氧枪控制系统（共8篇）
氧枪控制系统 篇1
1引言
某钢厂转炉上世纪八十年代投产, 采用常规电气控制, 本世纪初进行了升级改造, 控制系统选用西门子S7-PLC、传动采用西门子SIMOVERT MASTERDRIVERS变频器。由于技术局限和拘泥于原有操作习惯, 氧枪仍然采用主令控制器进行速度和升降控制, 枪位指示则保留了机械标尺。两套氧枪一用一备, 控制系统基本独立、只能整体备用, 一套系统的某一设备如速度编码器、变频器有故障, 此氧枪就不能使用, 对生产和操作有较大影响。由于其PLC、变频器的型号较新、功能很强, 在原有系统基础上进行改进, 就可实现氧枪的自动控制、精确定位和设备的灵活备用。
2原有控制系统简介
2.1系统结构2.2主要缺点
1、维持人工操作, 氧枪速度、枪位都由操作工通过主令控制器控制, 精度很差。
2、保留机械标尺、枪位指示不准确。
3、两套变频控制系统只能整体备用、灵活性不大, 一套氧枪只要某一电气设备故障就不能使用, 对生产、操作产生较大影响, 因为为了减少氧枪结渣一般采用“一根氧枪吹氧、另一根溅渣”的操作方法。
4、变频器与PLC采用硬接线联接, 交换的信息量很小、大量的变频器信息不能在HMI上显示, 如转矩、故障信息等。
3改造方案
3.1目标
1、取消机械标尺、主令控制器, 实现氧枪枪位的精确控制。
2、实现两套氧枪的灵活备用, 减少事故的发生。
3、利用现场总线进行控制和数据交换, 发挥西门子设备的性能。
3.2方案
改造后的控制系统结构如图2所示, 主要有以下几点。
1、在氧枪卷筒处安装绝对值编码器, 测量实际枪位。
2、通过Profibus DP现场总线连接PLC、变频器、位置编码器, 实现数据的灵活传输。
3、每台变频器都可以通过切换驱动两根氧枪, 实现两套氧枪的灵活备用。
3.3硬件设计
3.3.1传动部分
1) 系统结构
设计增加氧枪切换控制柜, 以实现每台变频器都可以通过切换驱动两根氧枪, 两台变频器增加PROFIBUS网卡实现数据通讯。修改见下图3云线部分。
氧枪切换如图3中间云线部分所示, 当变频器1、2分别驱动1#、2#氧枪时变频器采用有编码器的速度闭环控制方式, 当交叉驱动、即变频器1驱动2#氧枪或变频器2驱动1#氧枪时, 变频器采用无编码器的频率控制。这样如果1台变频器故障可由另一台驱动, 现场的电机速度编码器故障、可选择交叉驱动采用无编码器的控制方式, 灵活备用、可将故障对生产的影响减少到最低。
2) 变频柜修改
以1#氧枪变频传动柜为例, 采用PROFIBUS通讯后变频器的输入/输出部分需要进行修改, DI主要增加“变频器切换”和一些连锁, “变频器切换”信号来自变频器切换开关的辅助触点, AI取消“速度给定”。修改见图4云线内。
3.3.2 PLC硬件设计
增加1条单独的DP总线, 连接2台变频器、2个绝对值位置编码器, 编码器选用KUBLER Multiturn Enc o d e r 9 0 8 0。修改后的P L C硬件组态图如图5, PROFIBUS (4) 是新增的, 下部显示的是编码器的信息。
3.4软件设计
3.4.1 PLC和HMI
有关操作通过HMI进行, 所有信息也都在HMI显示。
1) 氧枪高度计算及标定
如图6 1#编码器的脉冲输出地址是PID540、输入的标定地址是PQD544。
1.高度计算
高度值H在正常范围内判断编码器读数正常, 在氧枪升降过程中如1秒钟内不变化则判定编码器故障。
2.高度标定
编码器输入的bit31=1是标定模式、bit31=0则是正常测量模式。标定脉冲上升沿标定、下降沿就转换成正常测量模式。
2) 氧枪速度、枪位控制
如图8, 在保留原有行程开关限位LS的基础上、根据氧枪高度设置变速点和“软限位”, 实现速度和高度的自动控制。
通过HMI设定氧枪高、中、低速度、变速点。
3) 与变频器的通讯
SIEMENS变频器通过PROFIBUS有6对WORD的PZD过程数据与PLC进行交换, 在PLC最好建专门的数据块与之通讯。如图9、10新建DB111用于和2台变频器进行数据通讯, 结构“Lance_1_Status”读取变频器1状态、“Lance_1_Control”是发送给变频器1的命令。分别调用系统功能块SFC14、SFC15执行通讯功能。
电机速度、电流、转矩反馈和速度给定是-16384-16384对应-100%-100%, 可根据额定值进行换算。
3.4.2变频器的参数修改
1) 参数组切换
由于1台变频器通过切换可以分别驱动1#、2#氧枪, 变频器需定义2套电机参数组M D S, 通过P 5 7 8、P579来选择。当变频器和氧枪对应时, B16 (DigIn 4) =0选择第一套MDS, 采用速度闭环控制;当变频器和氧枪交叉对应时, B16=1选择第二套MDS。通过P590来选择2套BICO参数组BDS。
2) 通讯设置
4具体实施
4.1设备安装
提前准备好编码器、变频器P R O F I B U S网卡、PROFIBUS电缆、变频器切换柜, 可提前安装好设备、敷设电缆, 在转炉的炉役期间进行电缆连接即可。
4.2调试
4.2.1新的配置下载
分别下载PLC硬件、程序和变频器参数。
4.2.2变频器调试
为安全起见, 先脱开电机接手进行调试。
1、P590=B0选择第一套BDS, 从PMU运行变频器, 检查PLC_DB111中变频器状态信息是否正常。
2、P590=B1选择第二套BDS, 从PLC控制变频器, 先测试分合闸、再测试解封、速度给定, 故障复位也要测试。
4.2.3编码器调试
连接电机接手, 从PMU运行。
1、检查编码器方向, 如方向相反、则修改PLC硬件配置中编码器方向定义。
2、编码器刻度标定, 先根据氧枪钢丝绳卷筒尺寸计算刻度 (3.4.1.1中Scale) , 再通过实际运行距离复核。
4.2.4 HMI、PLC联合调试
1、从HMI操作变频器、手动操作氧枪。
2、首次枪位标定, 下降氧枪至下限位LL9.100m, 得到编码器脉冲数offset_tem, 再换算得到±0.0m处脉冲数offset。再上升氧枪至换枪位H025.9700m、标定枪位25.9700m。
3、从HMI自动操作氧枪, 测试控制逻辑、升降速度变化和定位准确性。同时验证高度指示, 有偏差可在换枪位直接标定枪位。
5改造效果
1、改造保留原有系统、变化不大, 投资很少、实施难度较小。
2、采用现场总线进行数据交换, 信息量大、控制灵活、可靠性高。
3、改造后操作便捷、控制精度高, 实现氧枪速度和高度的自动控制, 枪位控制精度达到±15mm。
4、两套氧枪可灵活备用, 当故障率相对较高的电机速度编码器故障时, 变频器可便捷地切换到无编码器控制方式。
参考文献
[1]《使用STEP7编程》[Z].手册.SIEMENS2007, 8.
[2]《SIMOVERT MASTERDRIVERS.矢量控制使用大全》[Z].SIEMENS.2000, 6.
氧枪控制系统 篇2
关键词：转炉氧枪设备防坠落装置现代工业
转炉氧枪设备是工厂转炉车间关键的生产设备。在生产的过程中，氧枪设备的质量非常关键，必须保证有可靠稳定的安全系数，否则高压冷却水的注入会对转炉造成影响，轻则设备损坏，重则导致生产安全事故的发生。如何防止氧枪设备的坠落一直来是国内外工程学家们都在思考的问题，并且进行了数以千记的探索。
一、现有的防坠落装置及其存在问题
以宝钢一号转炉使用的氧枪设备为例，氧枪自带的小车如果正常工作，那根吊着小轮的钢丝会慢慢往上升，带动小车往上走。这样一来设备上的弹簧会被压缩。滑轮由于受到牵引力往上走，使得整个设备的杠杆组被带动起来，从而产生向下的压力。这个压力使得氧枪上的摩擦片产生偏离，其距离不符合安全标准要求。这时很有可能导致钢丝的断开，使的氧枪失去重力。钢丝一断，各设备就会向着与刚刚相反的方向运转。摩擦片的作用非常关键，在使用的过程中必须保持谨慎，摩擦片提供的摩擦力不应该太大，太大不利于设备的制动。现阶段，我国很多厂家认为这套装置不好，一方面是因为该装置的制动系统不稳定，有时能够成功制动，有时则不能。另一方面，在设备制动成功以后，要对其进行拆除非常困难，通常在运转过程中会出现卡轨现象。
二、一种新型防坠落装置的研究
创新现有的氧枪防坠落装置必须坚持一条原则，即保证装置的普适性。如果新的防坠落装置本能被普遍运用到生产中去，那这样的设计无论再怎么完美，也是行不通的。另外，“弹簧-连杆-卡爪”由于对其他辅助设备要求过高而难以被真正使用。针对此种现象，我们研究出的新型防坠装置具有以下几个特征：第一，抱轨装置实现了简便化，非常便于安装和拆卸；第二，其制动系统更加完善，几乎不会出现制动不成功的现象；第三，新型防坠落装置与现在的转炉氧枪传动设备更加兼容。
1.結构原理
本文设计的新型防坠落装置结构原理如下：在平衡架和连杆等方面，根据新型设计需要调整了杠杆的比例。新型防坠落装置连杆和它下面的一个可伸缩拉杆相连，拉杆内部装有弹簧，弹簧顶端连接着制动杆。制动杆固定在支架上，能绕固定点自由转动。其端点通过铰链与制动靴相连，制动靴通过一块调整垫片与摩擦片相连，制动靴和制动杆之间通过拉簧相连接。该装置工作过程如下：当钢丝断开，弹簧推动连杆上升，从而拉着制动杆沿顺时针方向转，是制动靴上摩擦片与轨道产生大的摩擦，达到制动的目的。
2.自锁条件
图1制动杆受力分析将制动杆作为分析对象，其受力情况如图1所示。由图可以看出，P为制动时的惯性力与重力的合力，作用点为制动杆顶端。如果将摩擦力忽略不计，则其处于平衡状态（二力杆件）。如图，N为轴向力，也是Nx和P的合力。但上述计算因为忽略了摩擦力，所以必然存在误差。现考虑摩擦力矩Mf，将P分解为P1和Ny（Ny为N在垂直方向上的分力），P1，P11所构成的力偶矩和2Mf大小相等，方向相反，处于平衡状态。通过相关计算我们可以知道，新型防坠落装置对摩擦系数的要求更低，从而使得装置更为稳定可靠。
3.结构特点
3.1结构的可靠性
本文设计的防坠落装置，将摩擦片和轨道间的距离设为17mm，这样使防坠落装置对小车的影响降到最低。为了方便装置制动之后的拆卸，本装置将拉杆设计为可伸缩式，这样不仅使装置在制动后便于拆卸，而且还能保证当吊车吊起装置支座时，在摩擦片松动之前，也能使拉杆与制动杆保持合适的间隙。同时，为了使小车在运动过程中制动杆不会向上跳，本装置在拉杆内部安装了压簧。
3.2结构的合理性
本装置中制动靴可以围绕铰链点转动，因为支座上的铰链孔是在焊接之后用机械加工的，因此容易保证铰链孔的孔轴线和小车车轮轴二者平行，并且可以确保摩擦片和轨道保持合适的接触，也使制动的可靠性得以提升。同时，为了减小连杆运动距离，增加摩擦片与轨道间的安全间隙，将制动杆的头部设计为有倒角的形式。
3.3加工与安装工艺性
本装置加工工艺简单，要求低，能够较容易保证加工质量。为了使得两侧同时制动，本装置将拉杆设计为长度可调。同时，在制动靴和摩擦片之间加上一层垫片，垫片厚度为1mm，这样可以补偿因加工误差多大和安装公差要求无法确定所带来的不足。
4.制动后的拆卸性能
在拆卸本装置的时候，吊车对小车向上的拉力与小车所受重力平衡。当摩擦力μ<1.18，只需克服装置重力即可实现装置的快速拆卸。
三、结语
本文较为全面地论述了现有氧枪防坠落装置的不足之处，并分析设计出了一种加工和安装工艺简单、安全可靠、便于拆卸的新型防坠落装置。能够满足实际生产需要，被广泛应用于工程中，为用户提供了稳定可靠的安全保障。
参考文献：
[1]谢建华.转炉氧枪坠枪事故典型案例分析[J].中国高新技术企业.2010（33）.
RH炉多功能氧枪系统控制 篇3
1 多功能氧枪构成
RH炉多功能氧枪系统[2]包括:氧枪摆动装置,冷却水系统,枪体(通保护气体(N2,Ar),氧气(O2),煤气(CO)),氧枪密封圈,紧急提枪系统。RH炉多功能氧枪的主要功能有:强制脱碳,化学升温,CO/CO2二次燃烧,真空罐烘烤,去除冷钢。
2 控制系统组成
RH炉控制系统包括:1套RH炉本体控制PLC,1套加料控制PLC和1套除尘控制PLC。RH氧枪控制在本体PLC中实现,化学升温时加入Al粒的控制在加料PLC中完成,两套PLC之间通过工业以太网络进行通信。控制系统结构配置见图1。氧枪升降驱动由变频器完成,本体PLC通过现场总线与变频器通信,完成氧枪的升降控制。
3 控制流程
3.1 氧枪升降控制
氧枪升降控制主要包括:密封圈打开、关闭,氧枪摆动,氧枪抱闸,氧枪速度给定,防止溜枪保护,紧急情况提枪等控制。
(1)密封圈打开、关闭控制。
RH炉采用充气式密封圈,在真空处理时,氧枪升降密封圈放气,运行到位时充气密封。RH不处理时,密封圈放气。
(2)氧枪摆动控制。
氧枪枪架有两个位置:换枪位和工作位,通过一个气动推杆控制。在工作位需要氧枪上升,枪头离开真空罐。枪架摆动到换枪位时,氧枪不能进行升降。
(3)氧枪抱闸控制、速度给定、防止溜枪保护这三项功能紧密相关。
氧枪满足运行条件时,即变频器正常,密封圈压缩空气正常,氧枪位置编码器正常,真空罐就位,氧枪保护气体(Ar或N2)正常时,先打开抱闸,抱闸打开后给定速度,氧枪运行到位后,停止运行,抱闸。具体流程见图2。
为防止溜枪,氧枪变频器力矩建立过程与抱闸紧密相关。当RH本体控制PLC发出氧枪运行指令后,变频器首先建立力矩,力矩建立起来后抱闸打开;如力矩未能建立起来,抱闸保持不动,终止氧枪运行过程,同时报警。力矩建立起来后,抱闸打开,此时如果不给定速度,氧枪将会悬停;给定速度后,氧枪按设定值上下运行。氧枪运行位置通过编码器进行定位,达到设定高度后,速度设定为0;氧枪停止运行后,抱闸,此时变频器才能撤除力矩,运行过程完成。通过调试,氧枪启动、运行、停止都非常平稳,达到工艺要求的氧枪运行速度,定位精度达到±5 mm。变频器与RH本体PLC通过现场总线进行数据交换,PLC向变频器传送设定参数,然后由变频器完成上述功能。
在氧枪下降时,变频器首先建立向上的力矩,然后打开抱闸,力矩逐渐减小,氧枪加速向下运行,到达设定速度时,力矩恒定;氧枪停止时,力矩增加,当与氧枪重力相抵消时,抱闸,力矩撤销。变频器力矩建立过程如图3所示。
在氧枪上升时,变频器首先建立向上的力矩,然后打开抱闸,氧枪向上启动时需要的力矩大于氧枪重力,启动后,所需力矩降低,经过加速区到达设定速度时,稳定在一定力矩运行;氧枪停止时,力矩继续减小,当与氧枪重力相抵消时,抱闸,力矩撤销。变频器力矩建立过程如图4所示。
此外,在氧枪运行过程中,还具有失速保护功能。 失速保护公式为:
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式中,H1 ,H2为位置采样点1,2;Ts为采样时间;V0为速度设定值。
氧枪控制程序在采样时间Ts内,根据氧枪位置编码器分别在H2 和H1采样,在这段时间内实际速度是设定速度V0的1.5～2倍时,立刻撤消速度给定,然后抱闸。在主操作台和炉前操作台分别设置有急停按钮,急停信号通过硬线直接送给变频器和PLC。
(4)紧急情况控制。
如果出现紧急情况,如氧枪动力电源和正常电源断掉,则采用氧枪紧急提枪装置,将氧枪从真空罐中提出,紧急提枪装置由一个气动马达驱动。液压站通过蓄能器的压力将钢包降到地面。
3.2 氧枪控制
多功能氧枪控制主要功能包括:强制脱碳,CO/CO2二次燃烧,化学升温,真空罐烘烤,去除冷钢。从控制角度讲,真空罐烘烤和去除冷钢控制流程类似。
3.2.1 强制脱碳
用氧枪进行大流量吹氧,可以实现钢水的强制脱碳。钢包车顶升到位后,真空系统启动,当真空度小于20 kPa时,可以进行强制脱碳操作。操作员在HMI终端台上根据操作规程选择氧枪保护气体(Ar或N2)并设定氧气流量、吹氧总量和氧枪位置,也可以由二级系统设定好后传送到PLC执行。
当条件都正常时,点击“启动”按钮,氧枪将自动运行到设定位置点,同时氧气阀门打开,调节氧气流量到设定值,氧气运行到设定点后停止,统计吹入氧气的总量,当其等于设定吹氧总量时(或人为终止处理过程),氧气阀门关闭同时氧枪提升到停枪位,氧枪保护气体打开。控制流程如图5所示,其它控制过程类似。
在控制过程中,设有各种安全保护检测,当真空度和氧气压力出现异常时,自动终止处理过程,关闭氧气、提升氧枪。当人为按下“急停”按钮时,氧枪立刻停止运行,关闭氧枪阀门,等待人工干预操作。
3.2.2 CO/CO2二次燃烧
CO/CO2二次燃烧控制与强制脱碳启动条件基本相同,不同之处在于控制流程按照设定好的操作曲线进行,根据工艺要求在操作曲线表内设定吹氧流量、吹氧时间和氧枪位置,吹氧启动后氧枪自动运行到第1步设定的位置,按设定值吹氧开始计时,时间到后氧枪运行到第2步设定的位置,按第2步的设定值调节氧气流量的同时开始计时,依此类推,最后一步结束后,关闭氧气阀门,氧枪提升到停枪位。从控制角度讲,强制脱碳控制的中心对象是氧气流量和吹氧总量,只要将氧气流量控制到设定值,累计吹氧量等于吹氧设定总量就完成目标;而二次燃烧控制的中心对象是氧气流量和吹氧时间,在一定的氧气流量时统计吹氧时间,到了设定时间,氧枪运行到其它设定位置,重复这一过程,直到按燃烧曲线的9个步骤完成所要求的工艺操作。
在控制过程中,安全保护检测和中断操作流程与强制脱碳流程相同,不再赘述。
3.2.3 化学升温
在大流量吹氧的同时,钢水加铝可以实现钢水升温。除了根据工艺要求设定吹氧流量、吹氧总量和氧枪位置外,还要设定加入铝的重量。启动开始后,氧枪自动运行到设定位置点,同时氧气阀门打开,调节氧气流量到设定值,计算吹氧的总时间,根据吹氧所需时间将铝粒均匀加入到钢水中,达到设定吹氧量时铝粒也加入完毕,关闭氧气阀门,氧枪提升到停枪位。
加入铝粒的过程由本体PLC与加料控制PLC合作完成,RH本体PLC根据吹氧时间和加入铝粒的总设定值,依据在吹氧期间均匀加入铝粒的原则,发出加铝命令(包括开始加铝指令和本次加入的铝粒重量设定值)给加料PLC,然后由加料PLC控制真空加料过程。
在控制过程中,安全保护检测和中断操作流程与强制脱碳流程相同,不再赘述。
3.2.4 真空罐烘烤和去除冷钢
氧枪通入煤气和氧气实现真空罐烘烤和去除冷钢功能。氧枪在预定位置,向已经预热的真空罐通入高压煤气和氧气,通过自动点火器将煤气点燃。当烘烤完成后自动停吹,并提升氧枪到待机位。氧枪在完成预定功能后关闭氧气和煤气阀门,此时氧枪保护气体自动输入,吹扫氧枪中的残存煤气以确保安全。
操作员在HMI终端上选择氧枪保护气体(Ar或N2),根据工艺要求设定操作曲线,操作曲线需要设定煤气流量、煤氧配比、每条曲线操作时间和氧枪位置。
当外围条件正常时真空罐温度大于800 ℃,真空主阀门关闭,煤气、氧气压力正常,点击“启动”按钮,点火命令送给点火控制器,将氧气和煤气流量设定在点火流量,点火控制器将煤气引燃。如果检测到火焰并且稳定,氧枪将按照操作曲线运行,氧枪运行到设定位置点,将氧气、煤气流量按照煤氧配比调节到设定流量,开始烘烤计时,烘烤时间到,氧枪向第2条曲线设定位置运行,同时氧气、煤气流量按照煤氧配比调节到第2步设定流量,开始烘烤计时,以此类推,当运行完所有烘烤曲线时,氧枪高速提升到停枪位,同时关闭煤气、氧气阀门,氧枪保护气体阀门打开。
操作曲线可以设定为对真空罐循环烘烤,即最后一条曲线运行完成后,自动回到第1条曲线重新开始运行。当点火器点火失败时,煤气、氧气阀门关闭,同时氧枪保护气体阀门打开。处理过程中会对各种信号进行检测,如煤氧实际配比,煤气、氧气压力等。出现异常或人为终止时,煤气、氧气阀门关闭,氧枪提升到停枪位,同时氧枪保护气体阀门打开。
4 应用效果
此系统于2004年在国内某大型钢厂RH炉真空系统投产以来,运行稳定、控制效果良好,在转炉终点碳[C]=0.04%～0.06%的条件下,经吹氧1～3 min,强制脱碳15～19 min,可获得[C]=0.001 0%～0.002 0%的超低碳钢;加铝化学升温速度可达到6.2～6.9 ℃/min,耗铝量0.030～0.034 kg/(t·℃),耗氧量0.020～0.028 m3/(t·℃),最高可升温 80 ℃;烘烤真空罐时真空罐最高温度可达1 300 ℃,升温速度可达37.5 ℃/h,满足了超低碳钢的钢水要求。
整体来讲,RH炉控制水平可靠、稳定,与国外同类型RH炉相比已经处于同一水平线上。但在提高控制精度和更完备的故障处理过程还有需要完善的地方,此外,国内的大量成功应用为开拓海外市场奠定了良好的基础。
摘要：为满足某大型钢厂引进的RH炉的控制要求,开发了RH炉控制系统。系统包括基础自动化、供配电、监控和网络系统。其中,多功能氧枪控制是基础自动化系统的核心部分,采用变频器完成氧枪的驱动控制,PLC完成设备的逻辑控制。系统投产至今,运行稳定,控制功能良好,满足了超低碳钢钢水的各项工艺要求。本文重点介绍RH炉多功能氧枪的基本结构,控制系统构成,氧枪主要功能、控制流程等,并给出了控制指标。
关键词：RH炉,氧枪,控制系统,控制流程
参考文献
[1]高泽平,贺道中.炉外精炼[M].北京:冶金工业出版社,2005.
氧枪控制系统 篇4
某钢厂采用双卷扬型氧枪升降机构, 在氧枪更换平台上有两套独立的氧枪升降装置, 当工作位氧枪出现故障需要更换时, 为了不影响正常生产的连续性, 应立即进行换枪操作, 使用备用氧枪进行炼钢。
其主要机械结构是:氧枪固定在氧枪升降小车上, 小车能够沿导轨上下移动, 通过氧枪电机驱动卷扬机收放钢丝绳, 钢丝绳的一头固定有氧枪升降小车, 即电机驱动卷扬机直接升降氧枪。在卷扬机和电动机中间设有制动器和事故提枪气动马达, 事故提枪气动马达用于在出现断电事故时将氧枪提出炉口。
由操作人员操作氧枪摇杆, 用以控制氧枪的上升下降。通过一套西门子S7-400PLC和一套ABB ACS800变频器控制电机工作, 电机通过减速机驱动卷扬机运转, 实现钢丝绳的收放和小车的上下移动, 最终实现氧枪的升降动作。
通过在滚筒的一端安装增量编码器实现氧枪高度位置的精确检测, 同时, 在编码器和滚筒的同一侧装有凸轮控制器, 其目的是实现编码器故障时的备用检测。另外在氧枪小车滑道上下方各装有两个机械限位开关, 以防止氧枪冲顶或坠地。同时, 在钢丝绳的一端安装有张力检测传感器以检测钢丝绳是否松驰, 这是氧枪安全联锁的一个必要条件。图1为单支氧枪升降装置的结构示意图。
2 系统产品的选择
ABB ACS800-1系列提升机变频器具有提升机传动控制模块、通用的接口技术、DTC控制、自定义编程、通用备件以及通用的软件工具等功能, 特别是DTC控制技术在氧枪启动开始极短的时间内能够提供最大200%电机额定转矩, 可有效地防止氧枪下滑, 因此在全功率范围内统一使用ABB ACS800-1系列提升机变频器。
氧枪控制系统的关键是氧枪的定位, 其准确与否将直接影响炼钢的质量及生产的安全。编码器以其精度高、响应速度快等特点成为我们用于实现氧枪精确位置检测的最佳选择。编码器有两种类型:增量型和绝对型。增量型编码器的位置是由从零位标记开始计算的脉冲数量确定的, 其缺点是断电后无法记忆断电前的位置, 断电后必须去寻找零位标记;而绝对型编码器的位置是由输出代码的读数确定的, 不受断电的影响, 但其价格昂贵。综合考虑, 本设计采用了德国宜科ET58C10-H6PA-1024.K000增量型编码器, 其缺陷我们可通过PLC的编程指令从软件上弥补, 做到既经济又实用。
3 系统控制原理
通过安装在卷扬机卷筒轴上的增量型编码器来快速而准确地测量氧枪的移动位置。其原理是:通过编码器将脉冲信号的变化传递到西门子S7-300PLC FM350高速计数模板进行检测, 然后再传送到CPU, 使用差分技术方式进行计数并转换成氧枪的位置检测数值。高速计数模板通过处理脉冲信号的累积值来进行工程转换, 产生氧枪位置数值REF, 并在CPU中与设定的氧枪各操作点的标高数值进行比较, 根据工艺要求, 输出相应的控制命令, 进而控制变频器的启停和速度给定, 最终作用于拖动设备实现启停和调速。同时在氧枪小车滑道上安装位置极限开关, 对上/下极限关键点位做硬保护 (区别于基于编码器数值位置的软件上关键点位的软保护) ;并通过设置张力传感器的松绳和拉绳报警等措施以实现重要的安全联锁。
4 系统的关键控制
4.1 编码器精确定位控制
氧枪移动位置的精确检测的主要思路是将增量型编码器和高速计数模板配合用在硬件设备上, 在软件上考虑到由于采用卷扬机结构带来的钢丝绳的张力等因素导致的氧枪位置的实际累积误差, 采用每班进行一次人工标定的方法来进行氧枪位置数值REF的初始化, 能够使得氧枪的定位达到±2cm的精度, 满足氧枪精确定位的要求。
操作人员通过控制室的操作手柄发出提枪或降枪指令, 启动氧枪枪位控制程序。氧枪枪位控制程序首先检测氧枪升降的外部条件是否满足, 该外部条件包括氧枪电气逻辑条件、介质检测条件 (比如冷却水和氧气或氮气) 以及重要的安全联锁条件, 不满足则终止程序;然后判断氧枪钢丝绳张力是否在正常值范围内, 编码器程序软极限和机械极限是否满足下枪或提枪条件, 如不具备条件则氧枪不能工作, 如条件具备则根据氧枪工艺要求, 向传动机构发出氧枪上升/下降指令, 同时将氧枪位置数值REF与氧枪各操作点的标高数值进行比较, 发送氧枪的给定速度值;最后变频器反馈力矩或电流值给PLC。
4.2 氧枪传动系统
氧枪机械传动系统示意图如图2所示。氧枪工艺要求如下:高速20m/min, 低速6m/min, 行程12m, 氧枪静载2.0t, 氧枪静力矩0.6N·m。
4.3 变频调速原理
直接转矩 (DTC) 控制技术采用针对空间矢量和定子磁场定向的分析方法, 直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学模型, 计算与控制异步电动机的磁链和转矩, 采用离散的两点式调节器, 将转矩检测值与转矩给定值作比较, 使转矩波动限制在一定的容差范围内, 容差的大小由频率调节器来控制, 并产生PWM脉宽调制信号, 直接对逆变器的开关状态进行控制, 以获得高动态性能的转矩输出。
该转炉氧枪电机为35kW, 所选ACS800变频器功率等级为重载55kW, 采用单拖速度分级控制方式。
氧枪变频器电气控制原理图如图3所示。
本系统设计中, 需要充分考虑转炉在生产过程中势能负载的特性, 变频器在动态生产过程中需要具有较快的转矩响应能力;并且重点考虑在提升操作下, 需要在零速时能具有最大的转矩输出, 以避免在启动时出现氧枪下滑的情况。
5 结束语
自2007年投运以来, 本系统定位精度高, 运行稳定, 设备性能完全满足生产工艺要求。多年的生产实践已经证明增量型编码器和ACS800变频器控制方案的控制精度高、响应速度快、维护调试简便, 是安全、稳定、可靠的控制系统。
摘要：介绍了采用增量型编码器进行氧枪枪位精确位置检测、DTC控制技术调速控制氧枪电动机两种技术手段在氧气顶吹转炉氧枪控制系统中的实现。
关键词：氧枪,精确定位系统,控制系统,设计
参考文献
[1]吴忠智, 吴加林.变频器应用手册[M].北京:机械工业出版社, 2007.
[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社, 2010.
氧枪控制系统 篇5
提钒炼钢二厂有3座150 t转炉,其中1座可用于提钒,另外2座用于炼钢。每座转炉有一套氧枪系统,用于向转炉内吹氧,使钢水脱碳,并加大冶炼强度。因此,转炉氧枪是转炉系统的重要设备。
氧枪冷却水系统的主要作用是为转炉氧枪提供足够的冷却水进行氧枪本体及其附属设备的冷却,对于提钒炼钢二厂的水系统来说,氧枪泵是所有设备中最重要的设备。氧枪冷却水的保量、稳压供水是氧枪正常工作的有力保证,一旦氧枪泵故障造成冷却水流量低将会造成氧枪设备过热烧损甚至发生爆裂、爆炸等恶性安全事故。根据生产工艺的要求,氧枪冷却水流量不小于280 m3/h,冷却水压力为1.2 MPa～1.4 MPa。为确保氧枪的可靠、稳定运行,共设计了4台氧枪泵,选用的是4台四极,355 kW,380 V,621 A,1 450 r/min的电机。它们的运行方式是1号、2号、4号泵分别为三台氧枪提供冷却水,3号泵为备用泵,当前三台泵中有任意一台出现故障时,3号泵自动投入以保证供水。氧枪冷却供水泵需要在氧枪吹炼期时高速运行,在非吹炼期时低速运行,这样不但节约电能和水资源,还能减少设备损耗。
根据氧枪在吹炼的不同时期所需冷却水流量的不同,最初的设计是选用了4台艾默生EV3500-4T 4000P变频器对4台氧枪泵电机进行变频控制,无论是计算机远程启动电机还是在机旁启动电机,都是通过PLC给变频器发出指令实现对电机进行的控制。
2 存在问题
原有的设计方式在连续生产三个月后出现了问题,岗位人员在一次启动2号泵的过程中,1号泵电流逐渐增大,当时并未停泵,而是继续过载运行(变频器设置69 s后跳机),这时3号备用泵也发生自投,引起1号氧枪泵水压流量波动。经过对4台氧枪供水泵电流及压力趋势画面的查知发现,在3号备用泵发生自启时,所有泵的电流及压力状态都发生了变化。从PLC程序中查知,4台泵的“手动/自动”均由上位机中的同一个接点控制,在“自动”状态下才会发生2号泵及3号备用泵均自动同一时刻启动,同时3号备用泵的三个出口阀门均自动打开,造成三条氧枪供水泵管道并联相通,使氧枪泵的水压流量产生波动。根据生产工艺要求3台氧枪供水泵的运行频率在“自动”状态下受炉前是否“下枪”(即氧枪吹炼期)信号控制,在炉前发出“提枪”(即非氧枪吹炼期)信号时,氧枪泵电机将在25 Hz最低频率运行。
经过上述发生的事故,发现原有控制方式及程序编写存在如下缺陷:
1)对于每一台水泵的控制,不论是机旁操作箱还是上位机的“手动/自动”控制信号都完全依赖PLC及通讯,均由PLC中的同一个接点通过PROFIBUS总线通讯发出给变频器,在PLC故障或通讯失败时,无论是在机旁操作箱还是在上位机画面上都无法应急启动氧枪泵,势必影响转炉的生产。
2)由于程序编写存在缺陷,4台水泵的“手动/自动”信号都由同一个接点控制,在“自动”状态下,就会发生3号备用泵同其他水泵同一时刻启动的现象,此时备用泵的三个出口阀门就会自动打开,造成三条氧枪供水泵管道并联相通,使氧枪泵冷却水的压力和流量产生波动影响生产。
3 改造内容
基于原有控制方式存在的缺陷,我们对氧枪泵的PLC控制程序进行了修改,取消了网络控制。
1)对于单台泵电机的控制,如果出现故障,在上位机上不能启动水泵时,可到机旁箱选择“手动”,在机旁箱上直接启动水泵,控制不通过PLC,利用硬线连接直接启动变频器,将电机固定在42 Hz运行,作为应急措施保证生产。
2)在“自动”控制方式下,由PLC发出控制信号,对投入运行的水泵电机进行控制。其中1号、2号、4号泵为工作泵,3号为1号、2号、4号泵的备用泵。如果三台工作泵中出现故障停泵,程序设计由其各自的输出接点分别控制3号备用泵,并且只为第一台出现故障的泵备用,也只打开这第一台故障泵的备用阀门,避免了出现三个出口阀门都打开的现象,造成水压流量产生波动而影响生产。选择“手动”控制时,可在25 Hz～50 Hz的频率范围内进行调节,以更好地满足生产要求。
3)根据提钒炼钢二厂提出要求:在氧枪“提枪”时应减小管道中水的压力:
a.减少管道损伤;
b.节约能源。而在氧枪“下枪”时,氧枪泵应满足管道中水的压力。
针对上述工艺要求,在对泵的控制选择“自动”时,在氧枪非吹炼期,炼钢系统发出“提枪”给水系统PLC信号,程序设置电机自动定在25 Hz运行,管道压力为0.55 MPa～0.57 MPa;在氧枪吹炼期,炼钢系统发出“下枪”信号给水系统PLC,程序设置电机自动定在42 Hz运行,氧枪泵开始提速供水,冷却水的压力保证在1.2 MPa～1.4 MPa之间,冷却水流量为320 m3/h,电机电流为360 A。在“下枪”信号到来时,PLC给发出控制变频器信号自动控制电机输出由25 Hz上升到42 Hz运行,变频器的加速率设为(Pr0.03=30)。
通过实际运行,12 s就可达到氧枪所需冷却水的工作压力和流量,而炼钢炉前氧枪从“下枪”信号开始需要14 s才到位,因此变频器设置的加速率完全能满足生产需要。
4)在原有程序上进行了完善,设置了“超压”声音报警,在管道压力过高时报警,提醒值班人员在保证生产需要的情况下及时降低频率,降低水管供水压力,减少对管道的损伤,也避免出现生产事故。
4 结语
将上述程序进行修改后,运行稳定,既满足了生产工艺要求,提高了生产效率,又延长了设备的使用寿命,还达到了节能效果。
参考文献
关于氧枪变频器抱闸控制的探讨 篇6
某公司转炉氧枪的抱闸采用西门子Master-Drives变频器控制。本文针对实际应用中的一些问题,结合Masterdrives变频器抱闸控制的原理,对此进行了更深一步的分析和探讨。依据分析结果提出了改进方法,并取得了较好效果。
1 抱闸打开控制
根据西门子《矢量控制使用大全》中的介绍,如果使用了抱闸控制,B277和B278必须被连接,即P561=278,逆变器释放;P564=277,设定点释放。参数P605选择抱闸控制单元的功能参数:0 无抱闸;1 有抱闸不带检测信息;2 有抱闸带检测信息。
1.1 释放设定值依据B277 信号
如果使用抱闸的同时P605≠0,且P564=277,则P610 选择抱闸打开连接器只能设置成输出电流基波频率的均方根值K242,而不能设置为转矩电流分量K184。因为在矢量控制方式下,设定值释放前,电机绕组上只有励磁电流,没有转矩电流。所以,此时选择转矩电流作为抱闸打开的条件,转矩电流一直为零,抱闸永远不会打开。
那么,当P610=242时,P611抱闸打开阀值应该如何设定,可以依据电机励磁建立过程波形来分析,如图1所示。图1中,1为Isd(act),电流磁通分量的实际值,2为Psi(act),由磁通模型计算的磁通实际值。
通过图1可以看出,实际的励磁电流并不是线性上升,而是如图1中波形1所示有一个超出额定值的最大值。所以,此时的开闸电流设定值并不要求精确,因为开闸电流只是抱闸打开的条件之一,其必须与变频器内部的励磁完成信号同时满足抱闸才会打开。在这种条件下,抱闸打开时建立的仅仅是励磁,没有转矩产生。转矩是在P606抱闸打开延时(P605=1)过后,设定值释放,转速调节器根据设定转速和实际转速的偏差进行PI调节后产生的。
1.2 释放设定值固定使能
如果使用抱闸的同时P605≠0,且P564=1,也就是设定值一直使能,则P610 选择抱闸打开连接器可以设置成转矩电流分量K184或输出电流基波频率的均方根值K242。因为设定值是一直使能的,在抱闸打开之前就能够建立励磁电流和转矩电流。所以,采用此种设置时,重载情况下抱闸打开时的溜枪现象会大大减小甚至消除。
提抢时和下枪时的速度转矩波形,见图2。
从图2a的测量结果可以看出,提枪工况下抱闸真正打开时已经建立了约120%的转矩(波形1),远大于正常提枪时需要的80%转矩(波形4),此提枪时不存在溜枪现象。图2a中,1为Isq(act),电流转矩分量的实际值;2 为n/f(Band-Stop),通过带阻滤波后的速度实际值;3 为Open Brake,打开抱闸命令;4为正常工作时的转矩。
这种设置是不是重载位能负载抱闸控制的最好选择,还要看具体工况而定。如高炉大料车、转炉倾动电机在启动时,工作在正向电动(第1 象限)状态或反向电动(第3 象限)状态,都是电机在做功,这种方式是适合的。但对于氧枪负载来说分为2种情况:一是在提枪时,速度给定值为正,产生正向的转矩电流,当正向的转矩电流达到阀值时,抱闸打开,氧枪上升,不存在溜枪现象;二是在下枪时,速度给定值为负,产生负向的转矩电流,当负向的转矩电流达到阀值时,抱闸打开,松开抱闸的瞬间不仅不能抑制溜枪,反而加速了溜枪。这是因为提枪时电机工作在第1象限(电机做功),在抱闸打开后,电机克服重力做功;下枪时电机工作在第4象限(重力做功),在抱闸打开的瞬间,电机不仅没有制动反而在帮助重力做功。当然,下枪时电机协同重力做功的过程很短,速度调节器会快速调节回来,从氧枪的实际动作来看也不是很明显,但这种方式是不完善的。
从图2b可以看出,下枪初始抱闸真正打开时的转矩约为-100%(波形1),对应的实际速度有一个大的过冲(波形2),然后再调节回来,并且过冲现象在电机轴侧观察非常明显。实际情况与上述的理论分析完全吻合。图2b中,1为Isq(act),电流转矩分量实际值;2 为n/f(Band-Stop),通过带阻滤波后的速度实际值;3 为Open Brake,打开抱闸命令。
2 抱闸闭合控制
正常情况下,触发Masterdrives变频器合闸指令有2条途径:1)变频器处于非运行状态,直接发出合闸命令;2)变频器检测到OFF1,OFF2,OFF3停车信号或故障信号,且速度实际值低于P616设定的门槛值,经过P617延时后发出合闸命令。
原氧枪变频器参数设置为:
P609.01=B105 OR(NOT B3103)
P607=0.15抱闸闭合时间
P615=148抱闸闭合连接量(速度实际值)
P616=12抱闸闭合门槛值12%
由于当前的程序和变频器参数设置不当,变频器同时接收到OFF1 和B3103信号。操作手柄一到零位,抱闸立即关闭,速度实际值小于12%的这个条件根本没有起作用。变频器的电气制动完全没有起作用,全部依靠抱闸机械制动。在图3 中,氧枪操作手柄从第4 档(最高速)减至零位的过程中要经过3,2,1 档,每减一档速度降低17.5%,因此在抱闸闭合指令出现(手柄到零位)之前会有一个短时间的减速过程,这个过程的长短与操作手柄归零的速度有关。
高速运行和低速运行时抱闸闭合波形如图3所示。
从图3a可以看出,电机在高速运行时抱闸就闭合了(波形3),随着抱闸的不断闸紧,转矩电流不断增加,直到限幅值150%(波形2)。在电机实际速度小于12%时再经过P607 的延时,逆变器封锁。这样的控制方式对电机和抱闸的冲击很大,闸皮的磨损也很严重。图3a中,1为Close Brake,闭合抱闸命令;2为Isq(act),电流转矩分量的实际值;3为n/f(Band-Stop),通过带阻滤波后的速度实际值。
从图3b可以看出,在低速1档运行时,1档速度为10%小于门槛值12%,当运行命令消失后抱闸闭合命令到来(波形1),经过P607的延时(150ms)后,逆变器封锁(波形2),转矩输出为零,完全依靠抱闸本身机械制动,因此存在比较明显的溜枪现象(波形3)。低速下枪时的溜枪现象在电机轴侧也能明显看到。图3b中,1为Close Brake,闭合抱闸命令;2 为Isq(act),电流转矩分量的实际值;3 为n/f(Band-Stop),通过带阻滤波后的速度实际值。
3 氧枪变频器抱闸控制设置
分析清楚以上氧枪升降的各种关系后,氧枪变频器抱闸打开控制的最佳设置方案依然是西门子的推荐设置,但需要注意速度环的比例系数在自动优化的基础上加大,积分时间减小(调整幅度较大),使速度环的特性更硬,响应更快以减少溜枪。最好使用Drive Monitor软件记录波形,检查实际响应情况。抱闸闭合设置如下:
P609.01=106故障
P609.02=109 OFF2
P609.03=111 OFF3
故障,OFF2,OFF3 到来时,不等待实际速度降低到门槛值,抱闸立即动作。
P616,P617,P800,P801 等参数需要根据实际情况进行调整,遵循抱闸完全闸紧后变频器才能输出封锁的原则。
4 改进方法及结论
从原理上讲,氧枪变频器抱闸控制只能减少溜枪而不能避免溜枪。但是通过以上的探究与分析得出,不管是提枪还是下枪,在发出抱闸打开命令的同时给一个短时间的(可设置)、方向总是正向的、大小合适(可设置)的启动附加转矩,先由这个附加转矩平衡负载,然后再由速度调节器按照速度给定值来进行PI调节。对此方法进行了实际应用,结果论证了它的正确性和可行性。启动附加转矩示意图如图4所示。图4中,为抱闸打开命令给出,附加转矩使能;2为抱闸完全打开期间,附加转矩成线性增加到设定值;3为附加转矩保持一段时间(可设置);4 为附加转矩设定时间结束,附加转矩按线性减小到0。
启动附加转矩功能可以利用变频器的自由功能块来实现,这里不再进一步讨论。
某公司的氧枪变频器抱闸控制从宏观上能够满足工艺要求,但通过深入分析还是发现了诸多不足,并通过理论分析和实际检测得出了可行的改进方法。通过这些改进,达到了以下效果:1)避免下枪开始时的过冲现象,氧枪运行更平稳;2)减少对电机和抱闸的冲击,减轻对闸皮的磨损;3)避免氧枪低速下降时的溜枪现象,控制更精准。
虽然,Masterdrives系列变频器已经停产,但还是有大量的产品正使用于生产实际。同时利用附加启动转矩解决重载位能类负载溜车问题的原理依然适用于Sinamics系列变频器,具有一定的推广价值。
摘要：针对转炉氧枪的溜枪现象,从西门子Masterdrives变频器的抱闸控制原理出发,结合氧枪的实际运行工况,深入分析了氧枪在上升、下降过程中不同档位运行时的特性,在生产中通过Drive Monitor软件录制相关参数波形来加以验证。并且提出了改进方法,通过实际应用论证了所提方法的正确性和可行性。
关键词：氧枪,变频器,抱闸控制
参考文献
[1]西门子电气传动有限公司(SEDL).矢量控制使用大全[Z].天津:西门子电气传动有限公司(SEDL),2007.
[2]王廷才,王伟.变频器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.
[3]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].第3版.北京:机械工业出版社,2005.
[4]马小亮.高性能变频调速及其典型控制系统[M].北京:机械工业出版社,2010.
转炉氧枪升降机构改造 篇7
氧枪升降装置是转炉炼钢关键性设备之一, 在生产过程中, 它直接影响着转炉炼钢生产的安全、高效及钢水质量[1]。本文主要介绍安钢100T转炉氧枪升降由单卷扬型改造为双卷扬型, 大大提高了其安全性、可靠性。
2氧枪传动设备的主要参数
升降速度:高速40m/min, 低速4m/min
氧枪升降行程:15m
氧枪升降重量:8t
横移速度:高速4m/min, 低速1m/min
氧气流量:22000m3/h
氧枪冷却水供水压力:1.65Mpa
氧枪冷却水供水流量:200m3/h
氧枪外径:Φ245mm 总长度:20500mm
氧枪喷嘴形式:四孔拉瓦尔型水冷铸造喷头
马赫数:2.0
中心夹角:α=12°
半锥角:β=3.5°
3改造前系统工作原理及存在问题
3.1 改造前系统情况及工作原理
安阳钢铁股份有限公司第一炼轧厂 (以下简称第一炼轧厂) 100T转炉2004年投产。转炉氧枪传动设备采用“双车双枪”型式, 一支吹炼, 一支备用。每支氧枪都有各自独立的升降小车及提升系统, 氧枪升降小车的活动导轨及提升系统均固定在横移台车上, 横移台车由行走装置驱动定距移动, 在吹炼枪出现故障时, 可以实现吹炼枪与备用枪的迅速更换。氧枪升降及横移装置主要由氧枪升降小车及导轨、氧枪升降装置、氧枪横移小车及轨道等部分组成。氧枪升降装置设计时采用的是单卷扬升降机构。 (如图1所示)
1—脉冲发生器;2—过速度保护装置;3—测速发电机;4—变频电机;5—制动器;6—圆柱齿轮减速机;7—卷筒;8—行程开关;9—升降小车;10—固定导轨;11—氧枪;12—测力传感器
氧枪升降装置设计工作原理:变频主电机带动普通的圆柱齿轮减速机通过卷筒正反转控制氧枪升降。为了控制氧枪行程的特定点位置, 在卷筒一端接有主令控制器, 在氧枪行程的极限位置设有极限开关。为了在主控室内准确显示氧枪的位置, 在卷筒的轴头处装有测枪位置的译码器。在电动机的出轴上装有测速用的光电译码器。为了测量升降重量和检测钢丝绳的松弛或过张力的情况, 在钢丝绳的吊挂处装有测力传感器, 当一根钢丝绳不受力或钢丝绳受力超出范围时, 传感器报警, 发出信号, 升降卷扬停止工作。当大停电时, 通过UPS电源供主电机提出氧枪。当出现主电机损坏不能使用时, 利用氧枪平台上方10T氧枪电葫芦提出氧枪, 以防发生爆炸事故。
3.2 存在问题
氧枪系统是转炉吹氧设备中的关键性部件。在吹炼过程中, 氧枪不仅要承受熔池中炉气、炉衬的辐射, 而且由于熔池内激烈的化学反应造成钢液、炉渣对氧枪的冲刷, 加之氧枪是直接深入到炉内, 在吹炼时, 炉内温度最高达2000～2600℃。所以氧枪是绝不允许在无水状态下长期停在炉内或因事故落入炉内的。该机构仅有一套升降卷扬装置, 安全可靠性极差。在冶炼时, 一旦发生大停电事故, 氧枪在炉内漏水, 主电机和氧枪电葫芦都不能提枪时, 会发生爆炸事故。
4升降装置改造
4.1 改造方案
利用原有的设备, 第一炼轧厂人员于2009年将其改造为双卷扬机构。 (如图2所示) 此机构核心是利用行星差动减速机实现双电机驱动氧枪升降。
1—脉冲发生器;2—过速度保护装置;3—测速发电机;4—变频电机;5—制动器;6—行星差动减速机;7—卷筒;8—行程开关;9—升降小车;10—固定导轨;11—氧枪;12—测力传感器;13—事故电机
双电机—行星差动减速机型式工作原理:
在正常工作条件下, 由主电机4带动行星差动减速机6 (见图3) 的III道轴, 通过齿轮的啮合传动带动低速轴的旋转, 从而将力和速度传递给卷筒7, 通过安装在升降小车9的动滑轮组来实现氧枪11的升降。
1, 3齿轮—太阳轮;2齿轮—行星轮;4, 5, 6, 7, 8, 9, 10为普通圆柱齿轮
在吹炼的过程中, 如果主电机4突然出现故障的情况下, 事故电机13通过接通UPS电源, 能继续工作, 保证氧枪能够及时提出炉外。事故电极起升的工作原理如下:事故电机13带动齿轮8, 与齿轮9啮合带动齿轮10, 而齿轮10与太阳轮3的外齿圈相啮合, 通过行星轮2传递带动行星架的旋转, 带动齿轮4, 5, 6, 7的旋转, 将力和速度传递给卷筒, 实现升降小车的事故提升。
4.2 改造特点及效果
特点:合理利用横移台车的实际空间位置, 只改动了主减速机结构形式, 将普通的圆柱齿轮减速机改造为行星差动减速机, 增加了一个事故电机, 其余设备均能正常使用。此次改造投资少, 且不会造成备件的浪费。
效果:升降机构采用两套升降系统, 大大增强了其安全可靠性。我厂使用至今效果很好。
5结束语
氧枪双升降系统的安全可靠性保证了转炉炼钢的稳定性和高效性。本文提出的改造方案对同类型的改造或结构设计有一定的借鉴意义。
摘要：氧枪机构是转炉炼钢的关键设备之一。它的安全性直接影响到转炉炼钢的高效性和稳定性。针对100吨转炉氧枪升降机构的改造, 介绍双卷扬氧枪升降机构的应用。
关键词：转炉,氧枪升降机构,行星减速机,改造
参考文献
转炉氧枪工艺参数改进与应用实践 篇8
转炉氧枪是转炉炼钢的关键设备, 氧枪喷头参数设计是否合理直接影响转炉钢产量、炉龄和转炉生产成本等主要技术经济指标。江苏沙钢集团淮钢特钢有限公司 (以下简称“淮钢”) 转炉厂第一座80 t转炉在2004年4月投产。投产后转炉氧枪一直采用直径Φ245 mm、喉口直径Φ33.35 mm的四孔拉瓦尔氧枪。随着转炉生产结构和工艺条件的变化, 原有氧枪结构和工艺参数已不能满足转炉炼钢生产需要。主要表现在:吹炼时间长, 易造成转炉喷溅;转炉煤气回收量少。
1淮钢80 t转炉工艺参数
1.1淮钢80 t转炉基本工艺参数
平均出钢量:80 t;转炉有效容量:80 m3; 炉容比:1.0 m3/t;内高/内径:1.73; 熔池深度:1175 mm; 熔池直径:4 150 mm; 氧总管压力:1.55 MPa; 冷却水压力:1.6 MPa。
1.2淮钢80 t转炉冶炼工艺参数
淮钢80 t转炉冶炼工艺参数见表1。
2氧枪喷头改造方案
氧枪喷头改造方案示意图见图1。具体工艺参数优化如下:
2.1马赫数的选择
从提高氧气射流的冲击能力考虑, 希望采用较高的马赫数, 但是过高的马赫数需要高压管线设施, 相对投资较大 (淮钢管线压力为1.55 MPa) , 且反应激烈, 操作难度大;马赫数过小, 则输氧管线的氧压没有被充分利用, 也是不经济的。
从表2可以看出:当马赫数大于2.0以后, 随着马赫数的增大, 氧气出口温度减低, 出口音速不断减小, 使出口速度增加变慢, 而设计工况氧压却增加很快。综合考虑, 马赫数选择2.0。
2.2设计工况压力
查等熵流[1], 当马赫数M=2.0时, P出/Po=0.126 8, 由于炉膛压力近似于大气压力, 所以P出=0.102 MPa, 则Po=0.70 MPa。符合 (阀后表压) 控制在约0.70～0.74 MPa的要求。
2.3喉口直径确定
由Q=吨钢氧耗×出钢量×60/吨供氧时间, 得出:Q=18 900 Nm3/h, 供氧强度约为3.5 m3/ (t·min) 。
由氧流量公式
Q=64.3236×Po×A喉
式中 A喉为喉口截面积。
得出D喉=35.9。
2.4出口直径确定确定
根据M=2.0, 查等熵流, 得A出/A喉=1.674
式中 A出为出口截面积
得出D出=46.4 mm。
2.5扩张段长度确定
理论的气体膨胀角为4°～8°, 扩张段的张角理应为设计成4°～8°。小扩张角度有控制膨胀作用, 因而出口流股会有轻微膨胀, 氧流贴近孔壁流动会出现层流, 从而加重射流表面与炉氧混合, 有利于提高热效率。大扩张角控制膨胀作用小, 扩张段短, 受孔壁粗糙度影响小, 有利于减小氧射流的能量损失, 提高作用熔池贯穿力。考虑喷头的穿透能力, 应取较大的张角, 定为7°半角为3.5°。则
H= (46.4-35.9) ÷2×tan3.5°=86 mm
2.6确定孔倾角α
四孔喷头的射流各个流股发生汇交和不汇交以效应角θ为界, 大于θ各个流股就很少汇交。效应角θ于喷孔倾角α的相关方程为
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式中 θ为临界效应角在7.5°～ 9°之间;α为喷孔倾角;n为喷孔数目。
则四孔喷头的倾角α在10.5°～13°可见对与四孔喷头来说, 能保证倾角大于10.5°, 就能满足射流不汇交要求, 但在实际应用中, 只要射流不冲刷炉壁, 为增加初期渣的反应, 孔倾角可以取大一些。
四孔喷头取α=12°。
2.7四孔分布圆直径
为减轻喷孔出口氧射流互相掺混, 减小氧流作用熔池叠加冲击, 要求增大端底氧孔分布园直径与出口直径之比, 一般在2～3之间, 所以D孔=140 mm。
3氧枪使用情况
3.1吹氧时间
根据铁水条件的不同, 比较在使用工作氧压基本相同条件下, 不同铁水用量时氧枪喷头调整前后纯吹炼时间的情况, 氧枪喷头调整后, 转炉纯吹炼时间由原15 min/炉缩短为14 min/炉, 平均缩短1 min左右, 达到缩短吹炼的时间, 提高了转炉冶炼节奏。新枪使用后, 转炉平均日产由原来35炉提高到38炉, 最高日产达45炉。预计全年可增产10万t。
3.2过程化渣
从使用情况看, 新氧枪喷头使用后, 由于喉口直径大, 加上冲击面积增大, 使前期来渣时间提前约1 min左右, 相当前期低温泡沫渣现象减轻, 促进了前期化渣和脱磷脱硫效果, 吹炼过程平稳, 减少了喷溅返干现象。
3.3炉衬侵蚀和溅渣护炉
新氧枪使用后, 从现场反应情况看溶池侵蚀现象减少, 溅渣护炉效果明显提高, 未出现炉底上涨或吃下严重现象, 溅渣护炉形成溅渣层良好, 有效保护了炉衬砖表面, 减缓了炉衬损坏程度, 提高了炉衬寿命和炉龄, 其中1#转炉炉龄达到22 702炉, 创历史最好水平。
3.4转炉煤气回收
转炉煤气回收由原来的94.3 m3/t 提高到目前的108.2 m3/t。转炉工序能耗较以前下降0.11 kg/t, 并实现转炉炼钢综合工序能耗为-6.31 kg/t。
4结束语
通过对氧枪喷头结构进行优化改造, 新氧枪经实践证明已达到理想的冶炼效果。使用后, 由于供氧强度增大, 脱碳速度加快, 单炉吹氧时间缩短1 min左右, 增加转炉钢产量。同时减少转炉喷溅次数;保证溅渣护炉效果;转炉煤气回收量得到提高。
参考文献