转炉富氧吹炼的自动控制
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 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×
D 富氧 - D 空气 D O2 D 富氧
,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=35000×
24 - 20.6 ≈1572m3/h 99.7 - 24 F 富氧=35000+1572=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 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 KA100 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 ,

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