孫寶華

（江西瑞林電氣自動(dòng)化有限公司，江西南昌 330031）

頂吹轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

孫寶華

（江西瑞林電氣自動(dòng)化有限公司，江西南昌 330031）

針對(duì)一種可縱向回轉(zhuǎn)、橫向傾轉(zhuǎn)的冶金熔煉爐,采用全數(shù)字直流調(diào)速模塊對(duì)爐體的旋轉(zhuǎn)、傾轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,接收現(xiàn)場(chǎng)一次儀表所采集的數(shù)據(jù),輔以PLC系統(tǒng)的程序調(diào)節(jié)和控制,實(shí)現(xiàn)各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)時(shí)同步、主從跟隨,以及回轉(zhuǎn)/傾轉(zhuǎn)工作方式的平滑切換,滿足生產(chǎn)工藝的要求,實(shí)現(xiàn)了操作的完全可控性、穩(wěn)定性和可靠性。

頂吹轉(zhuǎn)爐；驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)；PLC控制；廢雜銅；熔煉

廢雜銅因其良好的再生利用特性,一直是銅冶煉和加工工業(yè)的重要原料。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域用銅量的不斷增加,再生銅產(chǎn)業(yè)的比重將會(huì)逐步上升。但是我國(guó)再生銅循環(huán)利用的水平與國(guó)外相比存在很大的差距,突出表現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)集中度低、技術(shù)裝備水平落后、綜合能耗高、污染物排放嚴(yán)重、資源有效利用率低[1]等方面。針對(duì)國(guó)內(nèi)廢雜銅冶煉技術(shù)長(zhǎng)期落后,而先進(jìn)技術(shù)和裝備依賴(lài)進(jìn)口的局面,最近國(guó)內(nèi)已有一些擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)技術(shù)和裝備相繼出現(xiàn),并在一些大型廢雜銅冶煉項(xiàng)目中得到推廣應(yīng)用[2]。

頂吹轉(zhuǎn)爐作為一種火法冶煉固體廢雜銅的專(zhuān)用工業(yè)爐具,工藝實(shí)質(zhì)上是一種富氧頂吹技術(shù)。該工藝具有原料適應(yīng)性強(qiáng)、綜合能耗低、生產(chǎn)周期短、自動(dòng)化程度高、環(huán)保效果好、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn),可處理各種品位的廢雜銅，具有廣闊的應(yīng)用前景[3-4]。由于該爐形可縱向回轉(zhuǎn)、橫向傾轉(zhuǎn),由5臺(tái)直流電機(jī)及1臺(tái)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng),因此驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在整個(gè)工藝中顯得尤為重要。本文擬通過(guò)工程實(shí)例探討此類(lèi)頂吹轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用情況，以期實(shí)現(xiàn)頂吹轉(zhuǎn)爐操作的完全可控性、穩(wěn)定性和可靠性。

1 工藝過(guò)程描述

頂吹轉(zhuǎn)爐爐體呈中間大、兩頭略小的圓筒形,由5臺(tái)直流電機(jī)及1臺(tái)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng),可以作水平軸向360°傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),又可以作垂直徑向360°回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。爐內(nèi)砌筑鉻鎂磚,燃燒噴槍和吹煉噴槍以一定的角度插入爐內(nèi)所需位置,并通過(guò)它們分別向爐內(nèi)吹入氧氣、天然氣,進(jìn)行物料的軟化、熔煉、吹煉。物料通過(guò)裝載車(chē)加入加料車(chē),利用加料卷?yè)P(yáng)機(jī)驅(qū)動(dòng)加料車(chē)上下往復(fù)加料。爐體正下方設(shè)有抬包車(chē),包子被推到放銅水和放廢渣的位置，包子隨抬包車(chē)在軌道上來(lái)回運(yùn)動(dòng)。

頂吹轉(zhuǎn)爐爐體運(yùn)動(dòng)分為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩種。根據(jù)工藝要求,進(jìn)行物料的軟化、熔煉、吹煉生產(chǎn)作業(yè)時(shí),爐體需要進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);進(jìn)行加料、倒銅、倒渣生產(chǎn)作業(yè)時(shí),爐體需要進(jìn)行傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[5]?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之間互鎖：回轉(zhuǎn)時(shí)傾轉(zhuǎn)不能夠動(dòng)作，傾轉(zhuǎn)時(shí)回轉(zhuǎn)不能夠動(dòng)作。

1.1 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

爐體回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)4臺(tái)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng),爐體回轉(zhuǎn)速度在0～15 rpm之間可調(diào),每臺(tái)電機(jī)帶速度編碼器,用于電機(jī)速度的反饋控制。其中,1#直流電機(jī)和3#直流電機(jī)帶制動(dòng)器,回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí),制動(dòng)器松閘;回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)停止時(shí),制動(dòng)器抱閘,確保爐體回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)安全。

1.2 傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分為正常狀態(tài)傾轉(zhuǎn)和事故狀態(tài)傾轉(zhuǎn)。正常狀態(tài)傾轉(zhuǎn)由1臺(tái)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng),事故狀態(tài)傾轉(zhuǎn)由1臺(tái)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí),手動(dòng)操作離合器，切換到事故驅(qū)動(dòng)裝置。正常狀態(tài)下，爐體傾轉(zhuǎn)速度在0～1 rpm之間可調(diào)，電機(jī)帶速度編碼器，用于電機(jī)速度的反饋控制。事故狀態(tài)下,爐子傾轉(zhuǎn)速度為0.1 rpm,速度不可調(diào)。傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí),制動(dòng)器松閘;傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)停止時(shí),制動(dòng)器抱閘。爐體傾轉(zhuǎn)中心軸設(shè)有傾轉(zhuǎn)角度編碼器,用于傾轉(zhuǎn)角度的控制和顯示,并且在爐體特定角度位置設(shè)置機(jī)械限位,保證爐體傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)安全。

2 控制系統(tǒng)實(shí)施

2.1 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)描述

某銅冶煉廠實(shí)施的頂吹轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 頂吹轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1中,直流電機(jī)與爐體相連,一部分直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)爐體回轉(zhuǎn),另一部分驅(qū)動(dòng)爐體傾轉(zhuǎn)。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置與直流電機(jī)一一對(duì)應(yīng)地相連以便控制?？刂破髋c直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置均相連,爐體回轉(zhuǎn)時(shí),由控制器向控制爐體回轉(zhuǎn)的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)送指令,以便其通過(guò)相應(yīng)的直流電機(jī)控制爐體回轉(zhuǎn);爐體進(jìn)行傾轉(zhuǎn)時(shí),控制器向控制爐體傾轉(zhuǎn)的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)送控制指令，以便其通過(guò)相應(yīng)的直流電機(jī)控制爐體傾轉(zhuǎn)。

交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置與交流電機(jī)相連,交流電機(jī)與爐體相連。交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)對(duì)交流電機(jī)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)對(duì)爐體的傾轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)爐體進(jìn)行傾轉(zhuǎn),控制爐體傾轉(zhuǎn)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)生異常時(shí),控制器向交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)送控制指令以便通過(guò)交流電機(jī)控制爐體傾轉(zhuǎn)。這保證了在直流電機(jī)故障以及斷電的突發(fā)情況下,爐體仍能安全可靠地運(yùn)行,提高生產(chǎn)效率。

2.2 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)施

以圖1為依據(jù),采用交直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的頂吹轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)示意見(jiàn)圖2。

圖2 交直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的頂吹轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

某大型廢雜銅冶煉廠采用了上述交直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的頂吹轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，4臺(tái)回轉(zhuǎn)直流電機(jī)和1臺(tái)傾轉(zhuǎn)直流電機(jī)均采用ABB公司DMI250P型直流電機(jī),電機(jī)額定電壓DC440V,額定電流DC409A,額定輸出功率158 kW。1臺(tái)傾轉(zhuǎn)直流電機(jī)采用ABB公司M2QA型交流電機(jī),電機(jī)額定電壓AC380V,額定電流AC23.61 A,額定輸出功率11 kW。

驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)采用4層結(jié)構(gòu)。第1層為交直流電機(jī)，4臺(tái)回轉(zhuǎn)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)爐體作徑向360°回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),1臺(tái)傾轉(zhuǎn)直流電機(jī)和1臺(tái)傾轉(zhuǎn)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)爐體作軸向360°傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置,使電機(jī)輸出的動(dòng)能平穩(wěn)有效地驅(qū)動(dòng)爐體。第2層為交直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置,4臺(tái)回轉(zhuǎn)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置分別驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的回轉(zhuǎn)直流電機(jī),1臺(tái)傾轉(zhuǎn)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)傾轉(zhuǎn)直流電機(jī)，1臺(tái)傾轉(zhuǎn)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)傾轉(zhuǎn)交流電機(jī)。1#回轉(zhuǎn)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置為主驅(qū)動(dòng),2#、3#、4#回轉(zhuǎn)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置為從驅(qū)動(dòng),1#回轉(zhuǎn)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置接受啟停、正反轉(zhuǎn)控制指令，2#、3#、4#回轉(zhuǎn)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)主從通訊方式與1#回轉(zhuǎn)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置同步動(dòng)作。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置接受對(duì)應(yīng)電機(jī)速度編碼器速度反饋信號(hào),輸出直流電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和電流信號(hào),輸出運(yùn)行、故障、零速信號(hào),輸出松閘指令。第3層為可編程控制器,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集到的爐體傾轉(zhuǎn)角度信號(hào)和控制信號(hào)，控制1#回轉(zhuǎn)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、傾轉(zhuǎn)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和傾轉(zhuǎn)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的啟停、正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速,并根據(jù)工藝生產(chǎn)要求,作連鎖控制。第4層為工作站,工作站集成人機(jī)界面與可編程控制器通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)通訊,具有輸出控制指令、顯示驅(qū)動(dòng)裝置狀態(tài)、顯示爐體工況、打印歸檔報(bào)表等功能。

2.3 實(shí)施效果

根據(jù)生產(chǎn)工藝,按照上述控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施,具體實(shí)施效果通過(guò)4臺(tái)電機(jī)的工作電流情況反應(yīng)出來(lái)。其中,4臺(tái)回轉(zhuǎn)直流電機(jī)工作電流通過(guò)趨勢(shì)曲線在WinCC監(jiān)控畫(huà)面上顯示。

圖3(a)所示為4臺(tái)回轉(zhuǎn)直流電機(jī)工作電流。從圖中可得知4臺(tái)回轉(zhuǎn)直流電機(jī)同步運(yùn)行效果較好; (b)為(a)中工作電流放大圖,能更清楚地顯示電機(jī)工作情況。圖3(c)為物料由固態(tài)逐漸軟化的電流趨勢(shì)圖。物料軟化后,物料對(duì)爐壁的沖擊和摩擦減小,電機(jī)電流逐漸減小,通過(guò)電流變化可以評(píng)判爐內(nèi)物料軟化程度。

圖3 4臺(tái)電機(jī)工作電流趨勢(shì)

3 結(jié)論

爐體回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),通過(guò)對(duì)1臺(tái)主直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制和采用主從通訊方式對(duì)3臺(tái)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制,實(shí)現(xiàn)了4臺(tái)直流電機(jī)的同步運(yùn)動(dòng),確保爐體平穩(wěn)回轉(zhuǎn)。爐體傾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),通過(guò)對(duì)1臺(tái)主直流電機(jī)和1臺(tái)事故交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制,滿足了正常生產(chǎn)要求并保證事故狀態(tài)下?tīng)t體的安全。

[1] 姚素平.我國(guó)廢雜銅冶煉技術(shù)進(jìn)步與展望[J].有色金屬工程,2011, 1(1):14-17.

[2] 陳波.低品位雜銅冶煉新工藝的發(fā)展與評(píng)述[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究,2010,31(3):16-20.

[3] 姚素平.NGL爐精煉廢雜銅工藝及其應(yīng)用[J].有色金屬：冶煉部分,2010(6):13-15.

[4] 陸軍.卡爾多爐處理廢雜銅技術(shù)[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究,2008, 29(4):13-16.

[5] 周瑞生.貴溪冶煉廠卡爾多爐雜銅冶煉的生產(chǎn)實(shí)踐[J].有色金屬：冶煉部分,2011(2):46-48.

Design and Application of Top-blown CF Drive Control System

SUN Baohua
(Jiangxi Nerin Electric Automation Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

For one metallurgical smelting furnace that can be longitudinally back-rotated and laterally tilt-rotated,full-digital DC speed control module should be adopted for real-time monitoring of furnace drive motor with rotation and tilt-rotation,the data collected by primary instrument should be received along with program adjustment and control of PLC system to accomplish smooth switch of real-time synchronization,master-slave follow and back rotation/tilt-rotation working method,by which controllability, stability and reliability of operation can be reached and requirement of production process can be satisfied.

top-blown CF;drive control system;PLC system;copper scrap;smelting

TP273

B

1004-4345(2014)04-0043-03

2014-04-09

孫寶華(1985—),男,工程師,主要從事電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作。