顶吹转炉精准控制应用实践

黄 萍

(铜陵有色稀贵金属分公司动力维修车间， 安徽 铜陵 244021)

顶吹转炉精准控制应用实践

黄 萍

(铜陵有色稀贵金属分公司动力维修车间， 安徽 铜陵 244021)

顶吹转炉是贵金属冶炼关键设备，该炉子不仅能旋转，还能倾转。通过对炉子组成结构和转动控制的描述，阐述了各种检测技术在旋转设备中的应用。

电机； 变频器； 编码器； 控制

0 引言

顶吹转炉(以下简称炉子)是冶金工业中常用的炉子，它常用在贵金属火法冶炼中，是铜阳极泥处理工艺中关键工序，炉子不仅能旋转，还要能倾转。准确控制是顶吹转炉正常生产和安全运行的可靠保证。旋转速度和倾转角度的控制直接关系到入炉物料处理量和贵金属直收率，所以对炉子的旋转和倾转必须精准控制。

1 系统组成

顶吹转炉主要由炉体、两台旋转电机和减速机以及一台倾转电机、减速机组成。控制系统控制旋转和倾转变频器，由变频器驱动电机带动炉子旋转和倾转，炉子旋转由两台电机驱动，一台为主电机，另一台为从电机，速度控制在0.5～20 rpm，或转速可在0.5～20 rpm范围内调整，倾转角度0～360°内可调,倾转的速度控制在0～0.6 rpm。安装在电机轴端的增量编码器主要用来测量炉子的旋转速度、倾转角度，其测量信号直接与变频器编码器处理模块相接，电机线圈绕组温度测量由预埋在电机绕组内部的Pt100温度传感器送变频器，变频器与DCS控制系统通过Profibus- DP通讯，将变频器测量的所有信号送DCS控制系统显示或控制。变频器是重要的控制设备，输出信号包括：电机的电流、电压、转矩、旋转和倾转角度、电机绕组线圈内部温度。炉子控制系统组成图见图1。

图1 炉子控制系统组成图

2 工作原理

2.1 旋转控制原理

操作人员转动安装在操作台上的单圈电位器，其电阻信号通过变送器转换成4～20 mADC到DCS系统的模拟量输入(AI)模块，其信号在DCS上形成趋势曲线，并作为其它信号的控制参数，DCS控制系统通过模拟量输出模块输出4～20 mADC信号控制变频器，变频器驱动电机带动减速器控制转炉旋转，炉子可以顺时针旋转，也可以逆时针旋转。通过安装在电机轴上的德国SICK DGS66增量脉码器检测出电机旋转的速度，其信号与变频器专用模块RTAC- 03相连构成闭环控制系统。因电机直接装在炉壳外，温度较高，电机内安置了三个Pt100测温元件，电机温度测量通过NAIO模块送变频器，变频器与DCS通过Profibus- DP通讯，将所测量的信号如电流、电压、转矩、转速、电机温度等信号送DCS显示和控制、报警、连锁，DCS再输出4～20 mADC信号到数显仪显示炉子转速。

由于充分运用了变频驱动的功能，在电机堵转、缺相、欠压、接地时都能准确报警，停止炉子旋转，保护电机防止炉子事故发生。

炉子旋转速度不能随意调节，与炉子的倾转角度和工艺生产周期有关。与倾转角度有关的条件完全由DCS自动给出，限制旋转速度，如在炉子倾转角度为26～30°时，速度可在0～100%范围内调节；炉子反转时，最高速度只能为2 rpm。与生产周期有关时，由人工控制，但也受到倾转角度的限制。

旋转驱动电机安装在炉子的底部，为了保证炉子旋转平稳，由两台电机和两台变频器同时驱动，一台主变频器，另一台为从变频器，从变频器通过Profibus- DP通讯电缆与主变频器相连，跟随主变频器控制电机。炉子倾转时，旋转驱动设备跟随炉子一起倾转。旋转控制系统方框图见图2。

图2 旋转控制方框图

2.2 炉子倾转控制原理

炉子倾转从控制角度可在0～360°转动，可以向前倾也可向后倾。但倾转角度受到机械结构的限制，如凸轮支撑等的限制，在正常生产时一般只允许在-95～160°范围内转动。

通过操纵操作台上的操纵杆，直接输出±10 VDC电压信号至变频器，变频器驱动电机控制炉子倾转，装在电机轴上的脉码器测出炉子的倾转角度。脉码器与变频器专用模块RTAC- 03相连，变频器通过Profibus- DP与DCS通讯，将变频器所测量的信号如电流、电压、转矩、转速、电机温度等送DCS显示和控制、报警。DCS再输出4～20 mADC信号至操作台数显表显示。炉子倾转角以炉口水平为0°。为保证倾转角度准确可靠，在炉子倾转轴上安装了一套拉绳转角测量仪，其信号用于与脉码器所测倾角比对，如超过规定值，需对编码器测量值进行标定,方法是将炉子置于28°喷枪位置，按动标定键，控制系统对变频器输出的信号进行自动标定，防止测量系统失误出现事故。在炉子停止倾转运动或紧急停止时，抱闸自动抱死倾转轴，防止炉子自由倾转，发生事故。由于炉子倾转控制精度要求较高，炉口的高度调节对于倒渣非常重要，如果炉口高了，渣将倒不出来，如果炉口低了，渣中含合金量将会偏高，影响直收率，为此在炉口增加一倾转控制器。利用转换开关，操作人员可以在控制室内控制炉子倾转，也可以在炉口根据炉内状况操作，操作人员根据炉中渣层厚度精确控制炉子的倾转角度。倾转控制系统方框图见图3。

图3 倾转控制方框图

3 结束语

炉子能够精准控制，得益于各种技术的综合应用，如集散控制技术(DCS)，工业通讯技术，变频技术；还有各种先进的测量技术，如增量编码器与变频器一起用于测量炉子的旋转速度和倾转角度，用拉绳位置变送器测量转轴转动角度，这些技术的成功应用，为其它运转机械设备的参数检测找到了切实可行的方法，如冶金炉喷枪直线移动位置检测，旋转设备运转速度和角位移的检测和控制等等。

陕西有色建设公司获得两项国家专利

由陕西有色集团旗下的陕西有色建设有限公司自主研发的专利《一种异径90°三通结构》和《一种现场拼拆钢木组合大模板》，获得国家实用新型专利授权。

两项专利源于解决工程实际问题的施工现场。其中，《一种异径90°三通结构》采用两个异径90°三通沿中轴线切割后组拼成一个异径90°三通结构，解决了标准图集中无φ2 000 mm以上钢制管件尺寸以致成型构件尺寸超出允许偏差范围的问题，提升了外形尺寸一次验收合格率。《一种现场拼拆钢木组合大模板》采用螺栓手动调节龙骨位置的钢框架，配合镜面板组成的可现场拼拆钢木组合大模板代替生产实际的大钢模板，保证混凝土施工质量的同时，镜面板可循环利用的成本优势节约了使用一次性大钢模板的能耗和成本。

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

黄萍(1964-)，女，江苏扬中人，高级工程师，大学专科，主要从事自动化控制工作，现任铜陵有色稀贵金属分公司技术主管。

TH315

B

1003-8884(2015)03-0009-03