转炉倾动装置

转炉倾动装置（精选九篇）

转炉倾动装置 篇1

关键词：转炉,倾动装置,多点啮合,柔性传动,优化设计

0 引言

在炼钢生产中对于转炉倾动装置来说是最重要的机械设备，特别是在采用顶吹氧气实施炼钢的设备系统中，对于炉体自身的稳定性与准确定位，以及实行转炉兑铁水、加料、出钢等一系列炼钢工艺来说，确保转炉倾动装置的安全稳定运行至关重要。由于转炉倾动装置作业时具有重载、频繁启制动、低速、正反转、以及冲击力强烈等特点，对于设备自身的安全运行和系统结构合理调配来说不稳定因素较多，为此，加大对转炉倾动装置的优化设计，提高转炉倾动装置的使用便捷性与可靠性，已经成为当前冶金制造业研究的重要课题。

1 对于传统全悬挂转炉倾动装置结构分析

在传统的转炉倾动装置中，其结构特点多用全悬挂方式，其构造组成由一次减速机装置、二次减速机装置，以及扭力杆弹性支撑装置和相应的安全润滑装置等组成。对于各减速机及弹性支撑来说，其结构特点是为了实现能够在全悬挂的结构下对各啮合点进行柔性传动，如一次减速机在运行时以平行轴方式来进行传动，二次减速机则采用与一次减速机联动的方式，来驱动转炉的翻转，使其能够完成4点啮合共同驱动二次减速机的大齿轮，实现转炉各工作任务的正常进行。

从结构上来分析传统倾动装置的特点，主要有：一是从支撑结构上来看，3个轴承点对二次减速机的驱动，形成一个超静定结构，对于倾动装置的可靠性来说影响较大；二是对于倾动装置实施正反转启动时，由于二次减速机的斜齿轮结构，使其小齿轮在啮合过程中承受较大的冲击载荷，这些正反作用力很容易产生强烈的振动，同时，小齿轮受到一次减速机的制约，一、二次减速机定位销和联结螺栓一旦出现故障，如松动现象，很容易影响整个联结结构的效能，以致于引起二次减速机不能够正常进行啮合，以实现有效的传动，对于整个倾动装置的运行来说影响较大；三是基于对减速机联结结构的分析，对于一次减速机的定位是基于定位销，而销孔的位置是与齿轮轴孔进行统一配制的，与一、二次减速机难以组成一体，因此对于定位销的装配精度来说难以保障，同时，各减速机箱体从结构上不具有互换性，因此，对于出现的减速机故障问题难以做到及时的更换或离线检修，通常需要对整个装置进行停止作业，这对于系统设备的传动可靠性与提高转炉的作业率来说，无疑是不合理的。

2 对传统转炉倾动结构装置的设计优化

从传统转炉倾动装置的运行缺陷来看，其稳定性与可靠性是结构优化的重点，为此，对全悬挂柔性装置的应用，比较适宜于大吨位转炉倾动装置的结构。新型的多点啮合柔性传动结构，一改过去一次减速机平行轴传动的弊端，以行星差动结构来替换普通圆柱齿轮的传动方式，能够有效避免传统超静定结构易振动的不足。同时，行星差动结构的应用，借助于太阳轮对平衡连杆的驱动，实现高速输入轴之间的同步联接，确保力矩的传动与速度均衡，更加有利于转炉装置的稳定性。再加上小齿轮简支于二次减速机的轴承座上，对于一次减速机的花键套与二次减速机的小齿轮外轴进行联接，固装在二次减速机上的铰接杆可以与一次减速机进行联接，从而防止一次减速机的振摆。也就是说，从结构设计的优化上，使得一次减速机能够悬挂在二次减速机上，并借助于4点啮合来共同驱动二次减速机，同时，二次减速机通过耳轴来驱动转炉的旋转，并通过环形缓冲弹簧与压杆来实现对转炉倾覆方式的平衡。

从结构优化后的传动装置的特点来看，主要有：优化后的倾动装置，不仅可以对相同标高的一次减速机的输入轴进行同步联动，以确保联接装置一致性，还可以借助于电气控制系统，来实现对不同标高的电机进行同步，从而实现一次减速机输出齿轮轴与二次减速机大齿轮能够保持啮合同步；二是借助于行星差动装置的补偿作用，太阳轮轴与力矩连杆进行联接而促进均载平衡，对于同标高的二次减速机小齿轮的受力分析来看，当啮合面均衡受力时，对太阳轮来说仅作为行星轮来完成支承作用，从而确保了连杆装置的稳定性。同时，啮合面的均衡补偿也能够使得连杆内力均衡，有助于行星轮围绕太阳轮进行旋转，一旦出现某一啮合面侧隙过大或者啮合力出现不均等时，借助于行星差动装置的扭力补偿，太阳轮的平衡作用就会显现，在力矩连杆装置的推动下做出反应，以实现对副侧隙的自动补偿，对于确保均载来说意义重大；三是对于全悬挂式倾动装置结构，四点啮合能够有效补充耳轴变形后的良好啮合，同时，一次、二次减速机也采用全悬挂方式，可以通过内外花键来使得齿轮轴的受力均衡，提高了整个传动装置的可靠性。与扭力杆倾动结构相比，优化设计后的倾动装置，一次、二次减速机系统相对独立，对于安装与拆解也十分方便，有助于对其进行分别检修，提高了设备的作业率；四是对于倾动装置所产生的水平作业力的分解，利用二次减速机的箱体压杆和环形弹簧组成柔性受载装置，可以有效将倾动装置侧翻时产生的水平作用力传递给地基。同时，由于在环形弹簧安装时具有一定的预紧力，因此对于水平作用力必须先克服预紧力后，才能够引起弹簧的压缩变形，从而能够起到有效的缓冲减振作业，确保了平衡装置的稳定传动与可靠运行；五是对于优化后的二次减速机的小齿轮轴承来说，由于其简支于二次减速机的箱体基座，能够有效克服超静定作用对传统转炉传动装置的结构影响；六是对二次减速机的小齿轮的轴向承载负荷进行分析，由于与箱体的联接而将承压自身吸收，不会对一次、二次减速机的联接端产生影响，由此根除了一次、二次减速机联结部因松动而产生的故障影响；七是借助于花键套装式联接工艺，能够确保一次、二次减速机的定位点更加准确，对于一次减速机的维修与更换，不会造成对其他结构的影响，从而对于缩短系统结构维护来说，更能够提高冶炼作用率。

3 对转炉倾动装置实施优化设计的性能表现

对本文所采用的转炉倾动装置结构优化设计来说，经过实际运行，从其转矩性能表现上基本满足了生产工艺要求，而且其在旋转过程中对钢水的平稳控制，与同类转炉设计方案相比更具有性能优势和推广价值。

通过对柔性传动装置的各项使用性能进行分析，在制造与使用上还具有更加突出的优势，主要有：一是从系统设备制造来看，对于设计意图和精度能够准确的实现；二是对于传动结构的独立性设计，使得一次、二次减速机能够独立完成系统的安装与拆解调试工作，大大缩短了系统的检修周期。

4 结语

结合炼钢转炉倾动装置的稳定性与可靠性问题，从倾动装置的优化设计中，引入行星差动均载机制，特别是对于大吨位的炼钢转炉，能够有效确保倾动装置运转中的稳定性，对于二次减速机小齿轮轴的全简支结构设计方案，实现了不同一次减速机在运行中的合力作用，不仅能够有效发挥各机械部件的性能，还能够结合可靠的动力系统，实现对多台驱动装置的同步稳定出力。因此，对全悬挂转炉倾动装置的优化设计与改进是可行的，其推广价值是显著的。

参考文献

[1]张博宇.多点啮合柔性传动装置的设计及性能研究[D].哈尔滨工业大学,2011.

[2]李叶军.转炉全悬挂倾动装置设计优化及倾动力矩分析[D].江西理工大学,2010.

转炉污水处理系统粗颗粒装置应用 篇2

转炉污水处理系统粗颗粒装置应用

摘要：本文重点针对目前酒钢三台转炉生产工艺及运行情况,通过各大钢厂及本地现场水质调查,分析介绍了除尘水系统预处理装置的原理、同行业使用情况、存在问题、技术措施.作 者：李波 LI Bo 作者单位：酒泉钢铁集团有限公司,动力厂,甘肃,嘉峪关,735100期 刊：甘肃冶金 Journal：GANSU METALLURGY年，卷(期)：,32(2)分类号：X703.3关键词：除尘水 粗颗粒 分离池

转炉倾动装置自动润滑系统的应用 篇3

关键词：倾动系统；润滑系统；自动化控制

中图分类号：TF748 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 02-0164-01

顶底复合式吹炼转炉系统自中国20年代初开始在国内各大炼钢厂普遍应用，由于转炉炼钢在冶炼过程中可以灵活的控制钢水的成分，并在可控的范围内对钢水进行成分调节，进而使转炉在炼钢过程中发挥了重要的作用。

转炉的旋转动作是由四台大型交流电动机带动一台大型的啮合减速机来驱动的，而这台大型啮合齿轮减速机是转炉系统中重要设备，需要时刻的对减速机内部的齿轮进行润滑油润滑，并且需要对齿轮的磨损状态进行了解，在以往的转炉倾动系统中，只单纯的靠设备维护人员的肉眼进行油质观测，并根据油质的好坏程度对齿轮进行大概的磨损判断，这在判断时往往需要经验充足的维护人员才能完成，给工厂内部设备维护带来了极大的不便。

新型的转炉倾动润滑控制系统由三部分组成：（1）电气自动化控制系统，（2）现场检测元件部分，（3）自动监控报警画面部分

一、电气自动化控制系统

转炉倾动的自动润滑电气控制部分是整个系统的重要部分，通过现场检测元件传送回来的信号，对信号进行精细化处理，并对处理后的结果进行数据化分析，进而反应整个润滑系统的状况。电气自动化控制部分的构成：采用西门子PLCS7-300型号的CPU作为中央处理单元，并配备模拟量输入输出模块，数字量输入输出模块，网络接口模块。CPU部件在整个系统中对现场的各个输入信号进行程序化处理，并做出相应的运算和运行，数字量模拟量输入输出模块对现场的信号进行接受和传送作用，网络接口模块与上位机的HMI画面进行通讯，将润滑系统的实时数据直观的反映出来。具体电气控制系统配置图如下：

二、现场仪表检测系统的构成

现场检测仪表包括压力检测元件，流量检测元件，温度检测元件，堵塞检测元件，液位检测元件，电加热元件以及现场阀门系统，其中检测的介质包括润滑油和冷却水。主要的系统构成如下：润滑油箱上下部分别安装油位检测，以时刻监测油箱内部润滑油的体积，在油位过高或者油位过低的情况下对系统发出报警，并实时反映到监控画面。在润滑系统的管路的进口处和出口处上分别安装了压力检测元件，可分别对系统循环压力做出指示，并且现场压力表可以进行手动报警值设定，根据现场实际情况可以任意设定压力上限和下限的报警值。考虑北方地区夏季和冬季温度变化明显，油温也会随着季节的变化而变化，温度检测元件主要对循环油质的温度和冷却水温度进行检测，当循环油质温度过高时冷却水循环开启，对整个油箱进行整体冷却，当油箱温度过低时，系统会自动控制电加热器启动，对油箱进行缓慢式温度升高。堵塞检测元件是整个系统的重要原件，油箱上方安装有两个循环过滤的油缸，在油缸内部安装有两个油质滤芯，堵塞检测元件主要是对两个循环油缸的堵塞情况进行实时监测，当堵塞检测元件的根据压力互通的工作原理来检测安装在两个油缸之间的相通的管道的堵塞情况。系统结构简图如下：

上图所示：当堵塞检测元件检测到循环油缸内部堵塞时，就需要对油缸内部的滤芯进行更换，这时候设备维护人员就需要将滤芯取出来进行仔细检查，分析油质中的杂质含量，进而得出油箱中油质的变化情况。如果油缸中滤芯的杂质中油泥成分比较多说明油质变坏，应更换油箱内部的润滑油，如滤芯中所含铁屑成分过多，则说明内部齿轮磨损严重，需对内部的机械结构进行检查。

三、自动监控报警画面部分

通过网络接口模块的网络通讯功能，将现场的压力，流量，温度及堵塞情况经由TCP/IP网络协议传送到控制室内部的监控画面，监控画面的制作采用最新的西门子监控画面软件WINCC制作，实时收集现场反馈的所有监控信号，并对重要的设备运行状态制作成直观的曲线形势反映出来，报警和系统故障及时响应，画面的主要结构如下：

（一）设备运行状态监控界面

在设备运行监控界面实时的反映着整个倾动润滑系统的所有现场运行数据和管路循环状况，包括动态的压力，温度，流量变化，油泵电动机的运行状态和控制，各处阀门的开关状态和控制。

（二）系统运行数据曲线记录界面

为了方便设备维护人员随时查阅系统运行的现有数据变化和历史数据变化，充分利用西门子HMI内部的历史数据归档功能，将历史数据进行曲线化，方便观察归纳整个润滑系统的连续运行状态，实现了对设备的周期性数据管理。

（三）报警和操作记录界面

为了方便记录设备运行过程中所产生的故障和报警，调用西门子WINCC内的报警功能，按时的记录整个润滑系统运行时所产生的每条故障和警报，并将同类别的报警进行归档分类，经由现场配备的打印设备，经每天所产生的报警打印出来，以作详细的分析和记录。

四、结言

转炉倾动系统电机同步控制研究 篇4

转炉的倾动控制作为炼钢车间电气传动控制系统发挥着关键作用。随着计算机控制技术和电力拖动技术的发展,转炉倾动的控制方案有了较大的改进。炉体倾动部分一般采用四台倾动电机来拖动,并且通过减速机刚性连接,采用扭力杆力矩吸收方式和全悬挂固定方式。并且出现了四台电机由四套变频装置来分别拖动的控制。随着四台变频器拖动四台电机的出现,因此如何实现电机出力相等以及速度协调控制就成了关键问题。

2 转炉倾动系统

2.1 转炉倾动系统工艺设备概况

万腾钢厂拥有120T顶底复吹转炉二座,转炉采用四点啮合全悬挂倾动和扭力杆装置,它主要由驱动电动机、一次减速机、二次减速机和扭力杆系统组成。还有4套底吹透气砖及供气系统。炉体与托圈连接采用三点球面支撑方式,能适应转炉炉壳的热膨胀。转炉炉口、炉帽、托圈均为水冷。

转炉倾动装置的技术参数如下:

(1)转炉采用全正力矩操作。

(2)倾动速度0.2-1.0转/分,无级调速。

(3)四台110k W交流电机驱动。

(4)正常最大操作力矩160 t.m。

2.2 转炉倾动系统的操作

转炉倾动机构共4台电动机驱动,采用4套变频器分别驱动4台电动机,4套变频器通过simlink网实现4套传动装置的主/从控制和力矩平衡控制。

按照变频器设定的加、减速曲线,实现转炉恒定加、减速运转,保证炉体平稳运转。

转炉倾动角度为±180度,为确保转炉生产安全,转炉正常冶炼时,倾动电机驱动倾动装置使转炉以给定速度做±180度旋转。

转炉设有三个操作点,即转炉操作室、炉前摇炉房及炉后摇炉房。当其中一处选定进行操作后,其他两处不可再操作。如果三个操作地点选择形式中存在由两个操作点同时操作同一转炉的不合理情况时,则转炉不能投入运转。当供电装置出现故障时,则转炉不能投入运转。当供电装置出现故障可用备用装置将炉体紧急摇回“零”位,操作系统的工作情况及各种故障在转炉操作室设有故障显示及报警。

传动操作要求:

(1)1台电机或变频器故障时,允许正常生产。

(2)2台电机或变频器故障时,允许本炉生产。

(3)3台电机或变频器故障时,不允许生产,只能紧急复归。

主从变频器可以在1、2、3号变频器间切换;具有各种安全连锁,具备紧急停止和紧急复归功能;在炉前、炉后分别设转炉倾动操作台,兑铁水倾动操作台;倾动系统供电操作及显示由主控室的操作台完成,并在HMI画面显示。

2.3 转炉倾动系统的连锁

(1)活动烟罩不在上限位,转炉不可倾动。

(2)氧枪处于等待位以下,转炉不可倾动。

(3)转炉供电系统不正常时,转炉不可倾动。

(4)转炉冷却水系统不正常时,转炉不可倾动。

(5)倾动润滑系统不正常运转时,转炉不可倾动,但润滑系统故障时可由人工确认后解除连锁。

(6)转炉不在0±2°时,氧枪及活动烟罩不能下降,汇总料斗的闸门不能开启。

(7)当转炉汇总料斗的闸门处于开启状态时,转炉不可倾动。

(8)炉下旋转溜槽处于等待位,方可倾动。

(9)至少2台变频器和电动机正常时,方可倾动。

(10)转炉倾动至零位时自动停止。(可在HMI上人工解除连锁)

(11)转炉倾动至±120°时自动停止(具体角度现场调试时定)。(可在HMI上人工解除连锁)

3 转炉倾动控制系统的配置

根据转炉的倾动控制系统特点,万腾钢厂转炉倾动系统的配置如下:

(1)6SE70系列变频器4台。

(2)西门子S7-400系列PLC系统一套。

(3)电机选用YTSZ315L-10功率为110KW转速为585r/min电流为230A电压为380V电机上并带有冷却风机及增量型编码器。

4 电气传动控制方案

4.1 倾动控制原理

转炉倾动由4台电动机共同完成。为了系统更可靠更稳定的工作,这4台电动机就必须要求负荷平衡及速度同步,也就是要求所有的电机转矩相等。因为这4台电机是刚性连接的,所以要求所有的电动机的速度是绝对同步[3],因此4台电动机的传动采用主/从[2]控制,4台变频器之间用Simolik卡连接组成光纤环网。在配置中将一台变频器设为主机,由它进行速度调节,输出转矩给定,其他变频器作为从机,跟随主机的转矩响应。同常规的控制方式相比,这种使用方式将系统的性能提高到了一个新的高度,能有效地解决由于电机在运行中的不同步产生的转炉“点头”和“摇头”的现象。

4.2 转炉倾动系统主从控制

该系统采用主/从控制方式,主装置采用速度环和电流环控制,从装置只有电流环控制。采用一对一的传动方式,设定“主/从”方式,设定主传动装置。各倾动电机的高速轴上都装有测速的脉冲编码器,通过脉冲编码器将现场的电动机的转速和转矩电流值传送给变频器,与设定值进行比较,由电流调节器同时输入到从装置的电流调节器中,这样保障了四台电机在相同的负荷下运行,达到了设备平稳运行及平衡负荷的作用。

在这四台变频器中,主机以广播的方式向从机发送指令,并跟踪从机的状态,以此实现速度及转矩的协调控制。70系列变频器提供了装置之间的一种快速通讯方式即Simolink光纤环网。环网中主站可以接收和发送报文,并且可以去读写其中的信息,而从站只能接收报文,不能去处理其中的信息。变频器之间的转矩设定就是通过该网络进行发送和接收的。当主变频器或电动机出现故障时,主机会给PLC及从机发出故障信息,此时可设置从机中任一台变频器为主变频器,使其他三台变频器重新组成主/从控制系统,新的主机代替原来的主机负责系统起、停和转矩的控制,按主/从控制继续原来的工作。若是只有一台从机故障则不影响主/从控制系统的正常运转。若是出现三台及以上变频器故障则需要立即停止工作,待维修好后再继续工作。转炉倾动主从控制系统调节原理图如图2所示:

K—比例系数;Ki—积分时间常数

4.3 倾动的制动控制技术

为了启动的安全性和停车的准确性,避免转炉因失去动力产生溜车事故,我们采用的是能耗制动和机械抱闸制动二者结合的方法。

(1)能耗制动

能耗制动是变频器通过设置在回路中的制动电阻消耗电机能量使电机迅速停止的制动方式。其中包括制动单元和制动电阻两个部分。当由变频器带动的电机停机时,变频器中的逆变电路就会反向导通,这便使得剩余电能反馈到直流母线上,母线上的电压就会上升,当达到一定值时,制动单元接入,使得制动电阻投入工作,这部分电能由于电阻发热而消耗掉,直流母线上的电压同样维持在正常值。这种制动的优点是成本低,简单无污染。

(2)机械抱闸制动

当电机中途启动或突然断电时,就只能靠机械制动来控制负载转动。当电机的转矩和电流达到一定值时倾动的抱闸才能打开。此过程是变频器把电机的电流和转矩发送给PLC,PLC确定电流和转矩满足一定条件后通过硬线打开抱闸,使转炉转动。反之,P LC检测到电机转速满足停车条件时,关闭抱闸,使转炉迅速停止。

5 系统调试

进行系统调试时,变频器主从控制系统的参数设置[1]如表1:

6 结束语

1 2 0吨转炉倾动系统自投产以来,系统运行稳定其控制功能完全满足了转炉倾动工艺要求还减少了设备故障率,实践证明应用主从控制完全可以解决大惯性系统的驱动问题,三台从机跟随主机的转矩信号,使各台变频器驱动各自电机的同步问题得到解决。转炉倾动系统的连锁控制以及转炉的制动系统完全能够保障生产的安全性,提高了生产效率。本控制系统的成功应用为冶金行业的发展提供了宝贵经验。

参考文献

[1]6se70变频器说明书[Z].

[2]闫金凯.吴立业.孙小强.转炉倾动系统的平滑启动研究[J].控制工程,2009.(16):157-159.

转炉倾动装置 篇5

但是, 直流电机因维护工作比较繁重, 转炉倾动电机同时又在金属粉尘多、高温的环境下进行, 给系统维护工作带来了比较大的难度。

伴随交流矢量控制日趋成熟, 带来了交流电机动态与静态性能都得到了很大改善。同时, 交流电机维护工作量比较小, 这为其有效替代直流电机的作用, 奠定了非常好的条件。

柳钢转炉厂120T转炉2004年2月建成投产, 单炉设计年产量为150万吨。

转炉倾动由四台机械同轴异步电动机驱动, 通过四台西门子公司出产的6SE70系列变频器分别给四台电机供电, 采用闭环矢量主从控制方式实现四台电机驱动转矩与运行速度的一致。

1 硬件配置

转炉倾动方式为全悬挂四点啮合柔性传动, 原设计最大倾动力矩为2400t·m, 倾动速度为0.1~1rpm, 倾动角度为正反360°, 减速比为585.8∶1, 炉体全高8.680m, 耳轴中心据距炉底4.250m;正常时炉体重W1=638.675t, 最大铁水重W2=120t, 总重为W=W1+W2=758.675t。

据工艺设计说明, 该转炉为正力矩设计, 让炉子的耳轴下部比上部高, 下部比上部重, 从而保证炉子在电控系统失灵或抱闸力不够时, 能靠炉体自身的重量来保证炉口向上, 避免发生倒钢事故。

倾动装置驱动电机为四台交流变频电动机, 电机型号为:YPBF315L-10-SGJZ, 额定功率110KW, 额定电压380V, 额定电流230A, 额定频率50HZ, 额定转速593rpm, 电机过载能力为2.9倍额定电流时60s。

四台电机机械同轴, 经齿轮箱与转炉倾动轴相联;各电机轴上均连接一增量式光电编码器用作速度反馈。

传动装置采用德国Siemens公司6SE70系列6SE7033-7EG60变频器, 额定电压400V, 额定功率200KW, 输出额定电流370A。过载能力为1.36倍额定电流时60s。

配套制动单元和制动电阻, 用于吸收电机发电工作状态时回馈中间直流回路的电能。

四套变频装置分别给四台电机供电, 构成四套子系统。每套子系统通过变频器中的Profibus通讯板CBP2与上级PLC系统通讯, 接收上级PLC系统发出的分闸、使能、主机切换及速度给定等指令, 并向PLC传送各子系统的状态字、实际运行速度和实际转矩。

四套子系统都有内控、外控两种工作方式, 内控用于单机调试, 外控用于操作台控制, 其中有两套子系统外控时可作主机, 其余两套外控时恒为从机, 作为主机的子系统要送出转矩给定到其它三套子系统。主机选择必须于停车时在操作台上完成。

2 方案比较

变频调速有三种方式:VVVF (变压变频) 控制、开环矢量和闭环矢量控制。

VVVF (变压变频) 方式控制时, 异步电机在不同频率下都能获得较硬的机械特性线性段。

如果生产机械设备对调速系统的静、动态性能要求不高, 可以采用VVVF (变压变频) 带低频电压补偿方式控制, 其控制系统结构最简单, 成本最低, 风机、水泵等的节能调速就经常采用这种系统。

开环矢量方式是矢量控制系统中的一种结构简单的基本形式, 适用于单机传动的异步电动机用于各种从低到高动态性能的场合, 其调速范围为1∶10。

矢量控制时, 电机模型有两种:电流模型和电压模型.在低速时 (f<5Hz) 由于电机电压太低, 考虑到转子压降, 用电压模型很难计算准确, 所以采用电流模型相对要好一些;在f≥5Hz时, 由于电机速度已经起来了, 电机模型计算起来也比较准, 所以采用电压模型比较好。

对于开环矢量方式, 因为其速度是通过计算出来的, 在低速段模型计算精度差, 所以低速性能差。

闭环矢量控制时电机速度是通过PG实测出来, 所以无论是低速还是高速, 其模型计算都很准确, 其低速和高速性能比其它两种方式好。

工艺对倾动系统的要求主要有:

1) 系统响应快, 频繁起制动, 运行平稳, 起动无打滑, 停车无点头;

2) 系统能长期低速运行。

3) 尽量降低故障停产风险, 允许三台电机完成倾动操作。不会因一台电机故障造成倾动无法进行,

综上所述, 闭环矢量控制方式为此倾动系统的最优方案。

3 起制动

由于转炉属于重载起动或满载起动, 而且其转动惯量较大, 为防止起、制动时损伤机械设备, 造成人身和设备事故, 所以要求电动机在起动时有足够大的起动力矩和足够大的过载能力, 使倾动系统起制动平稳, 也就是说起动无打滑, 停车无点头。

起动时, 推动摇炉手柄 (手柄摇动时输出连续模拟信号) , PLC系统接到信号后, 如果其他条件具备, 则立即通过Profibus向变频器发使能信号和速度给定、方向信号, 使电机力矩建立起来, 延时发松闸命令。这样就可以保证转炉起动时避免打滑。

停车时, 当变频器检测到电机的速度≤3%的额定速度时, 向PLC发零速信号, PLC接受到电机的零速信号时, 立即发抱闸命令, 延时取消控制器使能。

这样就可以保证转炉停车无点头。急停时, 立即发抱闸命令, 延时取消控制器使能。

4 负荷平衡

倾动控制系统中负荷均衡是长期以来一直困扰工程技术人员的问题。用四台变频器分别驱动同轴的四台电机时, 要保证以下两点:

1) 四台电机运行速度一致;2) 四台电机输出转矩平衡。

四台电机由于机械同轴, 所以其运行速度必然一致。

对于四台电机输出转矩平衡, 在设计时我们是这样考虑的:在四套子系统中把其中一套作主机, 采用速度、转矩双闭环矢量控制, 主机的速度给定由PLC给出;其它三套子系统作从机, 只有转矩闭环控制, 其转矩给定来自主机速度调节器输出, 也即主机转矩给定。这样, 整个倾动系统只有一个速度环, 从而保证了倾动速度稳定。

作为内环的转矩环的给定是一致的, 按闭环矢量控制方式进行控制, 这就保证了各台电机输出转矩基本一致。系统控制原理图如图1。

当然, 由于四套系统转矩环和电机参数和特性并非完全相同, 实际转矩瞬间的微小差别还是存在的, 但大致相等, 各电机的负荷均衡率达97%。通过机械的耦合作用, 能保证系统稳定协调运行。实际运行中各电机转矩情况如图2。

5 防故障冗余

必须尽量减少转炉倾动系统因故障造成的停产, 防止无法倾动造成的炉内钢水发生凝固现象。对于本系统, 为保证在一套子系统 (包括电机) 故障或损坏时仍能可靠运行, 软件上采取了如下预备措施:

1) 在四套子系统中预留2套主机子系统, 一用一备。当正在工作的主机系统发生损害或故障后, 应通过操作台上的Profibus网、PLC系统和相应开关, 将备用主机及时切换成主机工作模式, 各个子系统也随之变化转矩给定源, 用作新主机从机。

2) 运行过程中, 即使从机系统的任意一套发生损害或故障, 其它三套系统仍然可以维持原有的工作状态。

3) 如果两套系统发生无法排除的损害或故障, 应及时终止变频调速倾动系统的工作状态, 以免发生电机烧毁现象, 改为工频旁路回路进行供电, 保证紧急状态下也能维持倾动。

6 软件实现

本系统的闭环矢量控制通过选择西门子公司6SE70系列变频器中相应参数菜单, 调整部分参数实现, 而合闸开车、故障处理、内外控及主机切换逻辑均通过6SE70变频器中自由功能模块组合实现。

7 小结

系统自投产以来由于技术先进, 系统运行可靠, 调速精度高, 故障率少, 故障查找简单, 维护方便、生产效率高, 取得良好的经济效益和社会效益。

摘要：介绍了矢量变频调速技术在炼钢转炉倾动传动系统中的应用, 并论述了系统的方案选择、硬件配置、起制动等, 着重介绍了多电机驱动倾动装置时的负荷均衡方法。该系统配置合理, 可靠性高, 运行稳定。

关键词：转炉倾动,负荷平衡,矢量控制

参考文献

[1]陈伯时, 陈敏逊.交流调速系统.机械工业出版社.

120吨转炉倾动与氧枪控制系统 篇6

1 转炉倾动与氧枪系统工艺介绍

120吨转炉倾动采用全悬挂式传动系统。工作原理为四台电机同时驱动, 拖动一级减速机和二级减速机, 二级减速机与转炉驱动端耳轴连接, 将转炉炉体进行360o旋转, 完成出钢、倒渣、兑铁、测温、取样等工艺流程。

氧枪通过升降装置将氧枪停在转炉熔池上方, 将高速动能的氧气吹入转炉熔池, 主要完成转炉顶吹氧气及氮气, 从而完成钢的冶炼和溅渣护炉的任务。

2 倾动控制系统

转炉倾动控制系统由四台西门子6RA70系列数控器组成, 四台数控器采用一主三从的工作模式, 一台数控器被设为主传动工作模式, 其他三台数控器工作在从传动模式。主传动数控器以速度/力矩工作模式工作, 主传动数控器通过选择开关对两台数控器进行选择作为主控制器, 并将数控器内数据组分为两组, 主从数据组自动切换。转炉上位机PLC系统通过数控器端口对主数控器进行给定速度, 主数控器发送消息通过光纤环网至数控器其他三台从机, 内容包括主机运行转速、力矩及运行指令等, 从机利用Simolink光纤环网与主传动数控器连接, 从而实现与主传动的速度和力矩分配的任务[1]。主数控器通过编码器反馈形成速度环, 数控器设置参数形成电流环, 构成双闭环控制系统。

转炉倾动通过控制字的方式对数据给定, 数据组1为通过PROFIBUS通讯对CB板进行控制, 数据组2为主数控器利用SIMOLINK光纤通讯对其它三台数控器进行交换数据信息。6RA70数控器数字量输出端子46、47与端子48、54可输出24V电压, 两对端子外接两个继电器, 为低速检测继电器K16和力矩检测继电器K17。如图1, P373.001=20低速检查信号, P374.001=1低速检查的滞环, 输出状态字1第十位, P771=0120连接状态位, 驱动内部放大器, 端子46输出24V电压。倾动速度下降至20%额定转速时, K16继电器通电闭合, 制动器进入制动状态, 倾动电机提前进入制动状态, 避免转炉炉体停止不稳定。如图2, P590=117修改为电枢电流设定, P591=0实际电枢电流为零, 差值结果经绝对值运算, P388=20, P389=2差值结果大于20并时滞2秒后延时发送到状态字1的第八位, P772=0116连接状态位, 驱动内部放大器, 端子48输出24V电压。数字量输出端子48、54外接力矩检测继电器K17, 电枢电流达到20%额定电枢电流时, 抱闸进入打开状态, 力矩检测的作用是直流电机建立一定的力矩时, 抱闸才能打开, 否则转炉炉体会下滑, 系统不稳定, 容易发生人身伤害事故。

3 氧枪控制系统

氧枪的高度检测采用与电机减速机相连的绝对值编码器进行位置检测, 将氧枪的高度值传送给S7-400PLC控制装置, 并与氧枪的实际要求的位移设定值进行比较, 之后向数控器输出控制给定转速值, 数控器内部进行速度环、电流环调节后作用于电机, 氧枪提升或下降, 绝对值编码器采集的位置信号反馈至PLC给定位移值, 实现位置随动系统。氧枪位置随动控制系统, 数值精确高、性能稳定, 定位精度小于2cm, 满足氧枪升降装置的工作要求。

绝对值编码器检测的格雷码, 相邻两个码值只有一位不同, 具有数据唯一性, 计数准确, 安全可靠, 不容易发生错误。在PLC控制的氧枪定位系统中, 必须将编码器检测出来的格雷码转换为二进制的BCD码[2]。转换方法有两种:一种是查表法, 根据一个格雷码对应唯一的BCD码, 进行查表;第二种方法是公式法, 根据卡诺图公式对格雷码进行二进制转换。本设计主要从卡诺图公式法对格雷码转换。

BCD码:Bn-1、Bn-2、Bn-3、Bn-4……B2、B1、B0

格雷码:Gn-1、Gn-2、Gn-3、Gn-4……G2、G1、G0

PLC通过公式法, 将格雷码转换为二进制BCD码, 运算方便、效率高, 解决了西门子PLC数值转换的问题。

4 氧枪事故抬枪

当氧枪供电系统异常掉电时, 氧枪可能正在吹炼, 氧枪在冷却水供应不足的条件下, 容易发生烧损氧枪的故障, 急需氧枪上升。氧枪系统增加另一路变压器供电系统电源, 当氧枪供电系统掉电, 可通过操作刀闸开关, 切换到另一路变压器供电电源, 电源直接供给氧枪系统, 经过事故操作开关, 氧枪上升到上位, 体现了氧枪控制系统的安全性。

5 上位机控制系统

转炉倾动与氧枪控制系统通过编程软件STEP7V5.5软件和组态软件WINCC 7.0来实现的, 通过下位机组态软件STEP7 V5.5编写控制程序, 将控制程序下载到PLC控制器中, PLC根据检测到的设备输入状态, 通过控制程序执行具体操作。在主控室可以操作现场设备, 重要过程值的归档、趋势显示、报警以及查询都是通过上位机来实现的。

6 结束语

本文给出了转炉倾动与氧枪系统的控制方式, 并对传动内部参数进行分析, 保证转炉倾动系统的稳定性和氧枪系统的定位精确性。实践证明, 竣工后的120吨转炉各方面运行状况良好, 满足系统要求。

摘要：本文针对包钢120吨转炉倾动与氧枪控制系统进行设计, 转炉倾动控制系统采用西门子6RA70全数字直流调速装置, 并对开关抱闸进行分析。氧枪控制系统构成位置闭环控制系统, 位置反馈采用公式法实现雷格码转换, 介绍了事故抬枪的方法 ;控制系统采用PLC S7-400系列与wincc7.0组态软件相结合, 实现了对现场整体设备的自动监控。

关键词：倾动,氧枪,传动

参考文献

[1]闫金凯.转炉倾动电机协调控制技术研究[D].北方工业大学, 2010.

转炉倾动装置 篇7

关键词：转炉倾动,挡座系统,异响

0 引言

目前全世界炼钢厂运行有不同形式的转炉, 其中按转炉炉体与托圈之间的定位方式划分, 有托圈上部三点球铰支撑+挡座式转炉、托圈上部耳轴两点支撑+挡座式转炉、钢丝绳吊钩支撑+挡座式转炉、弹簧板吊挂+挡座式转炉、炉体下悬挂支撑+挡座式转炉、垂直与水平双球铰拉杆+导向座转炉等。

以上形式转炉在倾动时, 只有无挡座的双球铰拉杆+导向座转炉 (VAI专利技术) 不会产生异响, 而只要是挡座式转炉, 在使用一段时间后, 由于转炉不规则热变形, 托圈上挡座和炉体上挡座之间会产生一定的间隙, 使制动塞垫逐步脱落, 使转炉在倾动时, 在炉体对挡座的强大冲击下, 发出很大的异常响声, 这对转炉设备运行安全会产生严重隐患, 同时在转炉连续生产过程中, 不得不频繁停炉, 钢厂维修工利用其短暂间隙, 冒着高温和热辐射, 在狭窄危险的高空作业区, 对炉体与托圈挡座间隙进行塞垫和焊接紧急处理。长期以来, 如何减小和消除转炉倾动时的异响以及缩短相应处理时间, 成为有待钢厂技术人员解决的转炉最大难题之一。

1 三点球铰支撑转炉异响分析

1.1 三点球铰支撑转炉

如图1所示, 三点球铰上支撑转炉曾经为国内最流行的转炉结构, 现仍有不少三点球铰转炉在国内钢厂服役, 源自宝钢20世纪80年代从日本新日铁引进300 t转炉。主要由炉体、托圈、倾动装置、轴承座、托圈上部球铰支撑, 以及托圈上、下部防倾挡座等组成。炉体通过三点球铰支撑装置与托圈连接, 并利用防倾挡座使炉体与托圈径向定位。托圈两端耳轴支撑在轴承座装置上, 通过倾动装置驱动, 使转炉正反缓慢转动, 逐一完成兑铁水、摇匀、出渣和出钢等冶炼操作。转炉倾动力矩通过扭力杆装置的扭力杆扭转弹性变形平衡和缓冲, 并将其转换为拉压负荷传递给扭力杆轴承座地基。整个转炉重量均由耳轴承担, 耳轴负荷为低速重载及频繁启停制动, 工作条件恶劣, 耳轴支撑轴承经常处于局部工作状态, 而托圈在高温、重载下会产生耳轴轴向伸长和挠曲变形, 耳轴在轴向有伸缩并发生偏转[1], 因此传动侧耳轴轴承座支撑是固定的, 而非传动侧耳轴轴承座支撑是浮动的。

1.2 三点球铰支撑转炉托圈与炉体连接特点

托圈与炉体的连接为球铰支撑及防倾挡座构成。在图2球铰支撑机构中, 炉体法兰焊接在炉壳上, 2个球面块合对分别安装固定在炉体法兰开孔中。支座焊接在托圈上, 销轴安装在托圈支座孔内, 并与吊挂螺栓铰接。2个球面垫装在吊挂螺栓上, 分别与2个球面块贴合。吊挂螺栓的螺母拧紧时, 就将托圈与炉体连接为一体。当炉体径向热膨胀时, 吊挂螺栓绕销轴摆动, 同时吊挂螺栓上的球面垫沿固定在炉体法兰上的球面块滑移错动, 使销轴中心线与球面垫中心线由原重合状态改变偏离x距离, 以适应其炉体热膨胀。

图2的3个球铰支撑位于托圈上方, 对称出钢口成120°圆周均布。

在图3防倾挡座中, 防倾挡座对应炉体和托圈部位成对焊接, 其中托圈挡座分别焊在炉体挡座的两侧, 托圈挡座与炉体挡座之间两端的间隙中, 分别插入塞垫, 并点焊固定。图3的3~4组防倾挡座分别位于托圈上、下方, 其中防倾挡座在托圈上方3组的位置分别是出钢口一侧、耳轴的固定端和浮动端, 在托圈下方4组分别对称布置在耳轴的两侧。

这种球铰支撑+防倾挡座连接结构能有效地在360°旋转范围内支撑炉体, 利用双球面机构来吸收炉壳相对于托圈的膨胀, 其特点为:三点球铰上支撑, 刚性过约束支撑吊挂系统。

1.3 三点球铰支撑转炉异响分析

转炉在任意角度下停止倾动时, 它的全部重量W都可以分解为与转炉炉体中心线平行Fn和垂直Ft两个分力。从图4转炉倾动受力分析中可看出, 与转炉炉体中心线平行分力Fn使炉体沿托圈平面垂直方向窜动, 这个力由三点球铰支撑来承受, 与转炉炉体中心线垂直分力Ft使炉体沿托圈径向方向移动并产生偏转力矩, 这个力和力矩由防倾挡座装置来平衡[1]。

从三点球铰支撑转炉托圈与炉体连接特点可以看出, 球铰支撑的螺母拧紧力至关重要:不能太大, 也不能过小, 螺母拧紧力太大, 吊挂螺栓上的滑移球面垫与炉体上固定球面块之间摩擦阻力就大, 甚至发生合配球面之间的咬合, 失去自适应炉体热膨胀的作用 (此外, 球铰支撑的上、下两球面垫的制造和安装不同心, 径向偏摆受阻, 球面垫与球面块之间润滑不良等, 也会增加摩擦阻力或产生胶合) ;螺母拧紧力过小, 炉体与托圈平面垂直方向产生窜动, 制动垫板之间产生摩擦, 使制动塞垫逐步脱落, 形成间隙, 导致转炉倾动时, 炉体挡座与托圈挡座之间产生强烈冲击及声响。此外, 螺母拧紧力过小, 还会导致吊挂螺栓所承受的冲击力加大, 同时又使得双球面支撑结构球面错动量加大, 甚至在吊挂螺栓截面系数变化较大的根部形成应力集中而断裂, 造成更大的生产事故。

我们知道, 转炉在高温和频繁启停冲击重载生产过程中, 球铰支撑机构的螺母与吊挂螺栓之间连接螺纹副所形成的拧紧力会不断变化, 需要定期进行拧紧调整, 而在高温和热辐射, 狭窄、昏暗而危险的托圈上高空作业热区进行球铰支撑螺母的合理拧紧, 以及对炉体与托圈挡座之间间隙进行快速塞垫和焊接固定处理谈何容易。

即使在托圈和下炉体挡座制动托架中间增加垫板[1] (如图5所示) , 可能会改善因球铰支撑螺母松动或吊挂螺栓拉伸变形, 以及炉体沿托圈平面垂直方向的窜动, 但还有以下因素, 以及炉体与托圈挡座之间仍会产生间隙:由于挡座垫板为多层薄板, 经受压后薄板间隙消除, 导致在挡座间产生间隙;炉体挡座两边有6°的斜角, 炉体的热膨胀会产生间隙;受载后垫片、挡座等由局部屈服和变形产生间隙;转炉倾动过程中挡座面的磨损产生间隙;由于挡座之间的不断正反重荷冲击, 在炉体挡座两侧的托圈挡座焊缝强度逐步减弱或塑性变形, 并使挡座反向滑移, 形成岔口间隙 (该点为球铰支撑转炉防倾挡座致命缺陷) 等。

从以上转炉结构分析以及大量生产实际观察, 我们可得出三点球铰支撑转炉异响声源产生原因如下:1) 倾动过程中, 双球面支撑结构球面之间错动卡阻发出异响;2) 倾动过程中, 球面支撑机构螺母未拧紧, 炉体与托圈平面垂直方向产生窜动, 使挡座制动垫板之间产生摩擦异响;3) 倾动过程中, 托圈上部挡座间隙使得炉体和挡座产生冲击异响, 托圈下部与炉体挡座联结螺栓松动及挡座间隙也会产生异响;4) 倾动过程中, 炉体变形导致裙板稳态变化发出的异响。

对于上述转炉异响的根源分析, 第1) 条为转炉倾动过程中, 炉体和托圈之间会有弹性变形, 该变形会造成双球面支撑结构球面错动, 由于双球面接触面的不均匀 (为非标加工) , 重载下的接触会造成局部胶合卡阻, 使得错动过程中发出异响, 该条只有靠球面支撑机构自然跑合来消除。第2) 条和第3) 条是最危险的, 需要用户在转炉使用过程中加以重点关注, 也是设备维护的重点。

对于第4) 条炉体变形导致裙板稳态变化发出的异响, 其原因是炉体刚度大, 变形方向主要是沿径向和轴向, 同时倾动过程由于受铁水流动载荷, 炉体有椭圆变形。而裙板比较薄, 刚度小, 温度及变形受操作喷溅影响, 是不规则的, 而炉体与裙板的联结为过约束联结, 使得裙板有在转炉倾动过程中, 炉体变形导致裙板稳态变化, 有翘曲弹性变形而发出异响 (类似人踩在鼓突的薄钢板上会发出声响) , 该声响是无害的, 会随着时间而消失。

1.4 三点球铰上支撑机构及挡座存在的问题

综合三点球铰上支撑机构连接特点以及生产实际运行情况观察, 可得出该支撑机构及挡座存在如下问题:1) 吊挂机构为过约束, 在某些条件下会造成吊挂螺栓从根部折断。该机构本质上是一种摆杆、挡座组合的吊挂系统, 但该系统在联接系统自由度设计上有严重的过约束现象。摆杆螺栓本身自由度不足, 当挡座出现间隙时, 摆杆螺栓根部易出现冲击弯曲应力。2) 该球铰支撑的侧向 (或环向) 无偏摆功能, 不能适应炉体立体不规则热膨胀变形。3) 支撑机构位于炉冒段, 且被炉体裙罩遮蔽, 调整及维护困难, 冷却条件不好, 降低支撑机构的寿命。4) 转炉重心上移, 操作时转炉容易失控或溜钢, 操控安全性较差。5) 为达到转炉正力矩设计特性, 炉体底部需加配重, 转炉设备较重, 倾动功率加大。6) 由于挡座间隙形成炉体对挡座两单侧的反复正反重载冲击, 挡座焊缝强度逐步减弱, 并使两侧托圈挡座相对炉体挡座反向滑移, 形成岔口, 从而加大挡座间隙。另外, 反复重载冲击也会使刚度较弱的托圈挡座逐步产生塑性变形, 也易形成岔口并加大挡座间隙。7) 挡座间隙不断塞垫和固焊、挡座不定期加热补焊或更换等维护和调整作业, 会伤及托圈处理部位母材, 缩短托圈工作寿命。

2 三点球铰上支撑转炉异响预防措施

通过上述三点球铰上支撑转炉异响原因和机理分析, 可采用如下改进措施来减小或消除其转炉倾动异响:1) 根据上支撑三球铰的制造和安装情况, 合理确定球铰支撑的螺母拧紧力, 同时确认螺栓防松是否有效。为达到合理的拧紧力, 可在螺母与球面垫之间, 加装刚性足够大的碟簧片, 并在螺母与吊挂螺栓之间标注拧紧定位记号, 使3个球铰吊挂螺栓拧紧力相同且恒定。2) 支撑球铰的2对球面垫的贴合面均需加工一定的表面粗糙度, 防止因表面粗糙度过大, 增加摩擦或产生胶合。3) 下炉体挡座制动托架中间增加垫板, 改善因球铰支撑螺母松动或吊挂螺栓拉伸变形, 使炉体沿托圈平面垂直方向的窜动。4) 初始安装时, 托圈挡座与炉体挡座垫片之间必须保证零间隙, 因为经转炉倾动受压后, 薄板间隙消除, 自然会补偿热变形。另外, 挡座的垫片层不宜过多。在经倾动受压后, 薄板间隙消除所产生的间隙两侧相加不要大于5 mm, 否则需进行调整加垫 (垫片最好为不会脱落的特殊设计) , 即可消除异响。5) 从尽量加大托圈挡座的强度和刚度、设置炉体挡座两侧托圈挡座之间的刚性连接件入手, 使挡座在炉体倾动时, 始终处于封闭受力状态, 即可避免挡座岔口间隙和冲击。

3 结论

1) 只要转炉炉体与托圈之间的径向定位为挡座系统, 在生产倾动运行中, 由于转炉不规则热变形, 以及材质或结构热膨胀系数不同, 就会导致挡座静态结构之间相对滑移、摩擦、磨损及间隙, 产生不同的声响。2) 炉体沿托圈平面垂直方向的窜动, 以及挡座之间产生间隙、冲击和声响, 是三点球铰上支撑转炉自身结构特点所决定、不可避免的固有缺陷。为了避免这些缺陷, 可采用下炉体挡座制动托架中间增加垫板, 改善因球铰支撑螺母松动或吊挂螺栓拉伸变形, 使炉体沿托圈平面垂直方向的窜动。从尽量加大托圈挡座的强度和刚度、设置炉体挡座两侧托圈挡座之间的刚性连接入手, 使托圈整体挡座由一侧受力变为两侧同时受力, 受力由C形开口结构变为封闭的环形预应力结构, 同时挡座强度大大提高, 避免挡座岔口间隙和冲击。3) 三球铰吊挂螺栓拧紧力合理、相同且恒定, 托圈与炉体处于无间隙和无冲击定位是减小或消除三球铰上支撑转炉异响产生的关键。4) 周全的设计、合理的结构、优质的制造以及精心的安装, 能够最大限度地减小或消除挡座系统转炉在运行当中产生的异响。5) 将旧转炉三球铰吊挂支撑结构改造为下悬挂连接结构, 并合理布置和优化挡座数量。

参考文献

转炉倾动装置 篇8

转炉倾动系统有4台交流调速电机拖动, 通过刚性连接, 实现4台电机同步启动及制动, 带动转炉旋转。根据工艺要求, 转炉可在0.1～1.0 r/min之间进行倾动速度调节, 并在0°～±180°之间旋转。转炉在冶炼周期内, 主要的倾动过程为:兑铁水-加废钢-测温取样-出钢-倒渣。兑铁水和加废钢实由炉前操作完成, 倾动角度从0°逐渐变化到45°～90°, 使得废钢和铁水可以顺利加入到转炉中。测温取样主要由中控室来操作, 倾动角度从0°逐渐变化到90°, 以便于观察炉内情况和测温取样操作。出钢通过炉后台操作转炉向炉后倾动, 倾动角度由0°逐渐变化到-101°, 使炉内钢水倒入钢包后, 手动操作转炉向零位 (垂直位置) 倾动并停止在零位, 该过程执行时间约5 min, 危险性最大, 要求安全性最高。倒渣由炉前操作来完成, 在出钢完成后, 快速摇炉到-180°, 以便炉内渣倒至渣罐。转炉操作地点的操作权限由中控室决定。

转炉倾动系统属于重载, 倾动转矩大, 定位精度高, 控制难度大。在倾动过程中频率变化大, 4台电机驱动同一负载, 要求自动化控制系统的同步性和跟随性都好, 故而联锁条件较多, 同时也比较容易出现设备及人身安全事故。当1台或者2台电机出现故障停机时, 生产可以继续进行, 当有3台电机出现故障时, 转炉立即停止倾动。

2 控制系统组成

自动化系统采用Rockwell PLC, 控制器采用1756L62, 控制信号通过1756系列模块实现, 变频器通过ControlNet现场总线来和系统进行通信, 其典型控制系统图如图1所示。

3 PowerFlex755变频器特点

PowerFlex755变频器适用于各种高性能应用, 特别是需要高速电机控制性能, 安全关断功能及多功能集成应用的场合, 是一个高能性的解决方案。

外部接口具有多种网络通讯能, 且通讯选件均为DPI内置式。内置通讯选件包括DeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP、ModbusRTU、InterBus、Profibus、RS485 DF1/HVAC、RIO、Lonworks、CAN等多种其他厂商的开放式通讯网络适配卡。

保护功能有过电流、过电压、欠电压、缺相、变频器过热、变频器过载、电机过载、外部报警输入、通用熔断器熔断保护、逆变器出错、输出短路保护、输出接地、瞬间停电保护等, 而且所有参数、保护动作信号和故障信号要求可通过相应接口上传。

内置过程PI控制器:不需要一个额外的过程回路控制, 内部的过程PI调整器具有比例和积分增益调节、偏差反向以及输出限幅等功能。反馈可以组态成正常的或均方根函数。内置过程PI控制器在过程回路中减轻了PLC控制器的负担。

预先诊断功能:预先诊断功能帮助用户降低非正常故障几率和减少故障处理时间。

实时时钟功能:能更精确的知道故障发生的时间, 有利于故障排除。

内置DeviceLogix:允许根据不同运用而客户化变频器的控制, 单机控制更灵活, 通过变频器软件工具进行编程。

PowerFlex755变频器可以通过程序设置跟踪影响变频器冷却风扇和输出继电器以及电机和系统轴承寿命的信息, 并提供风扇和继电器寿命的估计数据、客户电机和系统轴承寿命的估计数据以及事先警示信号, 以避免非计划性停机。

4 控制方式

根据倾动电机的特点, 考虑到转炉的负载特性、变频器的过载系数和负荷平衡, 电气控制系统必须有足够的启动力矩, 以适应满载启动的要求, 启动须平稳, 频繁启动、制动时无冲击, 电气控制系统在低速甚至零速时仍需要有较大的力矩输出。

(1) 开抱闸控制方式。

在转炉倾动系统松开抱闸前, 必须要求电机能够提供足够的转矩, 让转炉在开抱闸后不至于产生回位动作和抖动, 因此系统抱闸松开前需要检测变频器的运行状态和输出电流。在达到了所需要的转矩要求时, 松开抱闸, 能保证倾动系统比较平稳的启动, 同时确保系统的安全性。

(2) 关抱闸控制方式。

如果在动作过程中, 突然关闭抱闸, 会导致整个转炉严重抖动。因此在转炉倾动系统关抱闸的时候, 是在系统速度接近0的时刻。如果关早了, 电机遇到阻碍, 转矩会增大, 就会出现电流过大的情况。如果关晚了, 转炉在速度已经为0的情况下, 没有了抱闸的作用, 将会由于重力的作用出现回位动作, 这是非常危险的, 因此应根据实际情况和转炉的速度来进行关抱闸的控制。

(3) 为满足符合平衡的要求, 这里考虑采用变频器主从的控制方式。

在4台变频器中, 选择合适的1台作为主变频器进行速度控制, 另外3台作为从变频器。主变频器的输出转矩作为从变频器的转矩给定进行转矩控制, 从而确保各变频器的出力平衡。当主变频器出现故障时, 可设置另1台变频器作为主变频器, 组成新的主从工作组, 按新的主从方式继续工作。设计中采用PowerFlex755变频器, 该变频器能够实现精确的电动机速度和转矩控制, 具有独立控制电动机磁场和转矩的能力, 在零速下仍能产生满转矩。该变频器在工作过程中的4台倾动电机的电流曲线如图2所示。

从图2可以看出, 在应用该变频器和上述控制方式后, 从变频器的电流跟随效果较好, 响应较快, 同时负荷比较均匀。

5 结语

该系统投运以来, 倾动变频器系统满足工艺要求, 取得了较好的经济效益和社会效益, 从运行效果来看, 系统一直稳定可靠运行, 负荷平衡效果较好, 提高了设备的使用效率。

摘要：通过介绍转炉倾动的工艺过程以及PowerFlex755变频器的技术特点, 提出了转炉倾动系统中采用PowerFlex755变频器的技术方案, 实现了倾动操作过程的顺利进行, 同时在应用过程中使用了负荷平衡技术, 使得转炉倾动控制平稳, 跟随性良好。

关键词：转炉,倾动,变频器

参考文献

[1]张西周.120t转炉倾动失控事故典型案例分析及措施[J].企业技术开发, 2011 (16)

转炉倾动装置 篇9

S120 是西门子公司推出的全新的集V/F、矢量控制及伺服控制于一体的驱动控制系统, 它不仅能控制普通的三相异步电动机, 还能控制同步电动机、扭矩电机及直线电机。 内部集成的DCC (驱动控制图表) 功能, 用PLC的CEC编程语言来实现逻辑、运算及简单的工艺等功能。 而此处应用的场合, 工艺方案要求转炉传动设备是由四台异步电动机共同配合工作的方案, 这种情况下, 各驱动电机之间需要保证相同的运行速度, 以及转矩的平均分配。 在广西某钢厂的转炉倾动系统中, 我们就是利用S120 变频器驱动电机实现工艺要求的倾动电机转速及转矩分配控制要求, 实现转炉倾动系统上的主从控制, 并监视倾动电机的电流、力矩、速度等运行状态。

1 控制系统配置

转炉倾动的传动系统属于全悬挂多点啮合柔性传动系统, 一般由四台电机通过减速箱同时驱动同一传动轴从而驱动转炉的翻转倾动, 所以主从控制采用一主三从的控制方式, 其中主机采用速度控制, 从机采用力矩控制。 四台电机的驱动设备都选用了西门子S120 变频器, 每台变频器配置一个CU320-2DP控制单元和CBE20 通讯模板, 如图1系统单线图所示的配置方案。 上位机配置的是西门子S400 系列PLC。变频器与PLC之间的数据通讯采用的是Profibus-DP协议, 主从变频器之间的数据通讯采用Profinet协议。 本次工程应用实践证实了这样的配置方案安全可靠, 主从控制易于实现、控制精度高、力矩分配平均、数据传输稳定。

2 主从控制方式

因为转炉倾动安全性要求高, 正常工作有一台或两台电机出现故障时要求能够正常工作至本炉钢冶炼结束, 所以我们在HMI操作画面增加主机选择主机按钮, 以增加灵活性, 当主机故障时我们可以切换主机以使本炉生产结束。 对于主机采用的控制方式是速度闭环控制, 我们根据操作工在摇炉时发出的指令, 通过PLC给主机变频器发出速度给定值及给定值的正负来控制摇炉的速度和方向。 对于从机采用的控制方式是力矩控制, 主机根据负载的变化及给定转速的要求将力矩平均分配给三台从机, 也就是三台从机接受主机发出的力矩给定, 以保证每台电机的出力及速度保持一致。 每台电机的控制参数都有主从两套参数, 我们通过变频器外部硬接线DI点, 在上位机上选择唯一一台主机。

在这次变频器的调试过程中我们用到了专门用于SINAMICS S120 的STARTER软件, 通过工控机与PLC的连接, PLC与变频器的连接, 我们直接可以在工控机上面对变频器进行组态、参数设置、在线监控、故障检测和复位, 提高了调试的效率、节省了大量的时间。

3 通讯方式

主从变频器之间通讯采用的SINAMICS Link, 采用的是通讯协议是Profinet。 Profinet是基于工业以太网技术, 使用TCP/IP和IT标准。Profinet响应级别是100ms的量级, 对于工厂级别的应用完全满足, 通讯速率快, 完全满足主从变频器之间控制字传输的要求。 主机变频器与上位机PLC之间的通讯采用标准的Profibus-DP现场总线。 变频器与外部通讯使用的是CU210-2DP模块。 每个模块有两个通讯通道, 一路为Profibus-DP通讯, 用于与PLC上位机通讯;另一路为SINAMICS Link, 用于变频器之间的通讯。

4 结语

结合本工程的实际应用情况来看, 西门子S120 变频器完全适用于炼钢转炉倾动系统, 相较其他变频器具有控制效果良好、配置简单方便、参数设置灵活等优点。 热试投产后, 转炉倾动系统的应用完全满足工艺和生产要求, 运行安全可靠、响应灵敏、维护方便, 达到了预期目标。

摘要：本文介绍西门子S120变频器在广西某钢厂转炉倾动系统主从控制上的应用, 并对控制系统组成、主从控制特点、通讯方式等进行简单的阐述。为今后同类场合的主从控制应用, 提供可参考的方案。

关键词：西门子S120变频器,转炉倾动系统,主从控制,通讯方式

参考文献

[1]西门子自动化驱动集团客户支持部, 传动装置调试STARTER[Z].2009.

[2]钢铁企业电力设计手册[M].冶金工业出版社, 1版, 1996.