莱钢集团鲁南矿业有限公司氧化球团厂工艺与联锁保护系统研究

1.引言

氧化球团作为优质炼铁原料，其生产工艺与设备可靠性对钢铁行业发展至关重要。氧化球团厂凭借先进设备与完善控制系统在球团生产领域地位突出，其中接触器连锁构成的联锁保护机制是保障生产安全稳定的核心要素，研究该厂工艺与联锁保护系统对提升生产效率和设备安全意义重大。

2.氧化球团厂概况

2.1 工厂基本信息

氧化球团厂位于鲁南矿业有限公司本地，年设计产量 60 万吨。2003 年 3 月施工筹建，同年底建成投产，2004 年 1月 1 日正式试生产，开启稳定的球团生产历程。

2.2 主要工艺设备

该厂配备完整生产链条的先进设备： Φ4.0×28 米氧化焙烧回转窑 1 座、2.8×36m 链蓖机 1 台、 40m² 环式冷却机 1 台，承担球团焙烧、预热和冷却核心工序； Φ3.0×20 米烘干机 1 台用于混合料烘干； Φ7_m 、 Φ6m 、 Φ5.5m 圆盘造球机共 4 台负责生球制作； Φ2.2×4.4 风扫磨 1 台进行物料研磨；多管除尘器 2 台、 140m² 静电除尘系统 1 套及脱硫脱硝系统保障环保；环冷机冷却风机 3 台、主抽风机等工艺风机总计 6 台确保气体输送。生产线采用先进的链蓖机—回转窑—环冷机工艺及集散式计算机控制，实现生产自动化与智能化监控。

3.链蓖机—回转窑工艺技术流程

链蓖机—回转窑工艺是球团生产关键环节，流程衔接紧密。铁精粉和膨润土进厂后分别储存于精粉料场和膨润土料场，通过 4 个精粉矿仓和 1个膨润土矿仓供生产使用。生产时，精粉与膨润土经微机自动化控制按合理配比配料，混合料经圆筒烘干机烘干后，由胶带机送强混机混匀，再输送至造球室混合料仓。圆盘造球机造出的生球经圆辊筛筛分，不合格生球返回重造，合格生球布至链蓖机蓖床，经干燥、预热后由铲料板铲入回转窑氧化焙烧，焙烧后球团卸入环冷机鼓风冷却，冷却后的成品球经胶带机送成品仓，再由汽车运至高炉料场。

4.联锁保护——接触器连锁的应用

4.1 接触器连锁的工作原理

4.1.1 硬件接线逻辑与控制本质

接触器连锁是设备电气互锁的核心硬件手段，基于硬件接线逻辑约束设备操作顺序，通过接触器辅助触点控制其他设备控制回路通断，与PLC/DCS 系统信号联动形成双重安全保障。

4.1.2 基础实现方式

接触器连锁通过主触点控制电机运行，利用辅助触点实现互锁。如接触器 KM1 主触点控制电机 M1，KM2 主触点控制电机 M2，KM1 常开辅助触点接入 KM2 线圈回路实现物理互锁，KM2 常闭辅助触点接入 KM1 线圈回路实现反向互锁，避免电路故障。

4.1.3 正向互锁（启停依赖）

正向互锁体现设备启停依赖，如造球盘电机（KM1）未运行时，其常开辅助触点断开链篦机电机（KM2）线圈回路，使 KM2 无法启动，防止干料堆积。

4.1.4 反向互锁（互斥运行）

反向互锁用于设备互斥运行场景，主风机（KM1）运行时，其常闭辅助触点切断备用风机（KM3）线圈回路，防止两台风机同时运行造成气流对冲，保障通风系统安全。

4.2 典型应用场景

4.2.1 设备顺序启停保护

球磨机接触器（KM1）常开触点接入造球盘接触器（KM2）线圈回路， 确保球磨机未运行时造球盘无法启动；环冷风机接触器（KM3）常开触点 串入卸料机接触器（KM4）线圈回路，无冷却风时卸料机禁止卸料，保障

生产流程连续稳定。

4.2.2 防止电源短路与逆功

6kV 主风机接触器（KM-A）与油泵接触器（KM-B）互锁，主电机未停稳时油泵不断电，避免轴承干磨；电容柜接触器（KM-C）与主变压器接触器互锁，变压器分闸时自动切除电容，防止过电压冲击，提升电力系统稳定性。

4.2.3 安全防护硬线互锁

破碎机检修门行程开关串入主电机接触器线圈回路，开门即断电保障检修安全；急停按钮硬线连接接触器线圈， 100ms 内断开所有动力电路，快速制止紧急情况。

4.3 实际应用效果与优势

4.3.1 相比纯软件连锁的提升

接触器连锁响应时间 ≤50ms ，远快于纯 PLC/DCS 连锁的 100-500ms ；可靠性不受 PLC 死机影响，抗干扰能力强，故障排查仅需万用表，效率更高。

4.3.2 核心价值

冗余安全性显著，曾有 PLC 输出模块故障时，接触器硬互锁阻止煤气阀门误开；抗误操作能力强，前置设备未启动时后续设备无法误启动；通过避免电机反接相序等设计延长设备寿命，降低维护成本。

4.4 设计与实施要点

4.4.1 关键注意事项

选型需匹配 PLC 输出信号电压，触点容量 > 负载电流 1.5 倍；接线时辅助触点用独立端子，关键回路双触点冗余接入；维护中每季度检查触点烧蚀，振动部位用防震型接触器。

4.4.2 环境适应性设计

粉尘环境选用 IP54 防护等级接触器（如施耐德 LC1D 系列）；高温区域采用耐温 >150^∘C 的银镍合金触点接触器，保障恶劣环境下可靠运行。

4.4.3 防粘连措施

大电流回路并联灭弧栅，电机回路增加浪涌吸收器，防止触点粘连与感应电动势击穿，延长接触器寿命。

4.5 升级方向（智能化融合）

触点状态反馈接入 PLC 实现实时监测与报警；通过电流传感器监测吸合时间，延长 10% 时预警弹簧老化，实现预测性维护；叠加变频器级互锁（如 ABBACS880 的 SafeTorqueOff 功能），提升安全性能。

5.结论

氧化球团厂的链蓖机—回转窑工艺及配套设备为球团生产提供了坚实基础，而接触器连锁作为设备控制系统的核心安全保障，以硬件接线逻辑实现设备互锁，与 PLC 系统协同形成双重保护。其在响应速度、可靠性、抗干扰等方面优势明显，通过设备顺序启停保护、防短路逆功、安全防护硬线互锁等应用，有效拦截风险、提升故障响应速度、提供冗余保护。在设计实施中，注重选型匹配、环境适应与防粘连设计，结合智能化升级，构建了“接触器硬件互锁+PLC 软件互锁+传感器监测”的三级联动架构。该架构不仅保障了该厂 60 万吨年产能的稳定输出，更为现代化球团厂高可靠性生产设计提供了可借鉴的标准模式，对推动球团生产技术进步与安全高效生产具有重要意义。

参考文献：

[1]张建军.接触器连锁在球团厂设备控制中的应用研究[J].冶金设备，2025,(2):31-34.

[2]刘红梅.球团厂自动化控制系统中接触器连锁技术的实践[J].工业控制计算机，2024,(4):25-27.

[3]赵明远.大型氧化球团厂接触器连锁与 PLC 协同控制技术[J].自动化应用，2025,(3):18-21.