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        鋼鐵冶煉中氧槍控制系統(tǒng)的創(chuàng)新研究

        2020-02-17 02:11:43喬衛(wèi)恒
        山西冶金 2020年4期
        關(guān)鍵詞:濟(jì)鋼氧槍煉鋼廠

        喬衛(wèi)恒

        (濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司資產(chǎn)管理部,山東 濟(jì)南250101)

        1 項(xiàng)目概況

        煉鋼廠生產(chǎn)車間中氧槍設(shè)備是重要生產(chǎn)設(shè)備之一,因此氧槍電力控制設(shè)備是轉(zhuǎn)爐主要的電力傳動設(shè)備。轉(zhuǎn)爐的氧槍控制作為煉鋼車間電氣傳動控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分,煉鋼轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)氧槍電機(jī)的控制直接關(guān)系到生產(chǎn)的連貫性、可靠性及生產(chǎn)效率。濟(jì)鋼集團(tuán)煉鋼廠生產(chǎn)車間全部實(shí)現(xiàn)PLC控制自動化生產(chǎn),氧槍控制系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)的關(guān)系子系統(tǒng),主要實(shí)現(xiàn)對從轉(zhuǎn)爐頂部進(jìn)行吹氧冶煉的氧槍的升降控制作業(yè)。從濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司(全文簡稱濟(jì)鋼)煉鋼廠氧槍控制系統(tǒng)的動作實(shí)踐過程可知,氧槍的升降作業(yè)常常出現(xiàn)誤差,會出現(xiàn)抱閘提前動作和抱閘滯后動作,都會給煉鋼廠車間的生產(chǎn)帶來影響,危害安全生產(chǎn)。

        針對濟(jì)鋼煉鋼廠氧槍控制系統(tǒng)氧槍的升降作業(yè)的作業(yè)誤差現(xiàn)象,從氧槍控制系統(tǒng)的原理和工作過程著手,分析了氧槍控制系統(tǒng)影響安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素,主要是氧槍控制系統(tǒng)提升瞬間“下溜”及運(yùn)行過程中“溜車”現(xiàn)象。針對這二種情況進(jìn)行了相應(yīng)的氧槍控制系統(tǒng)的創(chuàng)新改進(jìn)設(shè)計(jì),希望能有效解決氧槍抱閘問題,保障濟(jì)鋼集團(tuán)煉鋼廠氧槍控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        2 氧槍控制系統(tǒng)概述

        在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中,氧槍系統(tǒng)的控制是非常重要的環(huán)節(jié),氧槍系統(tǒng)的控制可以直接影響轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼水質(zhì)量,同時(shí)保障車間生產(chǎn)的安全性和高效性?;谘鯓尶刂葡到y(tǒng)的組成,闡述了氧槍控制系統(tǒng)各部分的功能及控制方式,并就氧槍系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析。

        2.1 氧槍的傳動控制

        氧槍系統(tǒng)為雙小車雙卷揚(yáng)系統(tǒng)裝置,一座轉(zhuǎn)爐裝有兩套氧槍,變頻裝置采用矢量控制方式,兩臺電動機(jī)(一工作一備用)用于氧槍作業(yè),二對二方式。正常生產(chǎn)中,兩支氧槍的變頻器、升降電機(jī)可以做到互為備用。

        2.2 氧槍的抱閘控制

        氧槍抱閘由PLC控制抱閘供電為有后備電源的兩路電源,電源切換自動完成并采用失電抱閘控制方式。

        氧槍電機(jī)控制系統(tǒng)具備合閘條件后,主控室發(fā)出合閘指令,此時(shí)氧槍電機(jī)進(jìn)入預(yù)勵(lì)磁階段,當(dāng)預(yù)勵(lì)磁結(jié)束、此時(shí)有操作指令時(shí),報(bào)閘打開,氧槍動作。

        抱閘的打開:氧槍啟動命令發(fā)出后,電機(jī)預(yù)勵(lì)磁結(jié)束后,PLC控制抱閘打開,氧槍開始下降,此時(shí)氧槍電機(jī)并沒有建立足夠的力矩,啟動瞬間隨重力下降一定距離再進(jìn)行提升動作。抱閘的關(guān)閉:氧槍停止命令發(fā)出后,氧槍電機(jī)速度未降低到較低速度的情況下,抱閘立即關(guān)閉。

        2.3 氧槍系統(tǒng)出現(xiàn)的隱患及分析

        1)從車間實(shí)踐觀察情況發(fā)現(xiàn),氧槍提升啟動瞬間,抱閘打開后氧槍出現(xiàn)20~50 mm的下降后再恢復(fù)正常提升。該情況會導(dǎo)致氧槍出現(xiàn)墜槍危險(xiǎn),有時(shí)會導(dǎo)致鋼水噴濺安全事故發(fā)生,另外有時(shí)會損壞氧槍槍體。該安全隱患的出現(xiàn)主要是由于抱閘打開過早,變頻器無足夠初始轉(zhuǎn)矩,導(dǎo)致氧槍溜槍現(xiàn)象發(fā)生,對機(jī)械、電氣傳動系統(tǒng)有很大的影響。

        2)另外在生產(chǎn)實(shí)踐中氧槍出現(xiàn)提升或下降時(shí)“溜車”現(xiàn)象,分析原因主要是設(shè)備在啟動、運(yùn)行過程中編碼器發(fā)生故障導(dǎo)致,危害巨大。對于提升系統(tǒng)來說,在提升或下降時(shí)“溜車”的現(xiàn)象,對生產(chǎn)系統(tǒng)及設(shè)備本身都將產(chǎn)生一定的影響。而采用變頻器本身的邏輯控制功能來控制抱閘的輸出時(shí),安全性更能得到保證,控制更可靠,依據(jù)前段提出的抱閘控制的特點(diǎn),構(gòu)建氧槍控制系統(tǒng)改進(jìn)抱閘模塊的設(shè)計(jì)思路,實(shí)現(xiàn)對氧槍系統(tǒng)的精確控制通過對氧槍系統(tǒng)的設(shè)備組成及各部分控制功能的介紹,并結(jié)合氧槍機(jī)械傳動的特點(diǎn),以及對氧槍系統(tǒng)抱閘控制的分析,提出了基于氧槍控制系統(tǒng)改進(jìn)抱閘模塊的設(shè)計(jì)思想。其主要作用是加大系統(tǒng)的靜態(tài)力矩,提高控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。

        3 氧槍變頻控制系統(tǒng)的創(chuàng)新改進(jìn)設(shè)計(jì)

        本節(jié)對氧槍變頻控制系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì),模塊改造的實(shí)現(xiàn)過程,以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析。

        3.1 抱閘模塊的改進(jìn)設(shè)計(jì)

        針對氧槍提升啟動瞬間抱閘打開后氧槍出現(xiàn)的下降情況對抱閘模塊進(jìn)行如下改進(jìn)設(shè)計(jì)。在氧槍變頻柜抱閘控制回路中新增一個(gè)繼電器,此繼電器的打開和關(guān)閉完全由氧槍變頻器控制。將抱閘打開電流閥值設(shè)定在50%,將變頻器的參數(shù)設(shè)置在較好狀態(tài),可以使得變頻器輸出足夠大力矩后再打開抱閘,從而可以維持零速滿力矩運(yùn)行作業(yè),該設(shè)計(jì)可以保障氧槍正常提升,而不再出現(xiàn)瞬間下溜現(xiàn)象。

        3.2 偏差模塊的改進(jìn)

        針對氧槍出現(xiàn)提升或下降時(shí)“溜車”現(xiàn)象情況對偏差模塊進(jìn)行如下改進(jìn)設(shè)計(jì)。在氧槍變頻柜控制系統(tǒng)中加入偏差控制模塊,同時(shí)設(shè)定偏差模塊的參數(shù)在一個(gè)合適狀態(tài),當(dāng)變頻器輸出至電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速與編碼器反饋回的實(shí)際轉(zhuǎn)速偏差若在1.5 s內(nèi)持續(xù)在6%以上,變頻器將默認(rèn)為F150故障,同時(shí)抱閘線圈失電,抱閘將抱死,從而可以有效避免“溜車”現(xiàn)象的發(fā)生。

        3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

        在現(xiàn)場中通過DRIVE MORNITOR軟件監(jiān)視氧槍變頻器的各種參數(shù),得到1號脫磷1號氧槍變頻器的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)。從運(yùn)行數(shù)據(jù)中看出在改動前提升瞬間轉(zhuǎn)速反饋為負(fù),從運(yùn)行數(shù)據(jù)中可以看出在改動設(shè)計(jì)后提升瞬間實(shí)際轉(zhuǎn)速無負(fù)反饋現(xiàn)象,這一數(shù)據(jù)充分證明改進(jìn)設(shè)計(jì)及參數(shù)的調(diào)整能有效的抑制氧槍提升啟動瞬間溜車的現(xiàn)象。從改進(jìn)設(shè)計(jì)及參數(shù)的調(diào)整的整體運(yùn)行狀況來看,氧槍控制系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定,氧槍升降作業(yè)的可靠性和安全性大幅度提高,同時(shí)有效的減少了氧槍控制系統(tǒng)對機(jī)械、電氣傳動系統(tǒng)的沖擊,避免氧槍墜槍安全事故發(fā)生。從工廠實(shí)際應(yīng)用出發(fā),根據(jù)氧槍機(jī)構(gòu)負(fù)載的控制特點(diǎn)以及現(xiàn)場具體情況,通過對氧槍系統(tǒng)的抱閘控制進(jìn)行深入分析,對抱閘模塊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)描述,現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了抱閘模塊控制的有效性。

        4 結(jié)論

        本文以濟(jì)鋼煉鋼廠氧槍系統(tǒng)為研究背景,針對氧槍系統(tǒng)提升瞬間“下溜”及運(yùn)行過程中“溜車”的問題展開研究。論文中對氧槍原有控制系統(tǒng)存在的不足進(jìn)行了分析,結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備及控制系統(tǒng)的狀況,提出了在控制系統(tǒng)中增加抱閘模塊及偏差模塊的控制策略。通過研究,得出以下結(jié)論:

        1)抱閘控制系統(tǒng)利用逆變器內(nèi)部的功能塊進(jìn)行組態(tài),利用變頻器自身的參數(shù)功能控制抱閘的動作安全性、可靠性高。

        2)增加抱閘模塊及偏差模塊控制后,啟動時(shí)系統(tǒng)能在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài),穩(wěn)定性好。

        3)改造后的系統(tǒng)電控設(shè)備線路簡化,優(yōu)化了逆變器內(nèi)部可控參數(shù),安全效益經(jīng)濟(jì)效益得到了大幅度的提升,有效提高了生產(chǎn)車間的安全系數(shù),避免重大安全事故的發(fā)生。

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