李心靈

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030000）

1 介紹

當(dāng)今不銹鋼生產(chǎn)最普遍的工藝流程是首先在電爐熔化廢鋼、在AOD轉(zhuǎn)爐精煉預(yù)熔液、在鋼包爐（LF爐）進(jìn)行調(diào)整最后到連鑄機(jī)將不銹鋼成型。通過轉(zhuǎn)爐側(cè)吹系統(tǒng)的氣體注入確保良好的熔液攪拌，但也會(huì)導(dǎo)致由于氣泡和液體鋼水以及轉(zhuǎn)爐機(jī)械系統(tǒng)發(fā)生的各種化學(xué)、機(jī)械和物理相互作用而引起震動(dòng)。這種AOD轉(zhuǎn)爐相當(dāng)大的震動(dòng)是可以被觀察到的，因?yàn)锳OD的震動(dòng)會(huì)產(chǎn)生額外的動(dòng)態(tài)負(fù)荷,縮短了轉(zhuǎn)爐設(shè)備機(jī)械部件的使用壽命, 并且增加了所需的維護(hù)量和維護(hù)成本。震動(dòng)會(huì)造成轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)軸承和齒輪的過早磨損。圖1展示的是經(jīng)過四年生產(chǎn)和震動(dòng)，傾動(dòng)二次減速機(jī)齒輪典型的磨損。從長期來看震動(dòng)會(huì)造成這些部件出現(xiàn)不可接受的磨損。同時(shí)對(duì)耳軸軸承以及扭力桿系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成了很大的影響。到目前為止， 解決AOD轉(zhuǎn)爐震動(dòng)問題的方法一方面是提高設(shè)備的能力設(shè)計(jì)以承受高動(dòng)態(tài)負(fù)荷，另一方面是鋼廠設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行了大量的預(yù)防性的維護(hù)，以延長轉(zhuǎn)爐設(shè)備的使用壽命[1-3]。

2 AOD轉(zhuǎn)爐震動(dòng)的分析

眾所周知AOD轉(zhuǎn)爐在吹煉過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生震動(dòng)，這可能會(huì)導(dǎo)致AOD轉(zhuǎn)爐的操作過程中出現(xiàn)問題。為了更好的了解AOD的震動(dòng)，對(duì)太鋼已安裝的AOD轉(zhuǎn)爐進(jìn)行了各種數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。

各種不同的工藝參數(shù)對(duì)AOD震動(dòng)會(huì)產(chǎn)生影響，這些參數(shù)間相互作用使AOD震動(dòng)更加復(fù)雜。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量了解震動(dòng)狀況，如圖2所示的如下傳感器被用來收集AOD震動(dòng)的基本信息。耳軸上的傳感器、傾動(dòng)減速機(jī)和地基被用來測(cè)量所有方向震動(dòng)的震幅和頻率。壓力傳感器被用在驅(qū)動(dòng)扭力桿支座上去測(cè)量震動(dòng)的轉(zhuǎn)矩震幅和頻率。

圖1 AOD轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)的磨損和齒輪的損壞

圖2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定

現(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)測(cè)定的結(jié)果表明AOD轉(zhuǎn)爐主要的震動(dòng)是AOD轉(zhuǎn)爐圍繞其傾動(dòng)的旋轉(zhuǎn)方向以及沿傾動(dòng)耳軸的軸向運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)測(cè)量的結(jié)論就是由轉(zhuǎn)爐內(nèi)鋼液的晃動(dòng)和轉(zhuǎn)爐爐殼與吊掛系統(tǒng)的相互作用形成了強(qiáng)烈的震動(dòng)。

AOD的震動(dòng)強(qiáng)烈的程度的與吹煉工藝的步驟和頂部氧槍和側(cè)噴嘴的氣體流量有關(guān)，脫碳最后階段的震動(dòng)幅度是最高的。當(dāng)在側(cè)噴嘴處施加高流量且頂部氧槍關(guān)閉時(shí)還原階段開始，預(yù)熔液中碳含量減少，AOD震動(dòng)趨緩。預(yù)熔液中碳含量越高脫碳時(shí)的轉(zhuǎn)爐的震動(dòng)就越嚴(yán)重。在還原期間，由于較低的熔池液位和側(cè)噴嘴上較低的鋼水靜壓力，震動(dòng)幅度減少。吹煉過程中傾斜角度的變化（-3---7的傾斜）和氧槍的位置對(duì)震動(dòng)幅度影響很小。流體與機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的相互作用是造成轉(zhuǎn)爐震動(dòng)最主要的原因。流體與機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的相互作用和減緩震動(dòng)的研究，可以充分理解AOD的震動(dòng)原理并且找到減少震動(dòng)的措施。另外，在磨損的軸承中產(chǎn)生的沖擊以及由此產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷可以疊加AOD震動(dòng)，從而導(dǎo)致更高的震動(dòng)幅度。

總結(jié)了詳細(xì)的研究結(jié)果表明，AOD震動(dòng)的頻率和模式可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)及測(cè)量，但震幅不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。結(jié)果證明，AOD的震動(dòng)在現(xiàn)實(shí)中現(xiàn)實(shí)更為復(fù)雜的，幾種機(jī)制相互影響，例如化學(xué)，注入氣體的與鋼水進(jìn)行攪拌反應(yīng)，氣泡上升等帶來的影響是無法被精確的考慮到的。但是，從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中收集的信息與相關(guān)的專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，通過給傾動(dòng)系統(tǒng)增加額外的緩沖裝置會(huì)是很有效果的。

3 AOD減震系統(tǒng)

太鋼應(yīng)用的減震系統(tǒng)由兩個(gè)液壓減震器組成，兩個(gè)液壓減震器與轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置的扭力桿支座平行安裝。如圖3左側(cè)所示，每個(gè)減震器均有一個(gè)封閉的液壓回路,減震效果是通過電動(dòng)液壓比例節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)的,因此可連續(xù)調(diào)節(jié) 。減震器自動(dòng)化系統(tǒng)通過將節(jié)流閥快速調(diào)節(jié)至實(shí)際震動(dòng)狀態(tài)，來將AOD轉(zhuǎn)爐的震動(dòng)降至最低 。減震產(chǎn)生的熱能由一個(gè)集成的水冷系統(tǒng)來進(jìn)行冷卻。減震系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于承載減震力，僅靜力保留在傾動(dòng)的扭力桿支座上。因此，扭力桿支座的功能不受限制，并且彈性變形不會(huì)導(dǎo)致變形，減震系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)確保了高可用性，并可以在不停產(chǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備的輕松升級(jí)，也可以在減震器禁用或減震器維護(hù)的時(shí)候進(jìn)行持續(xù)生產(chǎn)。

圖3 帶有驅(qū)動(dòng)減震器的AOD轉(zhuǎn)爐

圖3左側(cè)展示了減震器的安裝位置，右側(cè)展示了減震器及其組件的詳細(xì)信息。減震器的基本原理是帶有節(jié)流閥的液壓同步缸。減震器的閉合液壓回路包括一個(gè)蓄能器，用于補(bǔ)償可能的外部漏油，并確保減震器系統(tǒng)的工作油壓恒定。減震器配有位置測(cè)量系統(tǒng)以及壓力和溫度傳感器。

4 結(jié)論

新型減震系統(tǒng)于2014年3月在太鋼煉鋼廠北區(qū)投入使用。太鋼運(yùn)營三臺(tái)180噸AOD轉(zhuǎn)爐，由于第一個(gè)AOD轉(zhuǎn)爐上的液壓減震系統(tǒng)成功啟動(dòng)，其余兩個(gè)AOD轉(zhuǎn)爐上也將安裝了減震系統(tǒng)。在圖4中顯示了啟用和禁用減震器震幅的變化。

圖4 測(cè)量傳感器信號(hào)的啟用和禁用

液壓減震系統(tǒng)器減少了動(dòng)態(tài)負(fù)載和轉(zhuǎn)爐位移從而為AOD轉(zhuǎn)爐的運(yùn)行帶來以下好處：減少設(shè)備（尤其是齒輪和軸承）的疲勞和磨損，延長設(shè)備使用壽命，減少維護(hù)工作量并提高操作安全性。在太鋼的第二套和第三套AOD上我們又對(duì)減震系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，達(dá)到了預(yù)期的效果，從安裝減震裝置以后AOD轉(zhuǎn)爐設(shè)備在一個(gè)較高水平的狀態(tài)下運(yùn)行[4,5]。