李 毅

（山鋼集團(tuán)萊蕪分公司 特鋼事業(yè)部，山東 萊蕪271104）

萊鋼特鋼廠轉(zhuǎn)爐自投產(chǎn)以來，爐傾系統(tǒng)頻繁發(fā)生故障。在搖爐過程中，轉(zhuǎn)爐爐傾系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)爐起制動(dòng)尤其是制動(dòng)過程，存在著沖擊大和振動(dòng)大等問題，導(dǎo)致前后更換了9臺(tái)一次減速機(jī)、1臺(tái)二次減速機(jī)和1套扭力桿系統(tǒng)。更換的主要原因是減速機(jī)低速軸斷裂、減速機(jī)齒輪輪齒斷裂和扭力桿地腳螺栓剪斷等問題。山鋼集團(tuán)萊蕪分公司特鋼事業(yè)部采用先進(jìn)應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)對(duì)1～3號(hào)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，取得了豐富的測(cè)試數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)工作參數(shù)。

本文主要研究改善變頻器起動(dòng)和制動(dòng)性能，將消除高速制動(dòng)現(xiàn)象作為爐傾傳動(dòng)系統(tǒng)改進(jìn)的切入點(diǎn)，力爭(zhēng)在現(xiàn)有變頻器不改型的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)爐子可以平穩(wěn)起動(dòng)和制動(dòng)，徹底消除爐傾高速制動(dòng)帶來的機(jī)械設(shè)備隱患。

1 設(shè)備現(xiàn)狀

萊鋼特鋼廠轉(zhuǎn)爐爐傾系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為落后，沿用的老爐型設(shè)計(jì)，存在諸多設(shè)計(jì)缺陷，在傳動(dòng)設(shè)備選型上，存在不盡合理的地方，導(dǎo)致爐傾機(jī)械系統(tǒng)故障頻繁，嚴(yán)重制約正常生產(chǎn)。采用推到重來的做法，不但投資費(fèi)用高而且改造時(shí)間長(zhǎng)，很不現(xiàn)實(shí)［1］。

2 出渣過程傾動(dòng)力矩分析

轉(zhuǎn)爐出渣過程傾動(dòng)力矩實(shí)測(cè)值及回歸曲線如圖1所示。由圖1可知，出渣過程傾動(dòng)力矩大部分表現(xiàn)為負(fù)值。

圖1 出渣過程的傾動(dòng)力矩

通過對(duì)轉(zhuǎn)爐出渣過程的傾動(dòng)力矩測(cè)試與數(shù)據(jù)分析可知，在空爐狀態(tài)下，其零力矩位置為出渣側(cè)37°位置，說明轉(zhuǎn)爐的質(zhì)心為出渣側(cè)并且處于托圈軸線以上，質(zhì)心與轉(zhuǎn)爐軸線中心的連線與轉(zhuǎn)爐對(duì)稱面呈37°。通過其他測(cè)試還可知，轉(zhuǎn)爐處于正負(fù)力矩狀態(tài)，最大正力矩出現(xiàn)在出渣過程中，最大負(fù)力矩水平出現(xiàn)在出鋼過程中。

3 傾動(dòng)過程動(dòng)載荷分析

轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)械是由慣性元件和彈性元件組成的彈性系統(tǒng)，此系統(tǒng)在沖擊作用下，將產(chǎn)生振動(dòng)，在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中，這種振動(dòng)主要表現(xiàn)為扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中，引起轉(zhuǎn)爐發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的激振力主要包括起制動(dòng)、兌鐵水、加廢鋼和刮渣等，在這些動(dòng)載荷的作用下，傾動(dòng)機(jī)械將發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。因?yàn)橄到y(tǒng)的動(dòng)載荷大小往往代表了傾動(dòng)系統(tǒng)所承受的最大載荷水平，與系統(tǒng)強(qiáng)度及使用壽命密切相關(guān)，所以有必要對(duì)系統(tǒng)的沖擊載荷進(jìn)行詳細(xì)的分析。理論上，動(dòng)載荷的最大值應(yīng)為各測(cè)試結(jié)果中沖擊的峰值和傾動(dòng)力矩的最大值之和。

4 扭力桿力矩水平的測(cè)試

在實(shí)際工作中，扭力桿不但是一個(gè)重要的抗扭轉(zhuǎn)部件，而且還在轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中起到重要的緩沖作用。為掌握冶煉周期中轉(zhuǎn)爐扭力桿載荷水平的變化情況，在扭力桿上共焊接了2組電阻應(yīng)變片來進(jìn)行力矩測(cè)試。出鋼過程扭力桿上的扭矩實(shí)測(cè)及回歸情況如圖2所示。

圖2 出鋼過程扭力桿實(shí)測(cè)扭矩曲線

分析轉(zhuǎn)爐的結(jié)構(gòu)可知，理想條件下扭力桿上的扭矩與耳軸上的扭矩應(yīng)為穩(wěn)定的倍數(shù)關(guān)系，且理論倍數(shù)值i為：

式中，S是兩立桿間的距離，S＝4 650mm；r是曲柄半徑，r＝540mm。計(jì)算可得i＝8.6。

實(shí)測(cè)扭力桿上力矩與耳軸傾動(dòng)力矩的關(guān)系可知，實(shí)際工作中扭力桿力矩與傾動(dòng)力矩的倍數(shù)關(guān)系并不完全固定不變，而是隨傾動(dòng)角度的不同、爐次的不同而不同。出鋼過程中，倍數(shù)值在12～33之間變化，實(shí)測(cè)倍數(shù)值大于理論計(jì)算值。顯然，這是由于傾動(dòng)力矩在往扭力桿傳遞過程中由于傾動(dòng)機(jī)構(gòu)和扭力桿之間存在間隙，造成了損耗的緣故。

5 傾動(dòng)過程中的速度變化情況測(cè)試

傾動(dòng)過程中轉(zhuǎn)爐的加速和減速曲線如圖3和圖4所示。由圖3和圖4可以看出，當(dāng)開始加速時(shí)，速度由0迅速升至364r／min，耗時(shí)1.7s；當(dāng)開始減速時(shí)，速度由280r／min迅速降至0r／min，耗時(shí)2.3s。

圖3 傾動(dòng)過程中轉(zhuǎn)爐的加速曲線

圖4 傾動(dòng)過程中轉(zhuǎn)爐的減速曲線

6 結(jié)語

由測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)爐起動(dòng)和制動(dòng)過程中制動(dòng)過程的沖擊載荷尤其大，是造成傾動(dòng)系統(tǒng)損壞的主要原因。在未增加硬件的情況下，通過軟件調(diào)試和變頻器功能開發(fā)，使現(xiàn)用的通用型西門子變頻器實(shí)現(xiàn)可靠的零速滿力矩制動(dòng)控制功能，完全滿足120t轉(zhuǎn)爐爐傾負(fù)荷控制上的特殊要求。爐子可以平穩(wěn)起動(dòng)和制動(dòng)，徹底消除了爐傾高速制動(dòng)帶來的機(jī)械設(shè)備隱患。

［1］李濤.轉(zhuǎn)爐煤氣放散點(diǎn)火裝置的改進(jìn)［J］.山東冶金，2013（2）：21－25.