浅谈回转式阳极炉安全设计与控制

2016-02-11黄明岗

中国有色冶金 2016年2期

关键词：炉体直流电机限位

刘岩, 黄明岗, 张旭

(云南锡业股份有限公司铜业分公司，云南个旧 661000)

浅谈回转式阳极炉安全设计与控制

刘岩, 黄明岗, 张旭

(云南锡业股份有限公司铜业分公司，云南个旧 661000)

本文主要介绍铜火法精炼回转式阳极炉在电气控制上的安全设计。

回转式阳极炉；安全；电气控制

阳极炉按照炉体结构可分为三种：回转式、固定式、倾动式。三者之中，回转式阳极炉因为具有操作方便、生产效率高、劳动强度低、燃料消耗少等优点在国内铜冶炼行业使用的较为普遍。因而，回转式阳极炉在使用过程中能否安全可靠的运行就显得尤为重要，因为在出铜或者扒渣的过程中炉子不能正常工作会导致“跑铜”等事故发生，造成较为严重的生产事故。本文从电气安全控制方面介绍了回转式阳极炉的安全设计以供探讨。

1 阳极炉的构成

回转式阳极炉见图1所示，主要由炉体(350 t、Φ4.2×13 m)、支撑传动装置、电机驱动装置、保护限位装置、控制柜及操作台等几部分组成。燃烧器固定在排烟口的相对端盖上，而燃烧装置和燃烧气管一起连接在燃烧器上。燃烧器可随炉体一起倾动。炉体支撑装置由四个拖轮构成，拖轮均采用复式托轮组传动带轮缘，另一端为光面托轮。回转炉的滚圈为两档，其中一个与大轮组成一体，构成炉体传动系统的一部分。回转炉是火法精炼的主体设备，其关键部位是氧化还原风口、出铜口、加料口、燃烧器，对耐火材料的选用有严格要求。回转式阳极炉驱动装置主要由主交流变频电机、副直流电机、主变速箱、副变速箱、电磁离合器和大小齿圈组成。回转炉的倾转是依靠主交流电动机和副直流电机、电磁离合器变速箱以及控制装置来实现的。回转式阳极炉的转动方式设有快速转动、慢速转动，转动方式的快慢主要靠变频器的速率调节。放渣、浇铸、修炉使用慢速倾动。事故倾转是指炉体正在氧化、扒渣、还原、浇铸时突然停电导致交流主电机不能正常工作，此时直流电机会自动启动，将炉体从不同方向快速转到安全位置。保护限位装置由凸轮控制器及位置编码器组成，双重的限位装置能避免因电气元件的损坏而造成炉体位置的误判断，给设备的正常运行提供良好的安全保障。

1—热料进料口；2—扒渣口炉盖；3—出铜口；4—电机驱动装置；5—支撑传动装置；6—氧化还原口；7—燃烧器；8—炉体图1 回转式阳极炉结构示意图

2 电气装置构成

回转式阳极炉的电气装置主要包含主交流电机(110 kW)、副直流电机(事故电机63.5 kW)、变频器、控制系统(本厂采用CS3000DCS控制系统)、凸轮控制器、位置编码器(德国SICK)、操作台(阳极炉控制室及圆盘浇铸室各一台)等部分。主交流电机部分电气控制原理图见图2。

图2 主交流电机部分电气控制原理图

3 阳极炉的安全设计

回转式阳极炉因自身构造的原因，能否保证阳极炉安全稳定的运行显得尤为重要。因此在本厂的阳极炉安全(CS3000系统中的部分安全逻辑见图3)设计中主要考虑了以下几点因素。

3.1 双重的安全限位装置

限位装置由凸轮控制器和位置编码器组成。在设计上凸轮控制器的各个安全限位角度应略大于位置编码器的安全限位角度，这样做的目的在于当编码器正常工作时可依据编码器的角度判断保证安全限位逻辑的执行。相反，当编码器不能正常工作时导致角度误判能通过凸轮控制器的安全限位保证安全逻辑执行。良好的双重限位为炉子的安全逻辑提供了有力的基础保障。

3.2 阳极炉转动时电磁抱闸延时打开

阳极炉因自身构造的原因存在重量分布不均的情况，当驱动装置没有提供驱动力矩前抱闸先打开就会导致炉子产生“自转”。因而在设计过程中一定要保证驱动装置提供起动力矩后，再适量延时抱闸的打开以保证安全。

3.3 事故时保证炉子能快速运行到安全位

事故复位倾转分为手动模式和自动模式(由联锁条件触发)。

操作工在生产过程中转动炉体时发现如有任何异常(例如发生“跑铜”、“泼渣”、及其他不可预见事故)应立即按下“事故复位倾转按钮”，按下该按钮后当主电机(交流电机)在能正常工作(交流电源未发生异常、变频器没有发生故障)的条件下，主电机会以40 Hz的频率将炉体转到安全位置(-5°-+5°)；当主电机不能正常工作时会启动直流电机将炉体转到安全位置(-5°-+5°)，当炉子转动到安全位置后操作工应将“事故复位倾转按钮”进行复位。

操作工在生产过程中转动炉体时发生交流电源故障或者交流电机变频器故障以及到达保护极限位(+75°、-55°)时，事故复位倾转会自动启动，此时直流电机会自动将炉体转动到安全位置(-5°-+5°)。

3.4 正常作业模式与炉修模式切换保证安全

正常作业时安全联锁投入。阳极炉DCS操作页面上有三个按钮选择开关，分别是“工作模式”选择、“事故旋转联锁”选择、“编码方向联锁”选择，在正常生产作业时一定要在工程师权限下(工程师权限密码由工序长掌握，且不可随意告知其他人)将三个开关分别置为“正常作业”、“联锁投入”、“编码方向联锁投入”，然后再将DCS控制权限切换到操作工权限。

炉修作业时联锁切除。在炉修过程中要在DCS工程师权限下将三个“联锁开关”切除，以避免因检修过程中触发安全联锁条件引发事故复位倾转造成安全事故。