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1、转炉富氧吹炼的自动控制转炉富氧吹炼的自动控制 张晋张晋 张晋女士，北京有色冶金设计研究总院高级工程师。 关键词：比值调节 联锁 压力调节 转炉吹炼的任务是将铜锍在转炉中脱除硫、 铁等大部分杂质， 成为含铜 98.5 99.5%的粗铜。在吹炼过程中，硫以 SO2的形式进入烟气，铁和加入的石英石造渣。某冶炼厂为提高铜产量，先后建成了 7 台转炉，其中 3 台转炉用于炼铜，4 台转炉用于炼镍。在转炉先后投产过程中，业主决定进行加入富氧空气吹炼，加 入富氧空气吹炼的目的有二：减少吹炼时间，提高产量；减少烟气量，进而减少 热损失。因此，在随后的设计中专门从氧气站接入浓度为 99.7%的纯氧至转炉吹 炼厂
2、房，并在其附近设置氧气调压站。 富氧空气氧浓度控制十分关键， 氧浓度过低达不到预期的目的， 氧浓度过大， 造成单位时间内转炉反应热提高过快，影响炉衬寿命；同时氧气浓度过高，容易 造成炉内铜过吹，泡沫渣形成过多容易冒炉，严重时会发生危险；另外如果管道 积存氧气浓度过高，开炉时若碰到火花容易发生爆炸。因此，转炉加氧控制中， 通过风、氧流量配比调节以控制氧浓度、风氧阀门联锁控制及氧气阀站控制等十 分关键。 一一 转炉风、氧流量配比调节转炉风、氧流量配比调节 7 台转炉供风是从统一母管供来，7 台转炉供氧是从统一阀站供来，至 7 台 转炉分别分成 7 支风管、7 支氧气管。由于 7 台转炉风、氧流量调
3、节原理相同， 现就一台转炉控制为例说明，如 7#转炉，风、氧流量调节原理图见图 1 所示。 从图 1 可看出，在供风、供氧管道上分别装有流量计(FE4407、FE1113)及气 动调节阀(FV4407、FV1113)，流量检测信号均送入控制系统，气动调节阀控制信 号均由控制系统给出。工艺要求转炉吹炼所需富氧空气中氧浓度一般为 24%，可 以通过供风、供氧流量配比调节达到，因转炉加氧是在正常吹炼过程中所需的风 量达到一定值后才加入氧气，因此控制系统经以下比值关系运算式计算后确定氧气流量： FO2=F风富氧空气富氧 DDD-DO2，F富氧=F风FO2 式中， F富氧需要的富氧空气流量；D富氧需要的
4、富氧浓度；D空气 当地空气中含氧浓度；DO2纯氧浓度；FO2纯氧流量；F风供风流量。 例如，在转炉正常吹炼中，所需的供风量若为35000m3/h，富氧空气中氧浓 度要求为24%，氧气站所供的纯氧浓度为99.7%，当地空气中含氧浓度为20.6%， 通过上式可计算得出所需的纯氧流量及富氧空气量： FO2=3500024-99.720.6-241572m3/h F富氧=350001572=36572m3/h 这样通过确定设定供风流量即可按比例调节供氧流量，比例调节系统原理如 图2所示。 从图2可看出， 在这个比值调节系统中， 是由一个定值调节的主动量(供风量)和一个由主动量通过比值器给定的属于从动调
5、节的从动量(供氧量)所组成的调节 系统。供风量通过主回路控制器的调节作用保持在希望值上，通过比值器作为供氧副回路控制器的设定值，经供氧调节回路的作用，始终保持住了供风与供氧的 比值调节关系。 二二 转炉风、氧联锁控制转炉风、氧联锁控制 为提高转炉生产能力，减少吹炼时间，在原转炉吹炼供风的基础上，加入氧 气吹炼。但为保证安全，防止因氧气泄漏富氧空气管道氧气浓度过高使转炉升温 过快甚至引起转炉爆燃，氧气与空气的联锁控制成为关键。 风、氧联锁控制关系如图3所示，图中个各个符号表示如表所示。 风、氧联锁控制应是先供风后供氧、先停氧后停风。若先供氧后供风容易使 富氧空气中氧浓度升高过快，但在先供风后供氧
6、中，需在供风压力大到一定值后 才能供氧，否则由于供氧管道压力高于供风管道压力，先供风马上供氧容易使管 道氧气浓度瞬间升高造成危险。如图3所示，以7转炉风、氧联锁控制为例。 在启动7转炉用氧时，首先保证先按下供风按钮(SF2，KA110-2接点闭合)，并 且供风压力(PIA4407)达到一定值后(60kPa时，PIA4407压力报警输出时继电器 接点闭合)， 此时按下转炉用氧开关(SF1)才能使氧气阀门(FV1111)电磁阀上电、 气 源接通、 供氧切断阀(FV1111)打开， 转炉供氧， 否则按下转炉供氧开关(SF1)无效； 同理，在切断转炉用风时，必须先按下转炉停止供氧按钮(SS1，继电器K
7、A100 失电，KA100-3接点保持常闭)，此时按下转炉停止供风按钮(SS2)才能起作用，否则若转炉用氧未切断先切断转炉用风无效。 为保证生产安全，在选用氧气切断阀时均配备了行程开关(FV1111-1、 FV1111-2)，在控制系统操作界面上也做了阀门开、关到位指示灯(FL1111-1、 FL1111-2)并设置不同颜色，只有氧气切断阀全开、全关到位时指示灯亮，使操作 工一目了然。 三三 氧气总管压力的调节氧气总管压力的调节 由于7台转炉供氧是从统一调压站供来，而7台转炉的生产是间歇的，3台 转炉用于炼铜，4台转炉用于炼镍。转炉生产一般必须至少有一台备用，即4台 用于炼镍的转炉在同一时刻只
8、有3台转炉吹炼，3台用于炼铜的转炉在同一时刻 只有2台转炉吹炼，因此转炉供风及用氧频繁操作且不确定，这就使转炉供氧总管压力波动较大，为保证各转炉供氧量需求就必须保证供氧总管压力稳定，转炉 供氧压力控制如图4所示。 在转炉氧气调压站供氧总管上安装了氧气压力调节阀(PV1104)，设置总管压 力调节回路(PIC1104)，稳定控制在0.3MPa，就能保证总供氧量的需求；如上所 述，供风、供氧需联锁，为保证生产安全，防止各支管上的氧气切断阀因故障原 因不能关闭，在供氧总管上设置了氧气切断阀(HV1101)，控制系统在紧急状态下 可以手动切断氧气；因转炉较多，碰到事故处理或短时间的全部停炉，势必引起
9、供氧总管憋压，因此在阀站设置了母管放空调节阀(PV1103)，压力调节回路 (PICS1103)中设定压力上限极限值为1.75MPa，短时间憋压达到此极限值时即放 空阀全开，为防止氧气放空过快导致氧气浪费，总管压力下降到下限极限值后， 若此时转炉投入生产则转入母管压力调节回路，通过压力调节回路(PICS1103)放 空阀开度减少，适当调整放空量保证调压站压力稳定；若转炉仍未投入生产，此 时放空阀关闭，总管压力上升会影响到氧气站调压站相关调节回路，由氧气站调 压站将富裕氧气再分配给其他氧气用户。 通过以上的几种控制手段，在确保安全生产的前提下，减少了吹炼时间，提 高了转炉的产量，改善了操作环境，减轻了工人的劳动强度，在实际生产应用中 得到了很好的效果。 （全文完） 来源： 世界仪表与自动化 出版日期：2005年12月
