澳斯麦特吹炼炉控制系统的改进-

1、中国有色冶金作者简介温燕铭(1956,男,河北省乐亭县人,大学本科,高工,长期从事冶金工业自动化工作。收稿日期2005-06-29澳斯麦特吹炼炉控制系统的改进温燕铭(北方铜业侯马冶炼厂,山西侯马043000摘要介绍了北方铜业侯马冶炼厂澳斯麦特吹炼炉控制系统的特点及在生产实践中所进行的改进。关键词澳斯麦特吹炼炉;控制系统;DCS ;传感器;执行机构引言北方铜业侯马冶炼厂是世界上第一家在粗铜冶炼工艺中全部采用澳斯麦特(Ausmelt 技术并成功工业化生产的大型铜冶炼企业。在多年的生产实践中,侯马冶炼厂对Ausmelt 冶炼工艺中的控制系统特别是吹炼炉的控制系统进行了深入的分析研究,做了许多改进,使

2、之能够满足吹炼生产过程的要求。本文介绍了Ausmelt 吹炼炉控制系统的特点及在实践中所进行的改进。1澳斯麦特吹炼炉对控制系统的要求侯马冶炼厂吹炼生产控制系统采用Honeywell公司的TPS3000集散控制系统和Fisher 、横河等著名厂家的执行机构和传感器。吹炼工艺的特殊性,要求控制系统必须具备以下特性:(1可靠性好。由于系统及传感器、执行机构长期工作在高温、粉尘、潮湿、有害烟气腐蚀、剧烈振动和强电磁干扰的环境中,因此DCS 系统和所有传感器、执行机构、电源等运行必须稳定、可靠,不允许有任何超范围的波动和不易排查的故障出现。(2控制精度高。不仅指DCS 系统,还包括各种类型的传感器和执行

3、机构,如喷枪的定位精度、入炉物料的计量精度等。(3实时性好。吹炼过程随时都有可能发生泡沫渣。控制系统中的传感器等必须能及时检测出预示泡沫渣将要发生的信号,如压力、温度、SO 2浓度,并采取措施。此外辅助系统故障或枪内流体超限都将导致紧急故障停车(ESD 发生。这些都要求控制系统能迅速做出反应,提枪、停风、断料,避免事故发生和漫延。(4易操作。工人操作时对工艺参数的调整必须方便、快捷、易掌握,流程图画面直观友好,主要参数集中显示,尽量减少翻动画面的操作。(5扩充方便。随着生产的进行,对工艺过程进行改进和完善不可避免,因此,控制系统的扩展和改进应灵活方便,可以随时增删控制对象、调整控制参数,在不影

4、响系统运行的情况下编制新的应用软件,组态各类硬、软件点,并使它们无扰动地投入运行。(6具有在线调试、离线编程、仿真测试功能。2控制系统的运行及改进除对控制系统提出上述几项要求外,对吹炼过程的控制主要体现在以下几个方面。2.1喷枪系统的控制喷枪系统的控制包括枪位控制和枪内流体控制。Ausmelt 冶炼工艺要求枪位的控制必须十分准确,枪内流体的控制主要涉及冶金计算和吹炼风量、粉煤量、富氧吹炼氧量的计算。吹炼生产过程对枪位的定位精度提出了严格要求,必须保证枪头部位处在熔体和渣层交界面上方,只有这样才能保证最大的生产效率并且避免喷枪插入过深被过度烧蚀。枪位控制原理如图1所示。喷枪控制主要包括不同位置的

5、升降速度控制、方向控制和定位控制。在实际使用过程中将不同位置的变速运动改为恒设备及自动化362006年10月第5期图3富氧吹炼程序框图开始初始化结束程序运行?结束安全供氧条件满足吗?NY要求氧浓度>21%安全检查时间到吗?氧气量计算重新分配内外侧风量NYY Y NN图1枪位控制原理图手操器PID 速度控制器升降判断逻辑PID 位置控制器速度反馈信号MCC 马达控制中心ESDPANEL GUSSP位置反馈信号初始化枪位2?粉煤=0吹炼空气=0吹炼氧气=0套筒空气=0载煤风=0载煤风赋值套筒风赋值枪位4?结束图2风量分配程序框图开始取最大入炉料量计算吹炼风需求量计算燃煤空气需求量计算总空气需

6、求量内外侧风量分配结束程序运行?N YNYY N速运动(ESD 除外,方便了工人的操作。枪位控制的重要元件是用于测量枪位瞬时值的电位器,其阻值为05k ,不同的阻值对应不同的枪位值,其呈线性关系。阻值的变化是通过与电位器轴柔性连接的喷枪升降装置实现的。枪内流体控制包括内、外侧风的风量计算与控制,粉煤和载煤风控制,套筒风控制等。(1风量计算和分配。风量计算在CL 语言程序中进行,主要是根据吹炼过程的需要计算总风量并进行内、外侧风量的分配,其程序框图如图2所示。(2富氧吹炼控制。Ausmelt 冶炼工艺的吹炼过程采用空气吹炼,为了提高吹炼速度,增加粗铜产量,对控制系统进行了改造和扩充,将氧气引入到

7、吹炼过程。富氧吹炼控制程序框图如图3所示。2.2备用燃烧器的控制备用燃烧器是Ausmel 吹炼炉的重要设备之一,其控制内容主要包括点火控制、风量控制和油量控制3个方面。备用燃烧器点火条件的判断与控制是通过联锁逻辑221、222、223来实现的,如图4所示。三个联锁逻辑的功能分别在三个逻辑点中实现,它们决定着备用燃烧器被激活、点火、升降等条件判断及发出相应命令。如在逻辑点223中要求判断当下述条件同时满足时烧嘴被激活:雾化风、燃烧风、柴油供应系统工作正常;备用燃烧器计量泵工作正常;吹炼炉内压力<-5Pa 。风量和油量控制风量和油量控制包括在给定油量的情况下雾化风、燃烧风量的计算。下面以燃烧

8、风为例简单介绍风量计算和控制原理。如图5所示,当选择工作方式13时,查表求得燃烧风量(这些方式为燃烧器澳斯麦特吹炼炉控制系统的改进温燕铭37中国有色冶金图6炉膛负压控制原理图余热锅炉PICA1204SPPV PT1204上升烟道电收尘224Al 1205AT 1205ASPV1204接力风机负压设定Al 1206Uars 非点火方式,分别用于吹扫等作业,当选择46方式时,风量计算程序要根据燃油量计算所需燃烧风量并以此为设定值送给调节器FICA1202,由它发出信号给调节阀FV1202调节燃烧风量。2.3炉膛负压的控制吹炼过程要求炉子在微负压环境下运行,负压调节原理如图6所示。图6中测量负压的变

9、送器PT1204安装在吹炼炉上升烟道处,调节器PICA1204采用PID 调节,设定值可由冶炼工程师根据炉况调整设定,调节器定义有手动和自动两种工作方式。由于调节阀PV1204安装在距离炉口较远处,因此调节有约35min 滞后。另外为了使调节效果更好,作为一种辅助手段,也可以手动调整接力风机的电流,以达到控制负压的目的。2.4烟气中SO 2浓度的监测SO 2浓度的变化趋势是判断吹炼过程是否结束的重要依据,它直接关系到粗铜产品的质量,因此选择了AB 公司生产的Uars14做为SO 2浓度分析仪表,分析结果输入DCS 系统并保存在历史模件中,用作趋势显示,见图6。由于该分析仪每隔一个固定的时间段就

10、需要对取样探头进行反吹处理,此时所分析的样气不是实际样气,而此时如果吹炼生产接近尾声,则无法正确地反映烟气中SO 2的实际浓度,往往造成判断失误。为了避免这种情况发生,做了一个联锁逻辑224,当吹炼快要结束时,操作工可以手动触发此逻辑,命令SO 2分析仪提前反吹,错过吹炼结束时间段。2.5紧急故障停车导致ESD 发生的有枪内流体流量的正、负偏差、压力差、炉膛负压、炉体冷却水液位、工厂供电、供水、供风故障,外围设备中的余热锅炉、电收尘、硫酸故障等诸多因素,此外还有现场ESD 按钮、DCS 操作站上触发等等。所有触发ESD 的条件都引入到四个逻辑中分别处理,并由一个ESD 逻辑统一输出给执行机构。

11、不同触发条件有不同的处理过程,如当流量偏差、压力偏差引发ESD 时,要延时一定的时间,如果在此时间内触发条件仍未消除,则ESD 逻辑发出ESD 信号给执行机构,而当现场操作工手动按下ESD 按钮或工厂故障发生时,则ESD 逻辑不做延时,立即发信号执行机构。ESD 信号发出后,系统采取以下措施:枪内流体立即切断(煤、空气、氧气;供料系统停止供料;喷枪提升到3号枪位;禁止喷枪下降;音响报警器启动直到ESD 条件被操作工确认;如果需要的话,备用燃烧器被激活。2.6外围设备的控制与接口Ausmel 吹炼炉的外围设备如余热锅炉、配料系统、重柴油供应系统等均为独立控制或利用DCS 系统控制,例如余热锅炉就

12、是采用工控机独立控制。配料系统包括6台申克秤和相应的皮带输送设备。申克秤本身就是一个闭环控制系统,它通过图4备用燃烧器点火控制原理图FSV 1203222221吹扫空气223FT1203FICA 1203FICA1203.SP计量泵燃油量图5燃烧风量控制原理图燃烧器工作方式Mode 2燃烧风量表Mode Reqd 200020002000612345风量计算程序F2SBFLOWFT1203.PV燃油量PV燃烧风SP PV FT 1202FE1202FICA 1202ASFV1202(下转第58页设备及自动化38中国有色冶金Operating practice for comprehensive

13、ly recovering valuable metals fromresidue left after lead anode slime treatmentZHAI Ju-fu LI Li-liAbstract:This paper describes the operating practice for comprehensively recovering valuable metals from lead anode slime residue left after recovery of gold and silver.According to the residue property

14、,the combination of pyro-metallurgical and hydrometallurgical processes makes it possible to thoroughly separate and recover antimony,bismuth,gold,silver,lead and copper from the residue.Key words:lead anode slime;residue;comprehensive recovery;antimony;bismuth图7吹炼炉控制系统与申克秤控制系统的接口信号开秤停秤给料速度设定值实际给料速度

15、秤运行信号秤故障信号故障确认信号申克秤系统吹炼炉控制系统(DCS图8重、柴油供应系统控制原理图PV 1208ASPIC 1208PIC1207PT 1207ASPV1209油箱重柴油间熔炼车间吹炼炉备用烧嘴油泵回油回油(上接第38页重量传感器测出皮带上物料的动态重量信号,通过安装在皮带电机尾部速度传感器测出与皮带速度相应的脉冲信号,两个信号同时送到带有CPU 的智能化仪表中,经处理得出实际给料量,并将实际给料量与设定给料量相比较,结果送专用计算机调节系统调节皮带速度,达到稳定、精确的给料速率。吹炼炉控制系统与申克秤控制系统的接口信号如图7所示。申克秤可以实现在熔炼主控室远程控制,也可在现场就地

16、操作。整个系统实现了Ausmelt 工艺提出的供料精度要求。皮带的控制主要是供料或停止供料时的顺序开停、ESD 发生时的紧急停车和某条皮带故障时的紧急停车等,它是由DCS 系统通过连锁逻辑实现的。重、柴油供应系统的控制也是由DCS 系统实现的,它包括重柴油间的油箱液位控制、温度监测和回油控制。回油控制的控制对象是压力,当压力高于某一数值时,说明用油量减少,回油阀开度增加,否则回油阀开度减小,如图8所示。图8中采用两条回油管线和两个控制回路,且被控制对象均为油泵出口处安装的压力变送器PT1207测得的压力值,目的是为了超压时尽快回油并稳定备用燃烧器前的柴油供油压力。3结束语吹炼炉控制系统是为满足Ausmel 吹炼工艺的特殊要求设计,在实践中做了很多改进,增加了氧气供应控制系统、改造了备用燃烧器的控制和炉体冷却水控制系统。对原SO 2监测系统进行了彻底改造,使之更适合工艺生产的要求。改进和完善的吹炼炉控制系统,完全满足了吹炼生产的要求,为粗铜产量突破设计值奠定了基础。Improvement on control system of Ausmelt convert