富氧側(cè)吹熔池熔煉中控關(guān)鍵連鎖設(shè)計及應(yīng)用

楊世干

（廣東申聯(lián)新材料科技有限公司，廣東 化州 525100）

目前國內(nèi)有色冶煉企業(yè)和各大設(shè)計科研院所對富氧側(cè)吹熔池熔煉爐均高度重視，冶煉工藝技術(shù)及配套裝備、設(shè)備也日益成熟和完善，形成有特色的富氧側(cè)吹熔池熔煉成套系統(tǒng)。某公司甚至在銅冶煉中首創(chuàng)四連爐工藝，可見其必有諸多優(yōu)點(diǎn)。

與此同時，作為工藝輔助裝備的中央控制系統(tǒng)（下稱中控）也日趨完善，生產(chǎn)控制水平日新月異，為現(xiàn)代化的大規(guī)模冶煉的技術(shù)升級和安全生產(chǎn)提供了保姆式服務(wù)。本文用銅富氧側(cè)吹熔池熔煉中控關(guān)鍵連鎖的設(shè)計進(jìn)行分解論述，闡明優(yōu)異的連鎖設(shè)計在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用可帶來良好效果，同時為同類爐型的技術(shù)升級和裝備的改進(jìn)提供一定的參考和借鑒[1]。

1 銅富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝流程及配套裝備

1.1 銅富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝流程

銅富氧側(cè)吹熔池熔煉主要工藝流程見下圖1 所示。

圖1 銅富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝流程圖

1.2 銅富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝中控控制內(nèi)容

銅富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝一般采用DCS 控制系統(tǒng)及部分PLC 系統(tǒng)（如制氧站）來對生產(chǎn)過程參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行集中控制的，過程包括了原輔材料的稱量、輸送；爐子水套冷卻進(jìn)出水流量、溫度、壓力；供風(fēng)系統(tǒng)的流量、濃度、壓力、溫度；煙氣流量、溫度、壓力、各成分濃度；熔體溫度、爐缸各點(diǎn)溫度；爐頂負(fù)壓；高位水池水位；高溫風(fēng)機(jī)流量；轉(zhuǎn)化風(fēng)機(jī)流量；動力設(shè)備及儀表的啟停等等。控制過程中還包括了若干邏輯上連鎖關(guān)系，是一個較為復(fù)雜的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。

1.3 銅富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝安全分析

銅富氧側(cè)吹熔池熔煉爐床能力高（60t.m-2.d-1～80t.m-2.d-1），投入的物料和富氧空氣在爐內(nèi)反應(yīng)迅速而劇烈，須保持相對穩(wěn)定的供氧和物料比例（簡稱氧料比），同時產(chǎn)出大量高溫?zé)煔夂腿垠w需要及時轉(zhuǎn)移，過程控制不好會導(dǎo)致嚴(yán)重的安全生產(chǎn)事故。

冷卻水套的安全分析：爐子銅水套和鋼水套均需軟水冷卻，確保直接接觸高溫熔體的水套內(nèi)壁掛渣保護(hù)水套不被高溫熔體腐蝕。如缺水，水套很快就被高溫熔體沖刷及化學(xué)腐蝕使生產(chǎn)停頓甚至發(fā)生爆炸事故。

物料計量的安全分析：從圖1 看出，入爐物料種類較多，常有其他冶金返料、含金銀原料等等，如發(fā)生物料計量故障或皮帶運(yùn)行故障會造成氧料比失衡，從而引起噴爐或爐內(nèi)凍結(jié)等。

富氧空氣供給的安全分析：入爐氣體是高濃富氧空氣（含氧60%～80%），過量或斷供直接引起氧料比失衡，引起噴爐、爐內(nèi)熔體產(chǎn)生中間橫膈膜、爐內(nèi)凍結(jié)等[2-4]。

高溫?zé)煔廨斔偷陌踩治觯撼鰻t煙氣溫度通常達(dá)到1100℃以上，且含有高濃度SO2和重金屬煙塵，如不能及時排走，就會從下料口等處溢出，引發(fā)中毒窒息致死等嚴(yán)重生產(chǎn)事故。

轉(zhuǎn)化煙氣輸送的安全分析：制酸系統(tǒng)通常配有SO2轉(zhuǎn)化風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)輸送凈化煙氣，高溫風(fēng)機(jī)和轉(zhuǎn)化風(fēng)機(jī)均需同時運(yùn)行（允許設(shè)計連鎖延時），設(shè)備故障時均易出現(xiàn)重大生產(chǎn)事故。

1.4 銅富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝配套裝備

通過以上工藝安全分析可知，涉及安全生產(chǎn)的配套關(guān)鍵設(shè)備如下：

（1）爐體本身的冷卻：冷卻給水泵、柴油應(yīng)急水泵、冷卻塔上水泵、高位應(yīng)急水池下水閥。

（2）物料的稱量輸送：各種物料稱料皮帶、混合物料稱料皮帶、爐頂移動皮帶。

（3）富氧氣體計量和輸送：制氧站、應(yīng)急氣罐氧氣閥、配氣站各氣閥。

（4）出爐煙氣的輸送：余熱鍋爐、鐘罩閥、高溫風(fēng)機(jī)。

（5）轉(zhuǎn)化煙氣的輸送：SO2轉(zhuǎn)化風(fēng)機(jī)。

上述關(guān)鍵設(shè)備故障時，相應(yīng)的生產(chǎn)區(qū)域已變得很不安全，極易引起嚴(yán)重的安全生產(chǎn)事故，所以必須通過優(yōu)異的中控關(guān)鍵連鎖設(shè)計來規(guī)避。

2 富氧側(cè)吹熔池熔煉中控關(guān)鍵連鎖設(shè)計

設(shè)備運(yùn)行邏輯、時間長短、反應(yīng)快慢和對安全生產(chǎn)影響次序等是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程的特點(diǎn)和設(shè)備選型、現(xiàn)場布置的距離等方面來精確設(shè)計的。例如稱料皮帶、混合物料稱料皮帶、爐頂移動皮帶有長有短，物料在其上運(yùn)行的時間不一樣，設(shè)置延時的時間也不一樣；同時運(yùn)行邏輯上看，比如混合物料稱料皮帶故障時，物料稱料皮帶停止、移動皮帶繼續(xù)運(yùn)行至皮帶清空（也有設(shè)計為同時停止的情況）；而物料稱料皮帶故障時，混合物料稱料皮帶、爐頂移動皮帶需要繼續(xù)運(yùn)行至物料清空（以備停爐時間較長時加煤入爐進(jìn)行爐內(nèi)熔體保溫），對這些情況中控系統(tǒng)設(shè)計的邏輯就不一樣。本文旨在哪些裝備應(yīng)建立連鎖，具體中控的邏輯和時間要求的設(shè)計等方面在此不予討論。

富氧側(cè)吹熔池熔煉中控關(guān)鍵連鎖設(shè)計應(yīng)包含以下內(nèi)容：

（1）冷卻給水泵、柴油應(yīng)急水泵、冷卻塔上水泵、高位應(yīng)急水池下水閥連鎖，設(shè)置故障時間超過一定值時與下料連鎖。

（2）各種物料稱量皮帶、混合物料稱量皮帶、爐頂移動皮帶連鎖，設(shè)置故障時間超過一定值時與高溫風(fēng)機(jī)、SO2轉(zhuǎn)化風(fēng)機(jī)連鎖。

（3）制氧站、應(yīng)急氣罐氧氣閥、配氣站各相關(guān)氣閥、各種物料稱量皮帶、混合物料稱量皮帶、爐頂移動皮帶連鎖，該連鎖分變化程度值對應(yīng)連鎖和完全故障瞬時關(guān)停連鎖，同時配合現(xiàn)場人工操作風(fēng)口。

（4）高溫風(fēng)機(jī)、SO2轉(zhuǎn)化風(fēng)機(jī)與各種物料稱料皮帶、混合物料稱料皮帶、爐頂移動皮帶、配氣站富氧空氣總閥連鎖，同時配合現(xiàn)場人工操作風(fēng)口。

（5）停電引起所有設(shè)備停止工作，柴油發(fā)電機(jī)自動啟動，確保爐子水套冷卻循環(huán)水泵、高溫風(fēng)機(jī)工作。

3 富氧側(cè)吹熔池熔煉中控關(guān)鍵連鎖的實(shí)際應(yīng)用

通過對銅富氧側(cè)吹熔池熔煉的中控系統(tǒng)進(jìn)行上述關(guān)鍵連鎖設(shè)計后，投入某公司銅富氧側(cè)吹熔池熔煉爐生產(chǎn)系統(tǒng)，取得了較好的效果。該公司將整個生產(chǎn)系統(tǒng)的安全警報設(shè)計為三個層次（等級）：

（1）引起爐體發(fā)生爆炸、噴爐、凝固、水套燒穿、大面積中毒、停電等必須停產(chǎn)或停爐超過5h 的。本層次的安全報警通常采用現(xiàn)場和中控同步聲光報警，要求現(xiàn)場職工第一時間做好封堵風(fēng)眼的操作。

（2）引起短時間有計劃的停爐，時間不超過5h，有補(bǔ)救措施的。本層次的安全警報通過中控電腦聲音報警，現(xiàn)場配合處理。

（3）局部參數(shù)變化引起相關(guān)指標(biāo)異常，短時停爐檢查調(diào)整完畢后基本能連續(xù)生產(chǎn)的。本層次的安全警報通過中控電腦指標(biāo)變色或字幕等方式報警。

上述關(guān)鍵中控連鎖設(shè)計均在第一層次之中，故障時各連鎖反應(yīng)及時、邏輯合理，提高了有效生產(chǎn)時率，現(xiàn)場勞動條件得到改善，減少了以前因無這方面的設(shè)計而產(chǎn)生的諸多二次事故，確保了安全生產(chǎn)，為企業(yè)贏取了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

（1）富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝的中控關(guān)鍵連鎖設(shè)計很有必要，實(shí)際應(yīng)用可行，給實(shí)際操作帶來了積極的作用，能確保安全生產(chǎn)，為企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）該連鎖設(shè)計為同類生產(chǎn)系統(tǒng)中的中控系統(tǒng)設(shè)計提供了一定的參考和借鑒[5]。