頂吹轉爐精準控制應用實踐

黃 萍

(銅陵有色稀貴金屬分公司動力維修車間， 安徽 銅陵 244021)

頂吹轉爐精準控制應用實踐

黃 萍

(銅陵有色稀貴金屬分公司動力維修車間， 安徽 銅陵 244021)

頂吹轉爐是貴金屬冶煉關鍵設備，該爐子不僅能旋轉，還能傾轉。通過對爐子組成結構和轉動控制的描述，闡述了各種檢測技術在旋轉設備中的應用。

電機； 變頻器； 編碼器； 控制

0 引言

頂吹轉爐(以下簡稱爐子)是冶金工業中常用的爐子，它常用在貴金屬火法冶煉中，是銅陽極泥處理工藝中關鍵工序，爐子不僅能旋轉，還要能傾轉。準確控制是頂吹轉爐正常生產和安全運行的可靠保證。旋轉速度和傾轉角度的控制直接關系到入爐物料處理量和貴金屬直收率，所以對爐子的旋轉和傾轉必須精準控制。

1 系統組成

頂吹轉爐主要由爐體、兩臺旋轉電機和減速機以及一臺傾轉電機、減速機組成?？刂葡到y控制旋轉和傾轉變頻器，由變頻器驅動電機帶動爐子旋轉和傾轉，爐子旋轉由兩臺電機驅動，一臺為主電機，另一臺為從電機，速度控制在0.5～20 rpm，或轉速可在0.5～20 rpm范圍內調整，傾轉角度0～360°內可調,傾轉的速度控制在0～0.6 rpm。安裝在電機軸端的增量編碼器主要用來測量爐子的旋轉速度、傾轉角度，其測量信號直接與變頻器編碼器處理模塊相接，電機線圈繞組溫度測量由預埋在電機繞組內部的Pt100溫度傳感器送變頻器，變頻器與DCS控制系統通過Profibus- DP通訊，將變頻器測量的所有信號送DCS控制系統顯示或控制。變頻器是重要的控制設備，輸出信號包括：電機的電流、電壓、轉矩、旋轉和傾轉角度、電機繞組線圈內部溫度。爐子控制系統組成圖見圖1。

圖1 爐子控制系統組成圖

2 工作原理

2.1 旋轉控制原理

操作人員轉動安裝在操作臺上的單圈電位器，其電阻信號通過變送器轉換成4～20 mADC到DCS系統的模擬量輸入(AI)模塊，其信號在DCS上形成趨勢曲線，并作為其它信號的控制參數，DCS控制系統通過模擬量輸出模塊輸出4～20 mADC信號控制變頻器，變頻器驅動電機帶動減速器控制轉爐旋轉，爐子可以順時針旋轉，也可以逆時針旋轉。通過安裝在電機軸上的德國SICK DGS66增量脈碼器檢測出電機旋轉的速度，其信號與變頻器專用模塊RTAC- 03相連構成閉環控制系統。因電機直接裝在爐殼外，溫度較高，電機內安置了三個Pt100測溫元件，電機溫度測量通過NAIO模塊送變頻器，變頻器與DCS通過Profibus- DP通訊，將所測量的信號如電流、電壓、轉矩、轉速、電機溫度等信號送DCS顯示和控制、報警、連鎖，DCS再輸出4～20 mADC信號到數顯儀顯示爐子轉速。

由于充分運用了變頻驅動的功能，在電機堵轉、缺相、欠壓、接地時都能準確報警，停止爐子旋轉，保護電機防止爐子事故發生。

爐子旋轉速度不能隨意調節，與爐子的傾轉角度和工藝生產周期有關。與傾轉角度有關的條件完全由DCS自動給出，限制旋轉速度，如在爐子傾轉角度為26～30°時，速度可在0～100%范圍內調節；爐子反轉時，最高速度只能為2 rpm。與生產周期有關時，由人工控制，但也受到傾轉角度的限制。

旋轉驅動電機安裝在爐子的底部，為了保證爐子旋轉平穩，由兩臺電機和兩臺變頻器同時驅動，一臺主變頻器，另一臺為從變頻器，從變頻器通過Profibus- DP通訊電纜與主變頻器相連，跟隨主變頻器控制電機。爐子傾轉時，旋轉驅動設備跟隨爐子一起傾轉。旋轉控制系統方框圖見圖2。

圖2 旋轉控制方框圖

2.2 爐子傾轉控制原理

爐子傾轉從控制角度可在0～360°轉動，可以向前傾也可向后傾。但傾轉角度受到機械結構的限制，如凸輪支撐等的限制，在正常生產時一般只允許在-95～160°范圍內轉動。

通過操縱操作臺上的操縱桿，直接輸出±10 VDC電壓信號至變頻器，變頻器驅動電機控制爐子傾轉，裝在電機軸上的脈碼器測出爐子的傾轉角度。脈碼器與變頻器專用模塊RTAC- 03相連，變頻器通過Profibus- DP與DCS通訊，將變頻器所測量的信號如電流、電壓、轉矩、轉速、電機溫度等送DCS顯示和控制、報警。DCS再輸出4～20 mADC信號至操作臺數顯表顯示。爐子傾轉角以爐口水平為0°。為保證傾轉角度準確可靠，在爐子傾轉軸上安裝了一套拉繩轉角測量儀，其信號用于與脈碼器所測傾角比對，如超過規定值，需對編碼器測量值進行標定,方法是將爐子置于28°噴槍位置，按動標定鍵，控制系統對變頻器輸出的信號進行自動標定，防止測量系統失誤出現事故。在爐子停止傾轉運動或緊急停止時，抱閘自動抱死傾轉軸，防止爐子自由傾轉，發生事故。由于爐子傾轉控制精度要求較高，爐口的高度調節對于倒渣非常重要，如果爐口高了，渣將倒不出來，如果爐口低了，渣中含合金量將會偏高，影響直收率，為此在爐口增加一傾轉控制器。利用轉換開關，操作人員可以在控制室內控制爐子傾轉，也可以在爐口根據爐內狀況操作，操作人員根據爐中渣層厚度精確控制爐子的傾轉角度。傾轉控制系統方框圖見圖3。

圖3 傾轉控制方框圖

3 結束語

爐子能夠精準控制，得益于各種技術的綜合應用，如集散控制技術(DCS)，工業通訊技術，變頻技術；還有各種先進的測量技術，如增量編碼器與變頻器一起用于測量爐子的旋轉速度和傾轉角度，用拉繩位置變送器測量轉軸轉動角度，這些技術的成功應用，為其它運轉機械設備的參數檢測找到了切實可行的方法，如冶金爐噴槍直線移動位置檢測，旋轉設備運轉速度和角位移的檢測和控制等等。

陜西有色建設公司獲得兩項國家專利

由陜西有色集團旗下的陜西有色建設有限公司自主研發的專利《一種異徑90°三通結構》和《一種現場拼拆鋼木組合大模板》，獲得國家實用新型專利授權。

兩項專利源于解決工程實際問題的施工現場。其中，《一種異徑90°三通結構》采用兩個異徑90°三通沿中軸線切割后組拼成一個異徑90°三通結構，解決了標準圖集中無φ2 000 mm以上鋼制管件尺寸以致成型構件尺寸超出允許偏差范圍的問題，提升了外形尺寸一次驗收合格率?！兑环N現場拼拆鋼木組合大模板》采用螺栓手動調節龍骨位置的鋼框架，配合鏡面板組成的可現場拼拆鋼木組合大模板代替生產實際的大鋼模板，保證混凝土施工質量的同時，鏡面板可循環利用的成本優勢節約了使用一次性大鋼模板的能耗和成本。

Application Practice for Precision Control of Top-blown Converter

HUANG Ping

Top-blown converter is a key equipment of precious metal smelting, it has a function of both rotation and tilting. The paper expounds the application of various detection technologies in rotating equipment by describing the structure and rotation control of the converter.

Motor; frequency converter; encoder； control

2015-03-16

黃萍(1964-)，女，江蘇揚中人，高級工程師，大學?？?，主要從事自動化控制工作，現任銅陵有色稀貴金屬分公司技術主管。

TH315

B

1003-8884(2015)03-0009-03