转炉倾动

转炉倾动（共7篇）

转炉倾动 篇1

1 控制方式

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。

关键词：倾动控制,变频器

炉衬侵蚀对转炉倾动力矩的影响 篇2

炼钢转炉的炉衬在使用过程中会被侵蚀, 尤其在炉役后期, 整个转炉的内衬侵蚀较为严重[1]。由于各厂的工艺操作水平及炉衬维护制度有所差异, 在实际的生产过程中, 炉役后期炉底耐材的侵蚀情况存在较大差别, 炉底耐材既有被侵蚀的情况[1], 又有厚度不变的情况[2], 还有炉底上涨的异常情况[3]。由于炉衬侵蚀、炉底上涨、炉液变化、炉口结渣等情况均会造成转炉倾动力矩的变化, 炉衬的维护对保证转炉的安全运行非常重要。研究转炉新炉和旧炉倾动力矩的区别, 尤其是旧炉的炉底耐材厚度不同时对倾动力矩的影响, 对转炉炉衬维护具有指导意义。

1转炉倾动力矩计算方法

转炉的倾动力矩由空炉力矩Mk、炉液力矩My和摩擦力矩Mm三部分组成[4]。以某80t转炉为研究对象, 利用三维CAD软件Solid Edge, 对炉壳和炉衬进行建模计算空炉力矩, 再对炉液进行建模, 计算不同倾动角度下的炉液力矩, 最后根据公式计算摩擦力矩和合成力矩。

1.1空炉力矩的计算

对旧炉炉衬建模时, 为了便于研究, 假设炉衬被均匀侵蚀, 根据炉底耐材厚度的不同, 旧炉分三种情况:1) 炉底侵蚀200 mm;2) 炉底不侵蚀;3) 炉底上涨200mm。为便于比较, 还假设前述三种情况下炉墙和炉帽侵蚀情况一致。80t转炉的新炉和旧炉炉衬如图1所示。

建模完毕后, 利用软件Solid Edge的特性分析工具, 获取空炉模型的质量、质心坐标等数据, 根据式 (1) 计算空炉力矩Mk[4]。

式中mk为空炉质量, 即炉壳和炉衬的总质量 (kg) ;Rk为空炉质心与耳轴中心的距离 (m) ;α为倾动角度 (°) ;θk为空炉质心对耳轴中心的初始夹角 (°) ;

1.2炉液力矩的计算

炉液由钢水和液态钢渣组成, 炉液的密度采用混合密度方法计算[5]。由于重力的作用, 炉液的液面始终保持水平状态, 体积和形状随倾动角度的变化而变化。在出钢之前, 炉液的体积不变;在出钢过程中, 钢水的体积不断减少, 液态钢渣的体积不变;出钢完毕, 液态钢渣从炉口流出。根据以上特点, 创建一个炉膛内腔的实体模型, 采用一个垂直于Oxz平面、经过y轴且与Oxy平面夹角为α的平面切割模型, 如图2所示。假设倾翻角度为α1时钢水开始流出, 倾翻角度为α″时液态钢渣开始流出, 在倾翻角α不断增大的过程中, 则有:

当倾翻角度α<α′时, 模型体积与炉液初始体积相等;

当α′≤α<α″时, 切割平面经过炉口顶点, 钢水体积不断减少, 液态钢渣体积不变;

当α≥α″时, 切割平面经过炉口顶点, 钢水体积为零, 液态钢渣体积不断减小直至为0。

切割模型时, 炉液模型保持竖直角度不变, 仅改变液面与水平方向的夹角和位置, 得某一角度下的剩余炉液三维模型后, 查询该模型在Oxz平面内的质心坐标 (x, z) , 按式 (2) 将Oxz平面内的坐标变换成旋转α角度后的坐标 (x′, z′) 。

不同倾动角度时炉液力矩My由式 (3) 计算

式中my为炉液的质量 (kg)

1.3摩擦力矩

摩擦力矩由式 (4) 计算[5]

式中mk为空炉的质量 (kg) ;my为炉液的质量 (kg) ;m′为托圈及附件的质量 (kg) ;m″为耳轴上悬挂齿轮箱组的质量 (kg) ;μ为摩擦系数, 取0.05;d为耳轴直径 (mm)

1.4合成力矩

转炉的合成力矩按式 (5) 进行计算[5]

2转炉倾动力矩的计算结果

2.1新炉的倾动力矩

将转炉绕耳轴向出钢方向旋转, 计算每旋转5°时的空炉力矩、炉液力矩和摩擦力矩。新炉的倾动力矩计算结果如表1所示, 倾动力矩曲线如图3所示。

从力矩曲线图中可以看出, 新炉的波峰力矩出现在60°, 波峰力矩值为1493kN·m;波谷力矩出现在95°, 波谷力矩值为701kN·m。

2.2旧炉的倾动力矩

旧炉状态下炉底不同耐材厚度时的合成力矩计算结果见表2所示, 合成力矩曲线如图4所示。

从计算结果中可以得出, 不同炉底耐材厚度时旧炉合成力矩的波峰值都出现在65°, 波谷值出现在95°。炉底侵蚀、不变和上涨时, 波峰力矩值分别为1276, 1355, 1423kN·m, 波谷力矩值分别为363, 622, 921kN·m。

2.3耐材厚度对倾动力矩曲线的影响

2.3.1空炉力矩

图5所示是新炉和旧炉的空炉力矩曲线图, 空炉力矩的最大值出现在100°。当炉墙侵蚀、炉底不侵蚀时, 旧炉的最大空炉力矩比新炉小3%, 这表明炉墙侵蚀厚度对空炉力矩的影响较小, 原因是计算时假设炉墙为旋转体且均匀侵蚀。当炉墙侵蚀、炉底上涨时, 旧炉的最大空炉力矩比新炉大41%;炉墙侵蚀、炉底侵蚀时, 旧炉的最大空炉力矩比新炉小49%。这表明炉底耐材厚度对空炉力矩的影响较大, 炉底上涨将导致空炉力矩增大, 原因是炉底上涨导致了空炉的重心下降。

2.3.2合成力矩

图6所示是新炉和旧炉的合成力矩曲线图, 合成力矩的波峰值出现在α=60°的新炉上。当炉底侵蚀、炉底不变、炉底上涨时, 旧炉的波峰力矩比新炉分别减小15%, 9%, 5%。这表明炉墙侵蚀会显著影响波峰力矩的大小, 原因是炉墙侵蚀后炉型发生改变, 倾动60~65°时炉液形状改变导致波峰力矩减少。在旧炉状态下时, 炉底上涨时比炉底侵蚀时, 波峰力矩增大11%, 这表明炉底上涨会导致波峰力矩的增大。

合成力矩的波谷值出现在α=95°、炉底被侵蚀的旧炉上。当炉底侵蚀、炉底不变、炉底上涨时, 旧炉的波谷力矩分别比新炉减小48%, 11%和增大31%。这表明炉底耐材厚度较为显著地影响波谷力矩, 炉底上涨, 将使波谷力矩变大, 炉底侵蚀, 将使波谷力矩变小。

3结论

对某80t转炉的倾动力矩进行计算, 重点比较了旧炉状态下炉底耐材厚度侵蚀、不变、上涨三种情况对倾动力矩的影响, 得出如下结论:

(1) 应用三维CAD软件Solid Edge, 可以获得转炉不同倾动角度下炉液的质心和质量, 结合解析几何知识, 可以较容易地得出转炉的倾动力矩曲线。

(2) 旧炉的炉衬厚度变化时, 炉墙的侵蚀对空炉力矩的影响较小, 炉底耐材厚度波动对空炉力矩的影响较大:当炉底上涨200mm时, 旧炉的空炉力矩比新炉大41%;当炉底侵蚀200 mm时, 旧炉的空炉力矩比新炉小49%。

(3) 转炉的波峰力矩出现在α=60°的新炉上。炉墙侵蚀和炉底厚度波动均对转炉的波峰力矩有一定的影响:当炉墙侵蚀时, 旧炉比新炉减小了9%;旧炉状态下, 炉底上涨比炉底侵蚀时波峰力矩增大11%。

(4) 转炉的波谷力矩出现在α=95°、炉底被侵蚀后的旧炉上。炉墙侵蚀对转炉的波谷力矩有一定的影响:当炉墙侵蚀时, 旧炉比新炉减小了11%;旧炉状态下, 炉底厚度变化对转炉的波谷力矩影响显著:炉底上涨时的波谷力矩是炉底侵蚀时的1.5倍。

摘要：为了研究转炉炉衬侵蚀情况对倾动力矩的影响, 应用三维CAD软件Solid Edge计算了80t转炉的倾动力矩, 重点比较了旧炉的炉底耐材厚度在侵蚀、不变和上涨三种情况时对倾动力矩的影响。结果表明, 转炉的波峰力矩出现在新炉上, 炉墙侵蚀和炉底厚度波动均减小波峰力矩;转炉的波谷力矩出现在炉底被侵蚀后的旧炉上, 炉墙侵蚀会减小波谷力矩, 炉底厚度波动对波谷力矩影响显著且不尽相同, 炉底上涨会增大波谷力矩, 炉底侵蚀会减小波谷力矩。

关键词：转炉,炉衬侵蚀,倾动力矩,炉底上涨

参考文献

[1]潘贻芳, 吴燕, 侯葵, 等.转炉炉衬激光测厚技术的应用及定量化[J].钢铁, 2013, (8) :29—33.

[2]蒋桂君, 杜国利, 杨舟.40t转炉护炉工艺的改进与优化[J].柳钢科技, 2011, (5) :3—5.

[3]鲁明, 温伟东, 憑贵武, 等.60t转炉炉底上涨原因分析及处理措施[J].山东冶金, 2010, 32 (6) :70—72.

[4]冯聚和.炼钢设计原理[M].北京:化学工业出版社, 2005.

转炉倾动 篇3

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.

转炉倾动控制系统的研究与应用 篇4

关键词：转炉倾动,主从控制,无扰切换,平稳停车

山东钢铁集团莱芜分公司炼钢厂2004年建设投产的三座转炉,倾动系统按全正力矩设计,平均出钢量为120吨,最大出钢可达130吨。2009年9月对三座转炉不改变炉壳、托圈及倾动机构只减薄炉衬实现了扩容改造。扩容后出钢量达到145吨,承载能力受到了严重的考验,转炉倾动控制系统对扩容后的转炉不适应,出现点头、抖动、下滑等现象,减速机运行状况恶劣,减少设备使用寿命。为不影响生产的安全性,保证设备的继续安全运行,有必要对现有倾动控制系统进行改造。

1 倾动系统特点分析

1.1 高启动转矩,低速运行

120吨转炉加入铁水后,重量达到1000多吨,要使转炉倾动启平滑启动,就需要在低速情况下施加巨大的启动转矩。转炉正常运行转速为0.1-1.5r/min。

1.2 起动、制动频繁,承受较大的动负荷

在30~40分钟的冶炼周期内,转炉要进行兑铁水、摇炉、取样、出钢、倒渣以及清炉口等操作。起动、制动经常在30-50次,倾动机械工作繁重、条件恶劣。

1.3 运行快速平稳

转炉倾动系统在运行中要求同步性好,转炉本体起、停和倾动时快速平稳,充分满足生产要求。

2 转炉扩容后力矩分析

转炉扩容后,空炉力矩及炉液力矩增大,力矩整体状态相对旧炉结渣力矩平稳。其力矩曲线如图1所示。

为了消除转炉点头、抖动、下滑现象,结合转炉倾动系统的特点,我们在计算机控制系统设计及变频器控制策略两方面对原系统进行了改造并成功应用。

3 计算机控制系统

3.1 计算机控制系统组成

转炉倾动控制系统PLC选用西门子S7 400系列,变频器选用西门子6SE7036 315KW变频器。变频器与PLC之间采用PROFIBUS DP通讯方式进行命令传输及数据交换。变频器通过电机安装的编码器,实时采集电机转速,实现转炉的精确定位控制。硬件组态如图2所示。

3.2 软件设计优化

分析转炉倾动力矩分布及转炉工艺,转炉倾动最高限速为35HZ,单独区分零位、加废钢、兑铁水、放钢四个区间。软件设计思路如表1所示。

(1)零位区间:摇炉回零位,速度限制为25→0HZ;摇炉离开零位,速度限制为0→35HZ。

(2)加废钢区间:进入加废钢过程,速度限制为0→25HZ;加完离开,速度限制为35→0HZ。

(3)加铁水区间:进入加铁水过程,速度限制为0→15HZ;加完离开,速度限制为35→0HZ。

(4)放钢区间:进入放钢过程,速度限制为0→15HZ;放钢完成离开,速度限制为35→0HZ。

4 变频器控制策略优化

4.1 传统倾动变频器控制方法

传统的转炉倾动系统采用变频器一主三从的控制方法,一台主变频器采用速度环加转矩环的双闭环控制方式,其它三台从变频器采用转矩闭环控制方式。主从变频器之间通过光纤同步卡实现同步运行。由于主电机采用速度闭环控制方式,而四台电机都是机械强迫同步,所以主电机的速度即为整个系统的运行速度,主电机的速度闭环控制保证了整个系统运行速度的稳定。由于三台从电机采用转矩闭环控制,且跟随主电机转矩,则四台电机的实际转矩也能保持同步。但是传统主从方式主要存在以下缺点:

(1)整个系统对主电机或主变频器依赖过高。如果主电机,主变频器出现故障,整个系统将受到很大影响甚至停机。

(2)转炉制动过程中,从电机跟随主电机力矩同步,速度不可控,容易产生转炉倾动机构震动大,转炉点头、抖动等现象,造成设备损伤。

4.2 变频器控制策略优化

为避免主从控制的缺点,我们对变频器的控制策略进行了改造。主要改造思路是通过实现主从控制与速度控制之间的无扰动切换,实现了转炉传动系统的平稳运行。实际应用中把转炉倾动分为两个阶段,一是启动运行阶段,二是制动停止阶段。启动运行阶段采用传统主从控制方式,实现转炉倾动系统的平稳启动运行;制动停车阶段,四台变频器接收到PLC发出的停车指令,自动切换到速度控制方式,电机快速电气制动减速,变频器检测到所有电机速度接近0后,发出机械制动指令,关闭抱闸,转炉停止,变频器恢复主从控制方式。具体参数设置如表2所示。

5 效果总结

通过对转炉倾动控制系统的改造,消除了转炉点头、抖动、下滑等现象,提高了倾动控制系统的可靠性,实际应用中该系统稳定性好、动态响应快、速度控制精确、电机间转矩平衡性好,转炉倾动系统运行更加平稳,机械冲击小,提高了设备使用寿命。实际应用效果如图3所示。

参考文献

[1]SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制使用大全。

[2]王海燕等.120t转炉扩容后倾动力矩的分析与计算.重型机械,2011(3):55-58.

转炉倾动 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 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 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