董佳偉，李林華，張建波，朱 江，夏 俊，張 鑫，徐永春

(楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司，云南 楚雄 675000)

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一臺(tái)GM風(fēng)機(jī)供艾薩爐、轉(zhuǎn)爐冶煉用風(fēng)的應(yīng)用

董佳偉，李林華，張建波，朱 江，夏 俊，張 鑫，徐永春

(楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司，云南 楚雄 675000)

通過風(fēng)量計(jì)算及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)風(fēng)機(jī)供兩種類型爐窯冶煉用風(fēng)，打破了一臺(tái)風(fēng)機(jī)供一臺(tái)爐窯的傳統(tǒng)冶煉模式，使一些生產(chǎn)任務(wù)不飽和的冶煉生產(chǎn)線得以充分利用，降低了生產(chǎn)能耗，實(shí)現(xiàn)了降本增效，在冶煉行業(yè)中值得推廣應(yīng)用。

風(fēng)機(jī)； 艾薩爐； 轉(zhuǎn)爐； 調(diào)節(jié)閥； DCS； PLC

能源問題是現(xiàn)代社會(huì)所面臨的最大問題，節(jié)能減排亦是企業(yè)發(fā)展的重中之重。在冶煉行業(yè)中，冶煉用風(fēng)供風(fēng)設(shè)備與冶煉爐窯一直沿用著一對(duì)一的供風(fēng)情況。楚雄滇中有色公司(以下簡(jiǎn)稱：滇中有色)艾薩爐設(shè)計(jì)產(chǎn)能為10萬t，其中配套生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐為60 t，7 500/80制氧系統(tǒng)兩套，32 000 m3風(fēng)量GM風(fēng)機(jī)3臺(tái)。近年來的生產(chǎn)過程中，由于原料供給不足，艾薩爐年產(chǎn)量?jī)H為5～6萬t，但是供風(fēng)系統(tǒng)一直按照10萬t產(chǎn)能的設(shè)計(jì)模式進(jìn)行供風(fēng)，采用一臺(tái)GM風(fēng)機(jī)及制氧系統(tǒng)供艾薩爐冶煉用風(fēng)，一臺(tái)GM風(fēng)機(jī)供轉(zhuǎn)爐吹煉用風(fēng)，在生產(chǎn)過程中，2臺(tái)GM風(fēng)機(jī)供風(fēng)量均過剩，存在排空現(xiàn)象，造成產(chǎn)量過剩。由于GM風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)局限性，不能使用變頻器進(jìn)行調(diào)速，進(jìn)風(fēng)口導(dǎo)葉開啟角度也不能再減小。為能降低生產(chǎn)成本，充分利用設(shè)備資源，提出1臺(tái)GM風(fēng)機(jī)供艾薩爐、轉(zhuǎn)爐冶煉用風(fēng)的設(shè)想，采取自動(dòng)控制的方式來進(jìn)行風(fēng)量的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)風(fēng)機(jī)供兩臺(tái)冶煉爐窯用風(fēng)的目的。滇中有色原供風(fēng)工藝如圖1。

圖1 原供風(fēng)工藝簡(jiǎn)圖

1 工藝計(jì)算

滇中有色冶煉用風(fēng)源自兩套制氧站、GM風(fēng)機(jī)等兩套供風(fēng)系統(tǒng)組成，其中制氧一套產(chǎn)氧量為7 500 m3/h，含氧量為69.5%；制氧二套產(chǎn)氧量為7 450 m3/h，含氧量為77.6%；一臺(tái)GM風(fēng)機(jī)最大供風(fēng)量為32 000 m3/h。艾薩爐正常生產(chǎn)時(shí)，總風(fēng)量控制5.5～6.0 m3/s，氧氣流量3.1 m3/s以上；轉(zhuǎn)爐用風(fēng)量：吹煉一周期：21 000 m3/h，吹煉二周期：23 000 m3/h。風(fēng)量供需表見表1。

表1 風(fēng)量供需表

通過對(duì)各用風(fēng)量及供風(fēng)量的分析，使用一臺(tái)GM風(fēng)機(jī)供艾薩爐、轉(zhuǎn)爐，供風(fēng)量能滿足工藝要求，根據(jù)艾薩爐及轉(zhuǎn)爐冶煉用風(fēng)量及氧量按表2對(duì)風(fēng)量進(jìn)行分配。

表2 生產(chǎn)用風(fēng)分配表

2 供風(fēng)管網(wǎng)設(shè)計(jì)

艾薩爐、轉(zhuǎn)爐供風(fēng)管道在艾薩廠房?jī)?nèi)交匯，現(xiàn)場(chǎng)搭接管道無障礙物。為使艾薩爐冶煉用風(fēng)能夠根據(jù)入料原料情況進(jìn)行及時(shí)、均勻調(diào)整，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，在艾薩廠房?jī)?nèi)GM風(fēng)機(jī)供轉(zhuǎn)爐主風(fēng)管上搭接供風(fēng)管道，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)整。

供風(fēng)管道直徑按下面方法計(jì)算：

GM風(fēng)機(jī)供風(fēng)管道均為DN600，為了使新增管道能夠更適用，安裝更方便，閥門選型能盡可能小，通過以下計(jì)算來實(shí)現(xiàn)管道優(yōu)化選擇。

管道直徑計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式：

(1)

d為管道內(nèi)徑,mm；q為氣體容積流量,m3/h；u為管內(nèi)氣體平均流速,m/s。

GM風(fēng)機(jī)供風(fēng)量為32 000 m3/h，管道為DN600，由公式1計(jì)算管道內(nèi)氣體平均流速u為31.45 m/s。新增管道最大風(fēng)量為6 650 m3/h，由公式1計(jì)算管道內(nèi)徑d為273.4 mm。

為保證艾薩恒壓用風(fēng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量微調(diào)，將采用兩根DN250管道，在這兩根風(fēng)管上分別安裝2臺(tái)閥門(PV1234、PV1235)同時(shí)控制艾薩風(fēng)壓，保證艾薩爐風(fēng)壓恒定控制在0.11 MPa左右。供風(fēng)工藝管道變更如示意圖2。

圖2 供風(fēng)工藝管道變更示意圖

3 儀控設(shè)計(jì)

GM風(fēng)機(jī)供給艾薩的最大允許用風(fēng)量為6 650 m3/h，最低風(fēng)量不低于4 850 m3/h；氧站能夠供給最大氧氣量為14 950 m3/h(氧濃度～73.5%)。艾薩噴槍供風(fēng)管排空壓力設(shè)定120 kPa(PT1222)，新增調(diào)節(jié)閥PV1234、PV1235壓力設(shè)定為110 kPa。生產(chǎn)中因轉(zhuǎn)爐用風(fēng)風(fēng)壓在40～120 kPa之間波動(dòng)，會(huì)造成艾薩壓力跟隨波動(dòng)，操作人員及時(shí)調(diào)整用風(fēng)，艾薩風(fēng)壓低于80 kPa時(shí)艾薩必須停產(chǎn)。當(dāng)艾薩緊急停產(chǎn)時(shí)，與轉(zhuǎn)爐遙爐聯(lián)鎖。

3.1 調(diào)節(jié)閥的選擇

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選用綜合比較見表3。

通過以上對(duì)比，由于使用地點(diǎn)在艾薩廠房?jī)?nèi)，環(huán)境粉塵較大、溫度較高，在使用過程中要求控制靈敏，艾薩廠房?jī)?nèi)已有閥門控制氣源，綜合考慮，選用氣動(dòng)閥較為合理。

3.2 閥門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(PV1234、1235)的控制和艾薩緊急停產(chǎn)信號(hào)與轉(zhuǎn)爐遙爐聯(lián)鎖控制進(jìn)入艾薩DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(PV1234、1235)的控制進(jìn)入艾薩DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，給定值設(shè)為0.11 MPa，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的PID回路控制見圖3。

圖3 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的PID回路控制圖

監(jiān)控畫面修改見圖4。

艾薩緊急停產(chǎn)時(shí)，與轉(zhuǎn)爐遙爐聯(lián)鎖的控制進(jìn)入艾薩DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，編寫程序如圖5。

3.3 轉(zhuǎn)爐PLC設(shè)計(jì)

當(dāng)艾薩緊急停產(chǎn)時(shí)，艾薩噴槍緊急提升,此時(shí)給出轉(zhuǎn)爐搖爐信號(hào),此信號(hào)與轉(zhuǎn)爐遙爐聯(lián)鎖的控制進(jìn)入轉(zhuǎn)爐PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制，即艾薩緊急停產(chǎn)時(shí)噴槍緊急提升，轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)過程中(爐子位置：-20～30°)轉(zhuǎn)爐自動(dòng)傾爐到45°，轉(zhuǎn)爐停吹。

3.3 小結(jié)

通過設(shè)備、生產(chǎn)工藝、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，在2013年4月對(duì)一臺(tái)GM風(fēng)機(jī)供ISA、轉(zhuǎn)爐冶煉用風(fēng)系統(tǒng)改造，并對(duì)改造前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)做對(duì)比見表4。

表3 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選用綜合比較表

圖4 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥監(jiān)控畫面

圖5 轉(zhuǎn)爐、艾薩爐聯(lián)鎖控制圖

單位4月20日4月21日4月22日4月23日4月24日4月25日4月26日艾薩小時(shí)供風(fēng)量m3/h12680130201214512080126701235012540艾薩小時(shí)供氧量m3/h14468143981485014790145301478014730改造前生產(chǎn)數(shù)據(jù)艾薩下料量t/h44.643.945.644.143.645.344.8轉(zhuǎn)爐小時(shí)供風(fēng)量m3/h31760305603121031560308903178031340GM風(fēng)機(jī)小時(shí)電耗kW·h2328231223302320232023282321單位4月30日5月1日5月2日5月3日5月4日5月5日5月6日艾薩小時(shí)供風(fēng)量m3/h7100691574257270722073607260艾薩小時(shí)供氧量m3/h14580148301462514490147601467014620改造后生產(chǎn)數(shù)據(jù)艾薩下料量t/h43.242.842.643.242.543.642.7轉(zhuǎn)爐小時(shí)供風(fēng)量m3/h24620238902415024630241802453024200GM風(fēng)機(jī)小時(shí)電耗kW·h1658163816371644165316351623

備注：以上所有數(shù)據(jù)均為當(dāng)日平均數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過供風(fēng)管道的改造及儀控設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)GM風(fēng)機(jī)供艾薩爐、轉(zhuǎn)爐冶煉用風(fēng)的設(shè)想，提高了設(shè)備利用率。改造后艾薩爐小時(shí)下料量下降約2 t/h，通過調(diào)整入爐原料成分可滿足轉(zhuǎn)爐所需冰銅量。GM風(fēng)機(jī)提供的全部工藝風(fēng)用于冶煉爐，不存在工藝風(fēng)外排的現(xiàn)象。減少一臺(tái)1 800 kW的風(fēng)機(jī)運(yùn)行，根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比，運(yùn)行一臺(tái)GM風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉開度為90%與運(yùn)行兩臺(tái)GM風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉開度為38%相比較，每小時(shí)節(jié)約680 kW·h電耗，每年可以節(jié)約設(shè)備運(yùn)行成本約300萬元，為企業(yè)降本增效作出巨大貢獻(xiàn)。

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Application of a GM draught fan to supply smelting air for ISA furnace and converter

DONG Jia-wei,LI Lin-hua,ZHANG Jian-bo,ZHU Jiang,XIA Jun,ZHANG Xin,XU Yong-chun

Through air quantity calculation and control system design,a draught fan to supply air for two different kinds of furnace was realized,the traditional smelting mode of a draught fan to supply the air for a furnace was broken,and some smelting production lines realized fully used.The energy consumption of production was reduced,and the cost-reduction and benefit-increasing was realized.It is worth popularizing application in smelting industry.

draught fan; ISA furnace; converter; control valves; DCS; PLC

董佳偉(1959—)，男，云南劍川人，主要從事有色冶金企業(yè)管理工作。

2014-02-19

2014-05-12

TF811

B

1672-6103(2015)01-0049-04