變頻器在轉爐傾動(dòng)中的應用

　　1 轉爐傳動(dòng)系統特點(diǎn)

　　轉爐設備是煉鋼廠(chǎng)的關(guān)鍵生產(chǎn)設備，其爐體外形如圖1示。轉爐像一個(gè)“掛著(zhù)的水桶”。轉爐系統主要電力傳動(dòng)設備包括爐體傾動(dòng)的電力傳動(dòng)設備及氧槍傳動(dòng)的電力控制設備。下面介紹爐體傾動(dòng)的電力傳動(dòng)設備。

　　在大中型轉爐系統中，爐體傾動(dòng)部分一般采用四臺傾動(dòng)電機，通過(guò)減速機剛性連接，并采用全懸掛固定方式和扭力矩吸收方式。

　　煉鋼廠(chǎng)轉爐傾動(dòng)裝置在實(shí)際生產(chǎn)操作過(guò)程中，需對轉爐傾動(dòng)裝置進(jìn)行頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)及加減速操作，所以對傾動(dòng)裝置的控制精度及系統的響應時(shí)間有很高的要求。轉爐傾動(dòng)負載特性及電動(dòng)機運轉狀態(tài)分析如下：

　　根據轉爐控制工藝要求，轉爐的傾動(dòng)角度為正反360°，當轉爐爐口與爐底方向軸線(xiàn)與地平面垂直時(shí)為垂直狀態(tài)，故轉爐傾動(dòng)負載力矩為角度的函數，即Tfz＝f（θ），屬于反阻性的位能負載。另外，根據工藝設計說(shuō)明，轉爐按正力矩設計，即轉爐的耳軸下部比上部高，下部比上部重，從而保證轉爐控制系統的穩定性。在轉爐傾動(dòng)裝置的實(shí)際操作中，進(jìn)行倒渣或出鋼時(shí)，可能出現負力矩。當轉爐爐體處于正力矩狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機處于電動(dòng)運行狀態(tài)，當轉爐爐體處于負力矩狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機處于發(fā)電運行狀態(tài)，此時(shí)電動(dòng)機處于回饋制動(dòng)狀態(tài)，傾動(dòng)裝置的驅動(dòng)電動(dòng)機的機械特性和負載特性如圖2所示：

　　2轉爐傾動(dòng)控制系統的基本要求

　?。?）四臺電動(dòng)機同步啟動(dòng)、制動(dòng)及同步運行，根據要求轉爐可以在0.2～1.0r/min之間進(jìn)行傾動(dòng)速度調節，轉爐可以做±360°旋轉。

　?。?）當轉爐正在出鋼、出渣時(shí)，交流電源系統發(fā)生停電故障，此時(shí)利用UPS電源將4臺制動(dòng)器打開(kāi)，轉爐依靠自重復位， 轉爐處于安全位置。

　?。?）當轉爐出現塌爐等事故時(shí)，傾動(dòng)機械的機電設備能短時(shí)過(guò)載，轉爐以0.2r/min速度旋轉，傾動(dòng)轉爐倒出爐內裝盛物，然后進(jìn)行事故處理。

　?。?）轉爐為全正力矩設計，即在整個(gè)工作傾動(dòng)角度內由0°～士180°方向傾動(dòng)均為正力矩。

　?。?）為防止電動(dòng)機突然啟動(dòng)對設備的沖擊，轉爐開(kāi)始傾動(dòng)時(shí)電動(dòng)機轉速應從零開(kāi)始逐漸加速，從零到正常速度的加速時(shí)間是2s。

　?。?）由于制動(dòng)器制動(dòng)力矩較大，為了防止制動(dòng)時(shí)對設備的沖擊，轉爐制動(dòng)時(shí)應先通過(guò)能耗制動(dòng)將電動(dòng)機減速，當轉爐傾動(dòng)速度接近零時(shí)，制動(dòng)器失電制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)間為2S。

　?。?）轉爐冶煉工藝過(guò)程轉動(dòng)角度及速度控制范圍要求見(jiàn)表1。

　　3 山東某鋼鐵集團50T轉爐主要控制難點(diǎn)

　　3.1主要控制難點(diǎn)

　　轉爐控制主要完成爐前的爐門(mén)動(dòng)作和爐體的傾動(dòng)操作，爐后傾爐和出鋼鋼包車(chē)、出渣渣車(chē)操作，煙罩的升降操作和冷卻水流量、壓力聯(lián)鎖控制，氧槍的升降操作和氧槍定位及冷卻水流量壓力聯(lián)鎖控制，氧槍橫移換槍操作，上料稱(chēng)重和進(jìn)料操作，并完成轉爐水冷煙罩、水冷爐壁、水冷氧槍等水冷系統多個(gè)測溫點(diǎn)溫度變化的實(shí)施數據采集以及冷卻水系統壓力、流量等實(shí)時(shí)數據采集監視和超限及事故報警。通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現PLC和操作站之間的實(shí)時(shí)數據傳送，由人機界面完成生產(chǎn)過(guò)程監控。 圖3為轉爐現場(chǎng)圖。

　　其中，四臺轉爐傾動(dòng)電機的控制是該項目中技術(shù)難度最大的課題，要求必須做到快速響應，控制精度、安全可靠性能要求比較高。設計采用的傳動(dòng)控制裝置是風(fēng)光 JD-BP32系列變頻器產(chǎn)品，型號為 JD-BP32-315T（315kW/380V），較好地解決了以上難題。

　　3.2轉爐傾動(dòng)變頻控制方式選擇

　　根據近幾年轉爐傾動(dòng)控制系統的設計和應用情況，設計單位針對“一拖四”控制方式（即一臺變頻器拖動(dòng)四臺電動(dòng)機）和“四拖四”主從控制方式進(jìn)行了認真的比較，認為“一拖四”的控制方式，系統簡(jiǎn)單，易編程調試和維護，從安全、合理的角度考慮，每座轉爐另外設一套變頻器裝置作為備用，以化解轉爐正常生產(chǎn)時(shí)，因變頻器故障而帶來(lái)的停產(chǎn)。最終設計單位確定了四臺電動(dòng)機采用“一拖四”控制方式。轉爐傾動(dòng)主回路如圖4所示。

　　3.3轉爐傾動(dòng)變頻控制特點(diǎn)

　?。?）再生能量的處理：對于轉爐傾動(dòng)這種負載，變頻器選用的最重要原則之一是：所選變頻器必須具有在滿(mǎn)載或過(guò)載時(shí)輸出轉矩恒定的高性能變頻器，以保證轉爐生產(chǎn)的安全性。另外要具有再生發(fā)電制動(dòng)功能。為了保證轉爐生產(chǎn)的連續性，采用傳統的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，而不采用回饋單元，處理電機的再生發(fā)電。

　?。?）開(kāi)抱閘的控制：轉爐傾動(dòng)在控制過(guò)程中，應防止出現“溜車(chē)”故障。利用PLC控制程序，使抱閘在系統起動(dòng)后電機轉矩建立到足夠大時(shí)松開(kāi)，大大提高了系統應用的可靠性。

　　3.4轉爐傾動(dòng)控制系統操作

　?。?）三地操作：根據煉鋼工藝的要求，轉爐傾動(dòng)需三地控制，分別是主控室主操作臺控制、轉爐爐前操作臺控制、轉爐爐后操作臺控制。主控室主操作臺控制：在主控室通過(guò)主操作臺上的按鈕及搖爐主令控制器可對轉爐進(jìn)行搖爐、加料、出料及其它所有的操作均能在主控室主操作臺上進(jìn)行。轉爐爐前、爐后操作臺控制：主要是在出料出渣及轉爐維護時(shí)現場(chǎng)工人使用，由于在主控室只能看到轉爐的一個(gè)正面，在出料出渣時(shí)無(wú)法看到出料的多少，這樣只能借助于現場(chǎng)爐前爐后操作臺工人的現場(chǎng)操作。

　?。?）開(kāi)停機及速度給定——傾動(dòng)搖爐主令控制器

　　開(kāi)停機及速度給定控制由傾動(dòng)搖爐主令控制器給出，現主令控制器選用TE公司生產(chǎn)的XDA-V11122型。XDA-V11122型主令控制器與PLC之間進(jìn)行電壓模擬量輸入，電壓范圍為-10V～+10V。當輸入電壓-10V～0V時(shí)，電機反轉；當輸入電壓0V～+10V時(shí)，電機正轉。在PLC程序中，將-10V～＋l0V的范圍對應劃分為-27648～＋27648數字范圍。當輸入在-27648～-300時(shí)，電機反轉；在300～27648時(shí)，電機正轉；在-300～＋300時(shí)，電機不動(dòng)，防止控制器漂移而發(fā)生誤動(dòng)。

　　4山東某鋼鐵集團50T轉爐工藝參數

　　該鋼鐵集團50T轉爐工程為新建項目，采用了當時(shí)國內外先進(jìn)的控制工藝、控制技術(shù)，項目于2003年7月一次性投運成功。該轉爐傾動(dòng)部分的主要工藝參數如下：

　　轉爐公稱(chēng)容量：50T

　　額定傾動(dòng)力矩：1000kN.m

　　最大事故力矩：2300 kN.m

　　傾動(dòng)速度：0.2～1.0rpm

　　總傳動(dòng)比：563.08

　　傾動(dòng)電機：YGP315M-8，45kW，電機為輥道用變頻調速三相異步電動(dòng)機，定子Y接， H級絕緣，工作制S5（40%），cosΦ=0.76，額定電流85.9A，額定轉矩659.1N.m。

　　5 JD-BP32系列變頻器產(chǎn)品特點(diǎn)

　　JD-BP32系列變頻器是山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司采用全新理念自主開(kāi)發(fā)的一系列高性能，簡(jiǎn)易型、低噪音變頻器。在提高穩定性的前提下增加了簡(jiǎn)易PLC、實(shí)用的PI調節，靈活的輸入輸出端子、參數在線(xiàn)修改、自識別信號傳輸故障、停電和停機參數存儲、定長(cháng)控制、擺頻控制、RS485控制、現場(chǎng)總線(xiàn)控制等一系列實(shí)用先進(jìn)的運行、控制功能。為設備制造和終端客戶(hù)提供了集成度高的一體化解決方案，對降低系統采購和運營(yíng)成本，提高系統可靠性具有極大的幫助。

　　JD-BP32系列變頻器產(chǎn)品技術(shù)參數如表2所示。

　　6 具體調試過(guò)程

　　由于工藝需要需要經(jīng)常頻繁搖爐，再加上自身重量和爐內料的重量達160噸左右，負載慣性大，為確保在任意位置不下滑，每臺電機的機械抱閘何時(shí)打開(kāi)、何時(shí)關(guān)閉是調試的關(guān)鍵。在實(shí)際調試過(guò)程中，經(jīng)過(guò)