹炼的状态转炉风机仍然在工作，造成了很大的能源浪费，增加高压变频器对控制风机频率和流量，节省转炉送风成本有显著的效果

1 供风系统

1.1 供风系统构成

转炉供风系统由两台1250kW高压离心鼓风机互为备用，一套高压变频器、一套高压软启动柜，风机进出口阀门，风机防喘振阀门，DN450供风管路，在转炉炉前有两台DN450快速开关阀门（即送风阀、放风阀）组成。

1.2 转炉吹炼特点

转炉吹炼是间歇性的，前面熔炼炉供应冰铜是否及时，决定了转炉等料时间的长短，正常情况下转炉在完成了炉内现有冰铜的吹炼后转出等料，转炉风机仍然在满负荷运行，这造成了很大的能源浪费。给转炉风机增加一台高压变频器，在转炉转出等料时，将风机频率降下来，可以显著的降低风机电流，节能降耗。

以Φ3600mm×7500mm，50T转炉为例，配套的高压离心鼓风机为1250kW，转速2900 r/min，风量27000m3/h。平均12h，6包冰铜可产一炉粗铜，在此期间等料时间在2h以上。转炉正常吹炼风量保持在20000m3/h就足够了，所以需要调节风机入口阀门开度来调节供风流量。这样在转炉放空等料时风机的能量组要是被外排和热消耗，造成了很大的能源浪费，所以对高压离心鼓风机进行了变频改造，增加了一台1500kW高压变频器来控制风机转速;将高压变频器的控制引入了转炉的PLC控制系统，又将三台转炉的PLC控制系统通过环网进行通讯，这样以来在3台转炉控制室都可以方便的控制高压离心鼓风机的转速。

通常在正常吹炼时将高压离心鼓风机进出口阀门全开，变频器设定在40Hz左右，随着吹炼风眼的粘结慢慢提高风机频率到43Hz，配合炉后通风眼机保证了系统供风压力、流量的稳定，极大的增加了转炉供风系统的可控性;在不吹炼等料时将风机频率降低到10Hz，电机电流由70A降低到10A，节能效果极其可观，每年可节省用电150万度以上。

2 驱动控制系统

2.1 电机驱动

转炉控制设计中，每台炉子有两个操作地点，分别是操作室操作台（1CT，2CT，3CT）操作，炉前操作箱（1AC1，2AC1，3AC1）操作。操作台上有转换开关，报警灯，交/直流电流表，电压表;交/直流摇炉开关。

当转炉交/直流电送上，操作台上的“交流操作电源”和“直流操作电源”指示灯亮，并且“交流电压”和“直流电压”电压表都有相应的指示，以提示转炉操作人员交直流电压已经送上，可以开始操作。此时，由操作人员决定操作模式和操作地点，在操作台上有“作业 检修”转换开关和“炉前 操作室 机旁”选择开关。如选择在“操作室”用交流电机倾炉，操作人员需要将“自动 切”转换开关选择到“自动”，然后按下“切入”按钮，相应的“切入”指示灯亮，此时，便提示操作人员可以在操作室倾动炉体。摇动交流“倾炉 回炉”开关，操作人员可通过交流電机倾动或者回转炉体。

相应转炉还有1个操作地点“炉前”，当要在炉前操作时，需要将操作台上的“炉前 操作室 机旁”选择开关选择在“炉前”，然后在操作室操作台上将“自动 切”转换开关选择到“自动”，然后按下“切入”按钮，当“切入”指示灯亮便可以在炉前摇动“倾炉 回炉”开关倾转或回转炉体。机旁操作点现已取消。

当需要用直流电机摇炉时，当“直流操作电源”指示灯亮，将“自动 切 手动”转换开关选择到“手动”便可摇动直流“倾炉 回炉”开关，通过直流电机倾转或回转炉体，如果直流开关或线路损坏，炉体转动不受控制，可将“自动 切 手动”转换开关选择到“切”，以此切断直流电机的控制电源。

2.2 炉位联锁

在转炉操作台上有“作业检修”转换开关，操作人员可以选择是在作业状态下倾动炉体或是在检修状态下。在检修状态下，交/直流电机可以不受角度限制倾转炉体。

在作业状态下，炉体会有倾炉限位和回炉限位，当到达倾炉限位（145度）时，炉体无法继续倾转，当到达回炉限位（-7度至-20度之间）时，炉体无法继续回转。在作业状态下用交流电机由小于45度位置开始倾炉时，当到达45度、60度时，炉体会停一下，需要操作人员确认是否继续倾转，如需要继续倾转，只要将交流“倾炉 回炉”开关回归中间位，然后再倾炉，便可以继续倾动炉体。如果是从大于0度的位置回炉，回到0度时候，炉体也会停下，需要操作人员确认是否继续回转，如需要继续回转，只要将交流“倾炉 回炉”开关回归中间位，然后再回炉，便可以继续回转炉体，但不能超过-7度至-20度之间。

在作业状态下交流电机选择为手动，交流电源送上，交流电机倾炉或回炉受倾炉限位或回炉限位限制，无法超出限位所限制的角度。（145度至-20度）

当在作业状态，直流电机选择为自动，直流电源送上，当发生事故倾转报警（由工艺人员定出） 时，直流电机便会自动将炉体倾转出来，直到60度停止。

3 控制功能概述

根据转炉工艺要求，转炉正常运行转动时，由一台交流异步电动机承担转炉动作，在其吹炼时，为防止吹炼产生的烟气溢出，由活动烟罩、环保烟罩、集烟阀以及钟罩阀等设备构成的集烟系统完成烟气吸收的作用;另外，防火门、挡灰门等附属设备完成防火、挡灰等各自功能。在本控制系统中，上述设备均与炉体自身运行状况进行联锁自动控制。

3.1 回炉操作

回炉操作时，炉口从进料位置向上转，越过设定炉位时，送、放风闸开始关至全闭限位。钟罩阀从下限位开始提升，至上限为停止。当风眼处于炉内铜液面位置时，活动烟罩自动下放至下限位。同时PLC会检测进风流量是否达到设定值（避免风量未达，而风眼转至铜液面以下，造成损失），如条件不满足，炉体停止转动，待条件满足后，炉体继续自动向上转动至零度停止（继续转动无需人为操作）。停止后氧气截断阀自动打开。防火、挡灰门自动关闭。当回炉操作完毕后，转炉即在正常吹炼位。回炉操作极限位置：-20度。

3.2 倾炉操作

倾炉操作时，炉口从吹炼位置向下转，氧气截断阀自动关闭。活动烟罩自动提升至上限位，越过设定炉位时，送、放风闸自动投入运行，送风闸关到全闭限位，放风闸开到全开限位。钟罩阀开始下降至下限位停止。同时转动暂停，待活动烟罩上限位发回信号后，炉体方可继续转动（无需人为干涉），到达预定停止炉位时，倾转自动停止，需人为再次确认是倾炉操作，转炉方可继续倾炉操作，以防止人为原因造成的反炉事故。倾炉操作极限位置：+140度。

其次，本转炉控制系统的炉位检测主要依靠安装在减速机的出力轴的对侧的旋转编码器装置，并由其通过设备网向控制器提供炉体的炉位数据，由于其传输的是数字信号，具有精确度高、360度全方位、控制设定点360度范围内任意设置等诸多优点，从而避免了早先主令控制器检测转炉炉位时精度差、设定点有限等缺陷，更有效的实现了系统各部件联锁功能，可更方便设置各功能点。

参考文献：

[1]万雅竞.现代冶金传感器[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]许并社，李明照.有色金属冶金1200问[M].北京：化学工业出版社，2008.

[3]黄武.铜冶炼转炉自动控制系统[J].有色冶金设计与研究，2005（01）：49-53.

作者简介：

徐晓伟（1988- ），男，助理工程师，公司：山东恒邦冶炼股份有限公司，主要研究方向：设备管理。