轉爐爐傾傳動系統(tǒng)優(yōu)化與應用

李 毅

（山鋼集團萊蕪分公司 特鋼事業(yè)部，山東 萊蕪271104）

萊鋼特鋼廠轉爐自投產以來，爐傾系統(tǒng)頻繁發(fā)生故障。在搖爐過程中，轉爐爐傾系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，轉爐起制動尤其是制動過程，存在著沖擊大和振動大等問題，導致前后更換了9臺一次減速機、1臺二次減速機和1套扭力桿系統(tǒng)。更換的主要原因是減速機低速軸斷裂、減速機齒輪輪齒斷裂和扭力桿地腳螺栓剪斷等問題。山鋼集團萊蕪分公司特鋼事業(yè)部采用先進應變儀、數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)對1～3號轉爐進行實時檢測，取得了豐富的測試數(shù)據(jù)與現(xiàn)場工作參數(shù)。

本文主要研究改善變頻器起動和制動性能，將消除高速制動現(xiàn)象作為爐傾傳動系統(tǒng)改進的切入點，力爭在現(xiàn)有變頻器不改型的基礎上，實現(xiàn)爐子可以平穩(wěn)起動和制動，徹底消除爐傾高速制動帶來的機械設備隱患。

1 設備現(xiàn)狀

萊鋼特鋼廠轉爐爐傾系統(tǒng)設計較為落后，沿用的老爐型設計，存在諸多設計缺陷，在傳動設備選型上，存在不盡合理的地方，導致爐傾機械系統(tǒng)故障頻繁，嚴重制約正常生產。采用推到重來的做法，不但投資費用高而且改造時間長，很不現(xiàn)實［1］。

2 出渣過程傾動力矩分析

轉爐出渣過程傾動力矩實測值及回歸曲線如圖1所示。由圖1可知，出渣過程傾動力矩大部分表現(xiàn)為負值。

圖1 出渣過程的傾動力矩

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

3 傾動過程動載荷分析

轉爐傾動機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，將產生振動，在轉爐生產過程中，這種振動主要表現(xiàn)為扭轉振動。在轉爐生產過程中，引起轉爐發(fā)生扭轉振動的激振力主要包括起制動、兌鐵水、加廢鋼和刮渣等，在這些動載荷的作用下，傾動機械將發(fā)生扭轉振動。因為系統(tǒng)的動載荷大小往往代表了傾動系統(tǒng)所承受的最大載荷水平，與系統(tǒng)強度及使用壽命密切相關，所以有必要對系統(tǒng)的沖擊載荷進行詳細的分析。理論上，動載荷的最大值應為各測試結果中沖擊的峰值和傾動力矩的最大值之和。

4 扭力桿力矩水平的測試

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

圖2 出鋼過程扭力桿實測扭矩曲線

分析轉爐的結構可知，理想條件下扭力桿上的扭矩與耳軸上的扭矩應為穩(wěn)定的倍數(shù)關系，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。計算可得i＝8.6。

實測扭力桿上力矩與耳軸傾動力矩的關系可知，實際工作中扭力桿力矩與傾動力矩的倍數(shù)關系并不完全固定不變，而是隨傾動角度的不同、爐次的不同而不同。出鋼過程中，倍數(shù)值在12～33之間變化，實測倍數(shù)值大于理論計算值。顯然，這是由于傾動力矩在往扭力桿傳遞過程中由于傾動機構和扭力桿之間存在間隙，造成了損耗的緣故。

5 傾動過程中的速度變化情況測試

傾動過程中轉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，當開始加速時，速度由0迅速升至364r／min，耗時1.7s；當開始減速時，速度由280r／min迅速降至0r／min，耗時2.3s。

圖3 傾動過程中轉爐的加速曲線

圖4 傾動過程中轉爐的減速曲線

6 結語

由測試結果發(fā)現(xiàn)，轉爐起動和制動過程中制動過程的沖擊載荷尤其大，是造成傾動系統(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現(xiàn)可靠的零速滿力矩制動控制功能，完全滿足120t轉爐爐傾負荷控制上的特殊要求。爐子可以平穩(wěn)起動和制動，徹底消除了爐傾高速制動帶來的機械設備隱患。

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