转炉倾动装置

转炉倾动装置（精选7篇）

转炉倾动装置 篇1

一、概述

青钢1#80t转炉投产后已连续运行多年，转炉在生产时倾动装置(图1)产生振动，转炉倾动时，一次减速机与二次减速机机壳间的连接螺栓，二次减速机机壳大结合面的螺栓经常出现松动，导致减速机漏油，每周有一桶的泄漏量。更严重的是螺栓松动加剧了减速机轴承磨损、齿轮损坏，设备维护人员不得不花费大量精力对螺栓进行定期人工紧固。传统紧固方法工人劳动强度大且效果不理想，为防止倾动装置因螺栓松动而出现故障，需要定期点检和维护。2012年在1#80t转炉换烟道大修期间，对转炉倾动一、二次减速机结合面采用新型紧固优化技术，取得良好效果。

二、紧固优化技术原理

1. 传统紧固方法弊端与紧固优化技术优势

大锤敲击、人工扳扛、液压扳手等传统紧固方法完全由人的感觉判断，虽然能紧住螺栓，但螺栓究竟有多大的预紧力并不知道，因此各螺栓承受的预紧力不均匀，结合面获得的载荷也不均匀，密封性能大大下降。传统紧固方法通常都需要一个牢固的反作用力支点和防跟转扳手，由于螺杆在紧固过程中承受了扭力，扭转力引起的转动可能导致螺杆损坏，加之在扭转过程中，反作用力臂造成的偏载会损伤螺牙，使螺栓的整体性能下降。相反，紧固优化技术的实施，不但使传统紧固方法的弊端完全避免，而且实现了连接法兰平行闭合和螺栓载荷的精确预知。采用紧固优化技术实现连接法兰的平行闭合可避免密封垫圈因为螺栓紧固力量不均，而导致的不规则变形使密封性能大大提高，从而防止减速机、动力管网等泄漏的发生。

2. 紧固优化技术的核心

(1)拉伸达载荷技术(Stretch-To-Load)。人工用扳手紧固螺栓不知道螺栓的预紧力，而传统的机械或液压扭力扳手虽然也能表现出螺栓的预紧力，但紧固过程中需要防跟转扳手和反作用力力臂，紧固过程中存在偏载，螺栓螺母根部螺牙极易变形，紧固的预紧力误差较大，紧固优化技术采用特制的拉伸垫圈(图2)，即拉伸达载荷技术，可实现螺栓预紧力的精确预知。采用紧固优化技术紧固螺栓，操作过程中不需要反作用力臂和防跟转扳手，垫圈内部带有紧配的螺牙环与螺栓螺纹相连接，安装在普通螺母下面，其材料与普通螺母的材料一致。

在进行螺栓的紧固时，紧固专用一体式驱动器(图3)套在垫圈及螺母外面，驱动器握住拉伸垫圈的同时转动螺母，而垫圈既与法兰面接触，又能握住螺栓使其不能旋转，一体式驱动器将反作用力支点包含在内，可避免偏载造成的扭矩损失。在螺母上喷上MoS2润滑剂，螺母和垫圈之间的摩擦力得到控制，进一步转动螺母时，螺栓就能轴向拉伸，同时垫圈内部的螺牙随之沿轴向上移，从而扭矩能精确地转为拉伸力，如同双并螺母形成防松效果。在已知被紧固螺栓的性能等级后，通过一体式驱动器液压驱动系统的压力匹配计算，可以精确地达到预设的紧力。

(2)同步紧固技术(Simultroc Technolagy)。所谓同步紧固技术就是使法兰上所有的螺栓同时获得等值的载荷，如紧固优化技术中的四同步系统即为将连接在一台液压泵站上的四部或多部驱动工具均匀对称的安放在法兰上，由泵站输出相同的压力到工具上，工具会以相同的预紧力同时紧固法兰(图4)。这样法兰上的每一个螺栓都会在相同的载荷下，取得相同的拉伸长度，最终确保配对法兰的结合面尽量平行，不翘边、不伤密封垫，中间的密封垫圈圆周上获得相同的压缩量，这样密封垫更加均匀，实现法兰的平行闭合，最终达到优良的密封性能，不致发生介质的泄漏。

三、80t转炉倾动装置紧固优化技术的实施

1. 螺栓、螺母及拉伸垫圈的选取

80t转炉倾动装置一次减速机小箱与二次减速机机壳间法兰连接螺栓，原来为单头螺栓M30×120mm (GB 5782—1986) , 每个小箱15个;二次减速机机壳大结合面连接螺栓为双头螺栓M36×240mm (GB901—1988) , 数量为38个, M56×530mm (GB 901—1988) , 数量4个。要想实施紧固优化技术, 必须重新选取螺栓和螺母。

首先根据两处紧固法兰结合面螺栓的结构选取合适的拉伸垫圈，一、二次减速结合面法兰处选取SD-M30-3.5型垫圈，每个小箱15个，总共60个，垫圈高度为22.6mm;二次减速大结合面处选取SD-M36-4型垫圈38个，垫圈高度25.5mm, SD-M56-5.5型垫圈4个，垫圈高度30.7mm。然后根据所选拉伸垫圈确定配套螺母。SD-M30-3.5配套螺母为M30×3.5mm，高度为25.6mm，数量60个，GB 6170—1986;SD-M36-4配套螺母为M36×4mm，高度31mm，数量76个，GB 6170—1986;SD-M56-5.5配套螺母为M56×5.5mm，高度45mm，数量8个，GB 6170—1986。

最后，根据垫圈和螺母的高度及紧固部位的结构尺寸选定螺栓的规格和长度及性能等级。一、二次减速连接法兰原先用的为单头螺栓，即通过单头螺栓把一次减速法兰连接在二次减速机机壳上，要想在此处实施紧固优化技术必须改用双头螺栓。经计算，选用M30×3.5mm×180mm的双头螺栓60件(GB 901—1988)。

二次减速大结合面原先用的就是双头螺栓，因此只要把长度定下来即可，经过计算，两种螺栓选为M36×4mm×240mm38件(GB 901—1988)和M56×5.5mm×530mm 4件(GB 901—1988)。至于性能等级，由于二次减速大结合面受力大、振动剧烈，应选用高强度螺栓螺母，两种均选用10.9级。一次减速法兰螺栓直接拧在二次减速机壳上，为了在紧固过程中防止机壳上的螺纹被拉伤，故此处选M30的螺栓螺母，选用8.8级。

2. 螺栓预紧力的确定

紧固螺栓所需的预紧力安装紧固惯例，一般按照螺栓屈服强度的80%确定，80t转炉倾动需紧固的3种螺栓M56×5.5mm×530mm (10.9级)、M36×4mm×240mm (10.9级)、M30×3.5mm×180mm (8.8级)屈服强度分别为900MPa、900MPa和640MPa，因此3种螺栓最终达到的预紧力分别为720MPa、720MPa和512MPa。

知道了螺栓的预紧力，通过预紧力、紧固扭矩和泵站压力的转换计算，可精确确定液压扭矩拉伸机的操作压力。计算后相关螺栓螺母汇总结果见表1。

3. 实施方案及操作步骤

将转炉二次减速机打开，由维修人员将结合面清理干净，专业工程师检查密封面情况。转炉二次减速机密封面及一次减速机与二次减速机相连密封面检查并清理完毕后，维修人员负责将密封面合拢，安装螺栓。

在设备螺栓都安装到位之后，根据专用计算软件计算的预紧力紧固设备上所有螺栓。对所有螺母的接触平面及内螺纹，用TS-801润滑。

在位置1～4(参照图4)安装4颗旧螺栓，用液压扳手带反力臂形式拧紧，将法兰面对中拉紧，消除结合面间隙。将新螺栓及拉伸垫圈安装在其余螺栓上，用手预拧紧拉伸垫圈及螺母。在与1～4位置相邻的4个螺栓处放置液压扭矩拉伸机，以同步方式对4个螺栓进行锁紧，设定扭矩输出为60%。

拆除所安装的旧螺栓并安装上经过润滑的新螺栓及拉伸垫圈，并用60%扭矩紧固位置1处的螺栓。用60%的扭矩依次紧固剩余螺栓，采用向两侧同步扩散的方法来紧固剩余的螺栓。再用110%的扭矩依次紧固所有位置的螺栓。最后用100%的扭矩，顺时针检查所有螺栓，确定所有螺栓无法转动为止。施工过程中使用的部分工具见图5。

四、效果

青钢1#80t转炉倾动装置采用螺栓紧固优化技术进行处理后，设备经过近5个多月的运行效果良好。设备漏油得到根本解决，以前基本每周需补充220#齿轮油一桶，按每桶3600元计算，一年可节省油品费用18.72万元。

维修钳工劳动强度大大降低，以前每周要安排至少2名钳工对转炉倾动装置螺栓至少紧固2次，采用优化技术处理后基本不再用人工紧固。降低了点检工作压力，现在只要正常的岗位点检和专业巡检就可解决问题。设备预期使用寿命得到延长，螺栓不再松动大大增加了设备的可靠性及运行稳定性，降低了设备故障发生的概率。紧固优化技术经实践检验，确实对设备稳定运行提供了保障，设备可靠性得到很大提高。

炼钢转炉倾动控制方案 篇2

本系统采用5台变频器，4(1号～4号)用1(5号)备。其中5号变频器没有连接编码器。5台变频器中的1号和2号既可以为主也可以为从，主变频器有速度环和电流环控制，从变频器只有电流环控制。1号和2号的主从切换通过画面上的选择开关实现;装置的切除与备用也由画面上的选择开关实现。此外，在紧急情况下，系统还能实现3台电机运行。

此方案的优点：由于1号和2号装置都连接有编码器，因此无论哪一台装置做主，系统总能实现双闭环控制，从而保证了控制系统的精度及可靠性。主从选择、切除/备用选择、电机选择都可以再画面上实现，传动柜上只需要操作一下双电源切换开关，操作非常简单。4台变频器中任何一台有故障，都可以由5号代替，同时不改变系统控制方式(双闭环，主从控制);4台电机中任何一台有故障，紧急情况下还可以3台电机运行，控制方式十分灵活。

2 传动控制

PLC系统采用Profibus—DP协议与5台变频器相连，5台变频器之间则通过SIMOLINK光纤电缆相连构成环网。SIMOLINK环网中每台变频器有主从功能，SIMOLINK环网中主站可以接收和发送报文，并且可读写其所含信息,从站只能接收电报，不可能去处理其中所含的信息。SIMOLINK通讯网卡24 V电源由PLC柜内不间断电源供电。这样，即使本柜变频器在备用状态不工作也不影响SIMOLINK环网通讯。

在传动装置上设定“主———从”方式，确定主传动装置，通过脉冲编码器引入速度反馈信号，设置公用的速度调节器，将主传动的电流调节器的输入信号同时输出到三台从装置的电流调节器中，由于电流调节器的输入信号是相同的，其输出也相同，故4台电动机可保证在等同的负荷下运行，从而保证了运转设备的平稳性和负荷的均衡性。

5台装置与PLC之间通过PROFIBUS—DP网连接，每台装置通过网络接受启停命令、主从指令和速度给定，并将设备的运行状态传送给PLC;5台装置通过SIMOLINK光纤网连接成一个环形结构，实现“一主三从”的控制思想，完成主/从设备之间的数据通讯。

1号和2号装置的主从切换由PLC发送过来的控制字2实现;电流环给定由参数P500接入，1号装置接收2号装置的给定，2号装置接收1号装置的给定。3#、4#和5#装置不再切换主从，只根据PLC发送过来的1#和2#装置的主从状态在SIMOLINK环网上选择给定的源。

3 抱闸控制

这里抱闸控制指的是抱闸的松闸时间控制,因为转炉倾动什么时候松闸很重要，松闸时间太早，而装置力矩还没有建立起来时就会出现转炉溜炉的可能，那将导致非常严重的事故。因此松闸的时间由装置和PLC共同参与控制，在装置内部进行力矩判断，只有在力矩建立起来的情况下才允许松闸;PLC程序中对装置的工作状态、电源合闸状态、主令控制器是否在零位等诸多条件进行判断。在系统停止后转速下降至一定的数值时抱紧。同时通过延时控制，避免了出钢过程中，从正向到反向的主令过零位时的抱闸误动作，大大提高了系统的快速响应性和可靠性。

图一是抱闸与电流、转速的关系。曲线1是电机转速，曲线2是电机电流，曲线3是抱闸状态，曲线4是转速给定。从曲线上我们可以看出，转速给定发出后，只有在电机电流达到一定值时，抱闸才打开。而转速给定降为零后，当电机实际转速降到一定值时，抱闸立刻夹紧。

4 PLC控制

PLC主要任务包括：操作台的选择;速度给定的处理;与装置的通讯处理;装置主从选择及备用装置的投入与切除;装置启停控制;抱闸控制;倾动相关电气联锁;故障状态报警及电流、力矩等数据采集。

为了增加系统的快速响应能力，倾动系统在就绪(选台)时，就由PLC向变频器发出运行指令，此时变频器将在电机中建立磁场。

5 常见故障处理

由于传动装置可以将现在发生的故障及故障信息通过DP网发给PLC，因此在故障发生的第一时间，操作工就能通过画面了解到这些信息，并做出相应的处理。

故障的处理分为轻故障和重故障两种方式。对于不影响安全生产的轻故障，可以选择在操作台上通过按钮进行复位或者在画面上进行复位，然后继续运行。对于有可能影响安全生产的重故障，则需要将该装置脱离生产，操作工可以在画面上选择切除故障设备。如有需要可将备用装置投入，同时将发生故障装置的输出侧双电源转换开关转到备用装置侧。发生故障装置会被PLC断开进线交流接触器，封锁启停，从而与运行设备完全脱离。

此种控制方式实现了多台装置控制同轴设备时的同步性和可靠性，操作简便，能及时应对突发故障，保证生产的连续性，便于设备维护。

摘要：主要介绍了某炼钢厂转炉倾动系统的控制方案,此方案在该炼钢厂已经运行多年且状态良好。

有关大型转炉倾动控制问题的研究 篇3

多传动控制系统适用于传动功率较大并且有多台装置互有备用性切换需求的生产机械。该系统的组成特点是:机械系统为一体化结构或带有连轴环节的组合结构;电气系统由一组供电回路相对独立、控制信号相互关联的传动装置组成。该系统的运行特点是:由于传动装置的设计容量足够大,所以当任意一台传动装置出现故障时,系统都可以不间断地完成某种特定的操作。鞍钢260 t转炉倾动传动控制系统即为这类传动系统的典型代表,也是本文的主要研究对象。此转炉是当时国内同类设计吨位最大的转炉。与小吨位(小于180 t)转炉装置相比较,这种大吨位转炉的炉体转动轴位于炉体中部,整个炉体按360°旋转设计,要求传动方面采用正力矩控制。根据炉体的诸多结构特点,本设计在多传动装置的配置上采用主从控制连接方式,与传统小吨位转炉的传动控制相比较,具有以下控制特点:

(1)采用主从控制连接,使各传动装置的输出电流能够得到相应的平衡,以便更好地克服传统的并联控制连接引起的系统出力不均衡问题;

(2)炉体的转动控制因倾动装置的自身特点而使得控制方式相对于一般传统控制要复杂的多,需要缜密的逻辑控制思维和更多安全方面的考虑,同时还要进行传动方面的多重补偿。通过本研究,我们找到了一种能够缓解现存传动力矩与炉体不匹配的方法,同时对可能产生的传动系统逆变颠覆实施了保护。

1 系统组成

1.1 转炉倾动机构组成

转炉倾动机构的对象主体设备是转炉炉体,主要由炉壳、托圈、耳轴和轴承座等组成。其中托圈部件、炉体与托圈的连接装置、支撑托圈部件的轴承和轴承座构成了转炉的支撑系统。托圈是连接炉体与传动电动机的重要部件,它的功能是将电动机的传动力矩传给炉体,使其倾动。

本设计采用的传动装置配置为:传动电动机采用4台ZZJ-814p型直流电动机,440 V/224 kW;传动装置采用4台6RA70变流装置。

1.2 传动控制系统组成

传动控制系统的4台变流装置采用主从控制连接方式,其相关配置见图1。

具体操作如下:系统控制及主给定操作指令由S7-300可编程控制器通过Profibus传输给主传动装置,而后通过装置之间的快速传输模块Simolink将主传动装置的外环调节器——速度调节器的输出信号分别传输到其他3台从传动装置的内环调节器——电流调节器的输入端,使得4台传动装置的输出电流都能够同时跟踪同一电流控制值,确保4台装置在传动过程中的电流平衡。多传动控制系统的另一种配置方式是并联控制连接,这种连接与主从结构的不同点在于,各装置的调节器之间彼此独立。由于没有电流环节的偏差调节,系统在跟踪同一速度给定控制值时势必造成各装置出力的不平衡,有时不平衡电流值差异很大。实时运行结果表明,采用并联控制连接的系统时常会在较大的不平衡电流产生时出现电动机的过电流,甚至烧毁电动机。

2 存在问题及分析

2.1 传动转矩不稳定

由于转炉为单臂悬挂式结构以及钢水的流动性,因此转炉在转动过程中力矩的动态分布不稳定。空载调试时系统(包括装置和炉子)曾出现过一次大范围的振动现象,根据现场勘查及分析认为这一振动现象源于1台电动机运行在发电状态的结果。在以后半年的试生产阶段中,虽然这种大的振动现象没再出现过,但是系统的电流波动幅值很高。通过对系统在转炉带钢运行下进行的参数调整,发现本系统的电流超调控制与炉体的振动关系不符合常规控制,即传动系统的电流波形稳定时,炉体有时振动较大;炉体稳定时,电控系统的电流波形波动较大。分析其可能的原因是由于机械系统转动惯量较大,同时转炉在带钢旋转过程中重心的不断变化迫使传动系统必须快速跟随,因此形成了较大的电流波动。如果采用强制手段控制系统稳定,则势必造成传动力矩不够大而引起炉体的振动。表1所示的是4台变流装置在转炉带钢运行至54.54°时的电流操作记录,从表1中可以看出:4# 装置的电流变化与其他装置的电流变化在415 ms内大约有600 A的偏差。在实际运行中,还偶尔会出现这种极端状况—— 1台变流装置的电流值是其它3台变流装置电流值的10%左右。分析上述装置载流量的不均衡性,其主要原因应源自于炉体托圈结构与4台电动机的配置之间存在着不匹配问题,或者因为炉内钢水的振动引起某一位置某台电动机与炉体托圈的扭矩相悖,从而使得该装置不能正常输出电流,导致其值低于其他3台装置。

2.2 系统瞬间过电流

运行中系统偶尔出现装置回馈侧爆快熔的现象。根据空载调试与试生产阶段的系统数据调整以及电流记录分析,认为产生这种现象的原因是该装置在电动操作运行指令下被炉体倾动机械强行拖入发电制动状态,而使装置产生逆变颠覆,这一点可以从表2得到证实。

这是一组瞬时兑铁操作时传动装置的电流变化数据,从中可以看到炉体在26°转至38°时,装置电流的数据和极性由-1 006 A变成780 A,显然这台装置在38°这个位置工作于发电制动状态。工作于制动状态时,电网电压偏低或逆变角偏大都会引发系统逆变颠覆。

3 解决方案

3.1 调整系统参数

根据对问题的分析,我们对系统进行了如下调整。

(1)进行转动惯量补偿,减小齿轮应力[1],抑制电流上升率,控制超调量。

(2)控制堵转电流,使其在电动机的允许范围内,尽可能地维持装置的较大出力,以满足炉体转动扭矩的需求。

(3)调节速度调节器的软化性能[2],抑制炉体的低速振动。

具体实施方法:将PI/P调节器的切换控制功能用在炉体的转速控制中,也就是当炉体的运行转速在0～5%额定转速时采用P型调节器控制,以强化系统的快速性;当炉体的运行转速高于5%额定转速之后切换成PI型调节器控制,以强化系统的稳定性。

现场实际运行表明:炉体在正常运行状态下,按照步骤(1)～(3)调整参数得到的系统稳定性效果比较明显。

3.2 对系统逆变颠覆的预期处理

为使现有炉体倾动控制系统具有抗逆变颠覆的能力,应在以下两个方面采取措施。

(1)电气方面[3,4]。

利用晶闸管在逆变颠覆时切断直流主电路。具体实施方案是通过对交流电压检测、直流过流检测、逆变控制板电源检测信号的运算,控制晶闸管的通断。

(2)机械方面[5,6]。

通过在传动连轴器上增设某些弹性连接的方法提高系统的阻尼系数,从而削弱动态时对电动机产生的不平衡冲击。

4 结束语

本文所述传动控制系统在鞍钢260 t转炉倾动装置上的应用从控制层面上看是成功的。该系统自2005年投入运行以来,传动控制系统的转矩特性能够满足生产工艺的要求,传动控制能够确保倾动装置在旋转过程中炉内钢水波动平稳。该系统的投入生产标志着国内第1套自行设计的大吨位炼钢转炉的控制过程的完成,具有填补国内空白的重要意义。另外,有关系统稳定性改善的实施方法以及抑制系统逆变颠覆的相关建议对后续工程设计都有很好的参照作用。相信伴随着转炉倾动设备动平衡状态的改善以及控制系统在保护措施方面的完善,装置爆快熔的现象完全可以避免。

摘要：以鞍钢260 t炼钢转炉倾动传动控制工程为对象,针对试生产阶段中出现的系统转矩不稳定以及装置爆快熔等问题,采用现场观测和转矩数据跟踪以及同类炉型方案对比等方式分析诸多问题产生的原因,从中明确了大型转炉倾动装置的多传动轴对炉体托圈产生的扭矩超控是关键要素。提出了在机械方面通过在传动连轴器上增设某些弹性连接的方法提高系统的阻尼系数,从而削弱动态时对电动机产生的不平衡冲击;在电气方面通过直流供电侧增加带有可关断功能的晶闸管保护电路,可以抑制逆变颠覆对电控元件的破坏作用。这些举措有利于深入探讨转炉倾动传动装置的安全运行以及系统的合理配置。

关键词：转炉倾动,主从控制,发电制动,逆变颠覆

参考文献

[1]赵丁选.光机电一体化设计使用手册[M].北京:化学工业出版社,2003.

[2]陶永华.新型PID控制及其应用[M].2版.北京:机械工业出版社,2002.

[3]陈伯时.电力拖动自动控制系统——运动控制系统[M].3版.北京:机械工业出版社,2003.

[4]Schonfeld.R,Habiger.自动化电力传动系统[M].杨兴瑶,译.北京:机械工业出版社,1987.

[5]刘海宇,秦勤.220 t转炉倾动力矩偏大的原因分析[J].机械工程与自动化,2009,154(3):3-4.LIU Hai-yu,QIN Qin.Reason for the greater tilting mo-ment of a 220 t converter[J].Mechanical Engineering&Automation,2009,154(3):3-4.

转炉倾动装置 篇4

新余钢铁公司经三期技改, 新建2座容量210t转炉自试车成功后, 倾动运行过程中经常出现不正常现象, 具体问题如:动态性能较差, 平稳性不佳, 对设备冲击较大;倾动过程中可靠性不足, 在遇到冻炉的情况时, 会出现转炉颠覆的情况。倾动运行不正常严重影响了生产节奏, 为此对倾动控制系统进行技术改造。

2 改造内容及功能实现

2.1 转炉倾动工艺及控制

转炉倾动机构采用全悬挂型式, 力矩平衡机构为扭力杆装置。转炉倾动机构采用4台交流电机传动, 两级减速机, 可驱动转炉本体在360°的范围内转动。转炉的倾动角度由编码器测量。在正常情况下, 4台电机同时工作。当一台出现故障时, 剩下的3台仍能维持一个班的生产;当2台出现故障时, 剩下的2台仍能维持一炉钢的生产。

倾动结构如图1所示。

2.2 倾动同步控制实现

为保证倾动稳定运行, 实现4台电动机同步启动、制动及同步运行, 选用4台西门子矢量型变频器6SE70驱动4台电机来实现同步控制, 变频器和PLC之间通过PROFIBUS-DP现场总线进行通讯, 实现变频器与PLC之间数据、状态的及时传递。系统采用西门子S7-400PLC控制。每台电动机通过编码器将速度信号反馈给变频器构成一个相对独立的闭环控制系统。根据控制需要4台变频器均可任选1台为主系统, 当PLC发出倾动命令和给出倾动控制速度信号时, 主系统生成一个积分分量给定值发送给其它3个从动装置, 使从系统的斜坡上升依据主系统的曲线上升, 以此来确保从系统始终跟随主系统, 实现转炉倾动4台电动机精确快速同步进给, 抑制各种扰动、摄动对系统的影响, 达到电机动态负荷平衡。控制方案如图2所示。

2.3 倾动抱闸控制改进

原系统倾动抱闸的控制完全由PLC通过延时来实现, 其不足之处在于在延时时间内变频器力矩还没有建立起来就执行抱闸松开指令, 出现转炉倾覆、钢水倒出等严重事故。因此不能由PLC来判断何时松闸。经过分析, 抱闸控制改为对变频器内部进行力矩判断和PLC延时两个条件同时满足, 即通过检测转矩电流判断力矩建立起来后才允许松闸。经调试分别设定变频器制动参数为:P610=K242 (制动阈值参考量为转矩电流) ;P611=45% (抱闸打开条件检测电流百分数) 。变频器设定转矩电流为制动阈值参考量, 阈值控制数字输出作为抱闸控制条件之一。如图3所示。

3 改造效果

改造前时转矩变化有波动, 经过改进后效果比较明显, 转矩平滑, 4台电动机同步性一致, 动态响应比较快, 转速实际值基本与跟踪转速设定值接近。保证转炉稳定运行。如图4、图5所示。

4 结语

通过对转炉倾动控制系统进行改造, 提高了转炉设备运行的稳定性和效率, 降低了日常维护成本。控制方案简单、实用、可靠性高, 具有一定的应用推广价值。

摘要：针对转炉倾动运行中出现的异常现象, 对控制系统进行了改造。文中对改造设计做了阐述, 改造后系统经测试效果良好。

关键词：转炉倾动,同步控制,制动,改造,变频器

参考文献

[1]西门子公司.6SE70变频器技术手册[Z].2000.

[2]张贺.转炉倾动装置的安装要点及方法[J].重工和起重技术, 2009 (2) :18-19.

转炉倾动装置 篇5

转炉倾动力矩是倾动机械设计的基本载荷参数。转炉倾动力矩的计算,目的在于正确选定耳轴位置,使倾动力矩值在设计要求的范围内,使据此设计的倾动机械既能保证转炉正常安全生产又能达到经济合理的目的。本文计算时包括新炉、老炉两种工况,使据此设计的倾动机械能满足转炉整个炉役过程的工作要求。

在计算某厂220 t转炉的倾动力矩时,发现耳轴位置降低到与新炉空炉重心基本相同时,最大倾动力矩仍明显大于设计人员的期望值,本文对此问题进行了分析,找到了原因所在。

1 问题初步分析

倾动力矩由空炉力矩、炉液力矩、摩擦力矩3部分组成。其中,摩擦力矩相对很小,它对倾动力矩的影响可以不考虑。

最大倾动力矩产生时其构成情况见表1。表1中列出了最大倾动力矩时的空炉力矩和炉液力矩及耳轴相对新炉空炉重心高度。

通过对表1的数据进行分析可以发现,在两个力矩值比较理想的耳轴位置5 580 mm和5 485 mm处,发生最大倾动力矩时,炉液力矩要比空炉力矩大很多。因此可见耳轴位置已相对较低,处于新炉空炉重心附近时,导致倾动力矩偏大的原因是炉液力矩较大。

2 炉液力矩分析

2.1 理论分析

图1为炉液力矩计算分析示意图。当转炉旋转一定角度后,炉液重力作用线与转炉炉体纵轴线偏离,由此,炉液重力对耳轴中心产生力矩Md:

Md=mdg·L1 。

针对某一固定的旋转角度,炉液力矩形成有2个因素:炉液重力mdg和力臂L1。对于固定吨位的转炉,装入量不变,即炉液重力mdg不变,因此,影响炉液力矩大小的因素就是力臂长度L1了。耳轴位置的设定一般稍高于空炉重心,若保持耳轴高度与空炉重心的相对距离不变,要想减小力臂的长度,就必须缩短炉身的长度。如图1所示,将炉身缩短,则耳轴位置相应下降,炉液力矩的力臂由L1变为L2,长度缩短,因此,炉液力矩值也必然相应下降。

2.2 具体计算分析

转炉在任意倾动角度时,其炉液质心位置为D,坐标为(zd,xd),炉液质量为md,则炉液质量md对耳轴中心L所产生的力矩即为炉液力矩Md,如图2所示,它可由下式计算[1,2]:

Md=mdg[(H-zd)sinα-xdcosα] 。

下面分析相同的装入量、炉体内腔形状和倾动角度时,缩短炉身段的长度对力矩的影响。

因为耳轴位置已经离空炉重心很近,为分析简便,假定耳轴位置选在与空炉重心高度相同处。又因为最大倾动力矩发生在倾动60o左右,所以选倾动角60o时进行分析。

若炉身段在空炉重心上方和下方各减少ΔH,如图3所示,则炉液力矩减少量为:

ΔMd=ΔHmdgsinα 。

装入量为300 t,倾动角为60o时;

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3 炉身长度变化对220 t转炉力矩的影响

转炉炉身长度的变化即为炉体高径比的变化。经查文献,转炉吨位大于130 t时,高径比应在1.3～1.4范围内,大炉取下限[3]。

200 t转炉的高径比为11 396/8 122=1.4,炉体为瘦长型。若高径比取为1.35,则炉体高度H炉=8 112×1.35=10 950 mm,ΔH=(11 396-10 950)/2=223 mm,那么炉液力矩减少量为:ΔMd≈259 800ΔH=259 800×223≈5 800 Nm。

若将高径比取为1.3,则炉体高度H炉=8 112×1.3=10 545.6 mm,ΔH=(11 396-10 545.6)/2=425.2 mm,那么炉液力矩减少量为:ΔMd≈259 800ΔH=259 800×425.2≈11 000 Nm。

由此可见,炉身长度变短,即高径比变小,倾动力矩能明显减小,吨位越大的转炉越是如此。

4 结论

此220 t转炉倾动力矩偏大原因是炉体选用了较大的高径比。炉体的高径比决定了倾动力矩总体水平的大小,高径比越大转炉倾动力矩的总体水平越高,吨位越大这种影响越明显。

摘要：某厂220 t转炉按全正力矩原则和正负力矩等值原则确定耳轴位置时,所得倾动力矩值较以往经验值都过大,不能满足设计要求。针对此问题进行了分析,找到了倾动力矩偏大的原因,为转炉的设计提供参考。

关键词：转炉,耳轴位置,倾动力矩

参考文献

[1]谭牧田.氧气转炉炼钢设备[M].北京:机械工业出版社,1983.

[2]潘毓淳.炼钢设备[M].北京:冶金工业出版社,1992.

转炉倾动装置 篇6

系统的基本特点。本例的转炉倾动系统包括了基础自动化和过程自动化两级系统, 前者由PLC系统、一级系统组成, 后者包括上位机、二级系统。系统采用了先进的PLC硬件控制系统以及人性化的人机界面软件, 并通过现场总线的方式实现了分散控制、集中管理的系统控制模式, 节约了现场线缆的使用量, 在保障强大网络通信的前提下, 极大简化了系统的结构, 提升了系统的先进性、可靠性, 是性价比最高的集成控制系统之一。

1 转炉倾动系统中交流变频电机的应用与控制

在按照正力矩设计时, 转炉倾倒角度为正负360°, 转炉的炉体耳轴下部要高, 并且下部的质量也要重, 如果转炉倾倒系统失控或者抱闸力矩过小时, 转炉本身的正力矩可以保障炉口的朝上, 避免倒钢事件的发生。在转炉需要倾倒钢水时, 电动机输出正力矩, 引导转炉缓慢倾倒, 电机提供动力, 处于电动状态;完成倾倒之后, 再缓慢牵引炉体回归, 电机将转炉势能回馈系统, 工作在回馈状态。由此可知, 要保障转炉的安全工作, 控制系统必须要实现对转炉倾动的精确控制, 而转炉的倾动属于大惯性的位势负载, 对传动系统的低速启动、电机与变频器的过载能力以及输出转矩的平衡分配有着严格的要求。

本系统采用四台交流变频电动机进行驱动, 变频电机与电机之间使用扭力杆装置进行力矩平衡, 使得四台电机均匀分配转炉倾动时的负载。在精度控制方面, 通过在变频系统装置内的制动器来实现, 制动器能使得电机在位能负载的前提下实现急剧减速或停止运行。

系统为了准确获知电机的运转速度, 在变流器装置内安装有增量式编码器, 将位移转换成周期性的电信号, 再把这个电信号转变成PLC可识别的计数脉冲, 系统根据脉冲来对电机的运行状况进行判定并进行相应的控制处理。

2 转炉倾动系统的交流变频调速系统

本例的传动交流调动系统采用具有较高技术水平的ABBACS800系列变频器。该系列变频器能保持优良的动态特性, 在保证高可靠性的同时有效节约维护成本, 是转炉倾动调速系统的优选方案之一。

1) 系统组成:ACS800变频器、交流异步电机、进出线电抗器、制动单元 (制动电阻) 以及风扇灯辅助设备。转炉倾动系统通过ACS800变频器将输入电网的三相固定频率以及电压调节成变化频率和变化电压的三相交流输出, ACS800变频器具有先进的DTC技术, 通过先进的启动向导, 使得变频器的调试变得非常简单, 同时, ACS800变频器还支持自定义编程, 能够满足系统的个性化需求。在接口方面, ACS800变频器采用国际标准的PROFIBUS-DP接口, 方便了与上一级自动化系统相连以实现集中监控、操作。

本例中转炉倾动系统采用了四拖四倾动系统, 转炉倾动机械通过四台ACS800变频器分别控制驱动的交流电机驱动并进行柔性传动, 为了卸除转炉倾动过程中产生的位能需要在电控系统变频中加装制动斩波单元和制动电阻。变频器与变频器之间使用主从光纤进行平衡负荷的数据传输。

2) 控制技术。由于转炉的质量非常大, 任何一台变频电机都无法独自完成驱动转炉倾动的任务, 必须要四台电机的协同作业才能完成, 而为了达到转炉倾倒的多段速要求, 驱动电机的变频器又必须是独立的, 并且在运行时必须要同步着力到转炉转轴的大齿轮, 否则会使得转轴自扭动、电机输出转矩不一致, 损坏转轴的小齿轮, 严重会导致转炉停产。但是, 由于加工精度、安装精度以及电机性能的差异, 要实现电机的同步是非常困难的。为了达到多传动的同步, 转炉的调速系统一般采用主从控制技术, 本例中采用的是一主三从的方式组合控制。

3) 变频调速控制的实现。在四台变频器中选定一台作为主机, 其余三台为从机。对主机的控制采用速度控制和转矩控制的方式, 具体的速度参数来自于PLC的AO输出, 正反转命令则来自于PLC的DO输出。从机则直接接受主机的转矩设定命令, 通过ADD的模式实现转矩控制。在运行过程中, 转炉传动系统一直通过转矩控制方式运行, 如果主机和从机速度偏差超过一定值时, 误差值将会传送到速度调节器, 后者将会通过减少或者增加内部转矩给定值进行调节控制。为了保证主从机之间过程数据交换的精准和同步, 主机的设定命令是通过设备间共用系统时钟节拍的主从光纤网传给从机的。

4) 倾动系统变频器的软件控制。本例中, 进行转炉操作主要在炉前主操作室、炉前、炉后机旁操作室、兑铁水固定操作台, 在实际操作时, 转炉倾动如果在一处进行, 其他三处就不能进行同样的操作。在任意一处进行转炉倾动指令操作时, 必须满足以下基本条件:a.变频器正常工作;b.抱闸电源正常工作;c.四个操作地点没有报警;d.氧枪在等待位或者等待位以上并不存在下降的现象。如果出现氧枪冷却水流量差 (少于20T) 或者冷却水流速低于180T/h以及眼罩在上部位置、稀油站正常的情况, 在操作转炉倾动指令时, 必须要对周边环境以及人员安全进行确认的情况下进行联锁投入或者联锁解除按钮的操作。

3 结束语

交流变频技术在转炉倾倒系统中有着广泛的应用, 特别是变频调速器, 具有结构简单、调速精度高、安装调试方便以及保护功能稳定可靠等等诸多优点, 同时还具有节能环保的效果, 非常符合炼钢厂对转炉倾倒安全控制的要求, 通过对不同变频器的选型优化, 能够较好的解决转炉倾倒位能负载的均衡问题, 是转炉倾倒系统最佳的调速选择。

参考文献

[1]刘征, 肖有洋, 朱建会.ACS800变频器在安丰150t转炉传动上的应用.机械工程与自动化, 2012.

转炉倾动装置 篇7

SINAMICS驱动系列之一的?SINAMICS?S120具有模块化设计, 各模块间 (包括控制单元模块、整流/回馈模块、电机模块、传感器模块和电机编码器等) 通过高速驱动通讯接口DRIVE-CLi Q相互连接。SINAMICS S120允许不同功率等级与控制性能的自由组合。模块化的SINAMICS S120驱动系统与上位运动控制器联合使用既可以用来实现多轴伺服控制, 也可以用来实现矢量控制, 具广泛的工业应用价值。SINAMICS?S120在集成了前代6RA70及6SE70系列变频器优点的基础上, 更更新了调试软件starter的软件画面, 让调试人员更直观调试, 并查找故障问题。同时, 相对于其它变频器系列, S120更在内部集成了DCC (驱动控制图表) 功能, 可使用C F C编程语言来实现逻辑、运算以及简单的工艺等功能, 让变频器的使用更灵活。

2 转炉倾动控制系统的主从控制设计

在变频器的实际应用过程中, 经常由于工艺的要求或者变频器容量的限制, 会采用一个传动设备是由两个或多个电机驱动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。为此, 我们需要在驱动电机的变频器上实现速度及转矩分配的控制要求, 变频器的这种应用我们称之为主从控制应用。各行业中使用变频器主从配置的方法很多, 主要有以下几种主从配置方式:

(1) 从机直接转矩控制, 多用于硬轴连接等。

(2) 从机速度控制, 转矩进行限幅, 多用于皮带控制等。

(3) 从机速度控制, 速度环使用主机的积分分量, 常用于S辊控制等。

(4) 速度偏差校正, 例如通过droop功能或工艺调节器来调节速度, 常用于夹送辊设备等。

大中型转炉系统中, 炉体倾动部分一般采用4台倾动电机通过减速机刚性连接, 并采用全悬挂四点啮合柔性传动方式, 驱动特点如下[1]:

(1) 转炉倾动装置由4台倾动电机同时驱动, 彼此之间为刚性连接, 要求主从控制为转矩同步, 进行均匀的负荷分配, 确保运行平稳。

(2) 1台电机或1台变频器在故障状态下, 可以3台电机驱动设备运行。

(3) 转炉倾动过程中, 在不同的工况下倾动电机有时处于电动状态, 有时处于发电状态。实际生产中电机在第4象限运行, 需要解决能量回馈问题。

(4) 转炉倾动装置具有大惯量、重载的运行特点, 要求传动装置有足够的起动力矩和过载能力, 并且与机械抱闸协调控制实现平稳启停。

根据转炉倾动系统的特点, 我们设计如下控制方案:

(1) 使用主机速度控制+从机直接转矩控制的模式, 将主机的转矩设定值作为从机的转矩给定值, 这样保证系统运行时, 从机转矩始终与主机一直, 同时因为机械结构的原因, 从机速度始终与主机相同, 这样就完成了转矩的分配。

(2) 主机故障下实现变频器主从自动切换, 原从机切换为新的主机, 使用3台电机驱动设备。

具体设备配置如图1 (图中QD1, QD2, QD3, QD4为变频器名称) 所示, 该方式的特点是, 从机转矩始终跟随主机转矩, 系统按照主机的速度环运行, 转矩响应比较快。

3 S120主从自动切换设置

3.1 主从参数设置

4台变频器正常运行情况下, 设置QD4 (4号变频器) 为主, Q D 1-Q D 3为从。本文不再详细介绍。

3.2 主机故障下, 主从自动切换设置

假设Q D 4故障, 通过P L C控制变频器自动切换到Q D 3为主, 维持倾动系统正常运行。具体设置过程如下步骤

3.2.1 设置CBE20通讯数据 (QD3为主, QD1/QD2为从)

(1) QD3:设置发送转矩设定值。

打开I F 1 (C O M M B O A R D) 通讯设置界面, 打开Transmit direction设置字1 (P2051.0) , 发送R79 (转矩设定值) 到缓冲区

(2) QD1/QD2:设置接收转矩设定值。

打开I F 1 (C O M M B O A R D) 通讯设置界面, 打开Receuve direction设置PZD6 (R2050.5) 接收数据, 并发送到P1503转矩设定值通道。设置P8872.5=2, P8870.5=1

设置完成后, 执行COPY ROM TO RAM, 重新上电。

3.2.2 设置主从切换及CDS选择控制

(1) QD3:r8892.0定义为主从切换位。

(2) 设置P1300=20。

(3) 打开IF2 (Control Unit onboard) 通讯设置界面, 打开Receuve direction设置PZD2 (R8850.1) 接收数据, 并发送到P1070速度主设定值通道。

(4) 设置PZD3位0 (R8892.0) 为P1501.0 (控制主从切换) 。

(5) 设置完成后, 控制逻辑如图2所示.

(6) QD2/QD1:r8892.1定义为4号变频器 (原主变频器) 故障位。

(7) 打开IF2 (Control Unit onboard) 通讯设置界面, 打开Receuve direction设置PZD3位1 (R8892.1) 为P810。

(8) 上步完成后, 图3中可以看到位0连接到r8892.1。COPY CDS0到CDS1。

(9) 打开CDS1, 设置P1503.1=R2050.5 (转矩设定值通道) 。

4 结束语

(1) 转炉运行过程中, 抖动明显。出现此种现象时需要激活主机速度环的PI自适应调节, 调整参数P1470.0, P1472.0。

(2) 抱闸控制在转炉倾动系统中的配置中需要特别注意速度设定值通道默认是抱闸打开后, 这影响到抱闸打开的逻辑以及速度设定值使能;在STOP2状态的力矩和电流是不受控的;对于抱闸开抱闸、关抱闸中的优先级在实际应用中是特别重要的。

摘要：随着SINAMICS S120在工控领域的应用, 越来越多的成功应用案例随之产生, 主从控制方案就是一个典型的案例, 在许多工业领域得到了应用。本文主要介绍了转炉倾动控制系统的主从控制方案设计, 实现变频器主从自动切换的调试过程及注意事项。

关键词：S120,主从控制,主从切换,转炉,倾动

参考文献