煉鐵高爐氣密箱智能制造技術(shù)研究

鹿林 惠展 楊立江

（中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司 陜西西安710201）

1 前言

爐頂氣密箱是高爐的心臟設(shè)備，氣密箱通過復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)來完成旋轉(zhuǎn)和傾動(dòng)功能，控制布料溜槽完成螺旋布料、環(huán)形布料、扇形布料、定點(diǎn)布料等工藝要求［1-2］。為保障氣密箱的有效、可靠運(yùn)行，多采用水冷氣封齒輪傳動(dòng)的工作原理［3］。

進(jìn)入鋼鐵企業(yè)智能制造時(shí)代后，為了降低在爐頂煤氣環(huán)境下人工檢測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確掌握氣密箱運(yùn)行狀況，保證高爐滿負(fù)荷運(yùn)行，在掌握電流、溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)，智能潤滑技術(shù)、可視化監(jiān)測(cè)技術(shù)和無線振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用也勢(shì)在必行。

2 氣密箱智能潤滑技術(shù)

氣密箱智能潤滑技術(shù)用于氣密箱各潤滑點(diǎn)的潤滑，利用微電腦技術(shù)與可編程控制器相結(jié)合的方式，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能控制。如圖1所示，氣密箱智能潤滑系統(tǒng)主要由操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、高壓泵站智能給油器和管路組成。

圖1 氣密箱智能潤滑系統(tǒng)

2.1 智能潤滑工作原理

由主控PLC指揮高壓電動(dòng)潤滑泵裝置將油脂通過主管路和支線輸送到每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（智能給油器），再將電信號(hào)轉(zhuǎn)換，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求補(bǔ)油給每個(gè)潤滑點(diǎn)。

智能計(jì)量電磁給油器既具有油路通斷功能，又具有反饋補(bǔ)脂量的特性；既具自身故障的反饋，又具有末端潤滑點(diǎn)出油口工況的反饋。各潤滑點(diǎn)都有一個(gè)位置傳感器和壓力傳感器，可實(shí)時(shí)檢測(cè)潤滑點(diǎn)補(bǔ)脂量、潤滑點(diǎn)出油狀態(tài)、出油口是否堵塞等功能。

系統(tǒng)PLC將隨時(shí)采集主管線上潤滑油脂的狀態(tài)參數(shù)，控制主電動(dòng)潤滑泵啟動(dòng)、運(yùn)行及停止，以保持正常的供油狀態(tài)，同時(shí)按事先的程序控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的給油裝置通、斷，對(duì)每個(gè)潤滑點(diǎn)實(shí)施定時(shí)、定量的潤滑。方便快捷的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能在上位控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)順序控制、過程控制、傳動(dòng)及運(yùn)動(dòng)控制等多種控制功能。

利用PLC可編程控制器作為核心控制元件、工控機(jī)或觸摸屏作為操作和監(jiān)控界面。各潤滑點(diǎn)補(bǔ)脂量、系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)間隔工作時(shí)間、系統(tǒng)故障等都可通過工控機(jī)或觸摸屏調(diào)整修夠及顯示。

2.2 故障檢測(cè)與應(yīng)用實(shí)例

在監(jiān)控畫面中會(huì)顯示各個(gè)潤滑點(diǎn)的潤滑狀態(tài)。例如，當(dāng)潤滑點(diǎn)堵塞或泄露時(shí)，智能給油器的壓力傳感器就會(huì)將檢測(cè)到的信號(hào)傳遞給控制系統(tǒng)，并在監(jiān)控顯示屏上出現(xiàn)紅燈報(bào)警。這樣，檢修人員即可針對(duì)潤滑點(diǎn)1進(jìn)行檢修維護(hù)。氣密箱智能潤滑可有效代替單線或雙線集中傳統(tǒng)潤滑方式［4-5］。

3 氣密箱可視化監(jiān)測(cè)技術(shù)

氣密箱可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是將固定式高溫工業(yè)電視安裝于氣密箱內(nèi)部，對(duì)氣密箱內(nèi)部的運(yùn)行情況進(jìn)行觀察的特種監(jiān)控電視設(shè)備。

如圖2所示，系統(tǒng)主要由彩色攝像機(jī)、控制箱和顯示器組成。彩色攝像機(jī)攜帶高溫針孔鏡頭完成對(duì)齒輪箱內(nèi)部情況的圖像采集，經(jīng)光纖或網(wǎng)線傳送至彩色監(jiān)視器顯示圖像。特制彩色攝像機(jī)通過高亮度的LED燈電源進(jìn)行照明，通過特種高溫鏡頭進(jìn)行攝像，視場角可達(dá)到110°。為了提高攝像頭的清晰度、壽命和防止積灰，在攝像頭前段設(shè)置有氮?dú)獯祾吖苈贰?/p>

圖2 煉鐵高爐氣密箱可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

如圖3所示，在某工廠顯示器實(shí)時(shí)顯示氣密箱內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，可清晰監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。氣密箱可視化監(jiān)測(cè)技術(shù)操作簡單、維護(hù)方便，既保證設(shè)備的安全生產(chǎn)，隨時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，又可降低勞動(dòng)強(qiáng)度，能達(dá)到很好的觀察使用效果。

圖3 顯示器

4 氣密箱無線振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

氣密箱無線振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是通過振動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣密箱內(nèi)部齒輪和軸承的運(yùn)行狀態(tài)，通過對(duì)比分析相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來判斷氣密箱是否存在故障隱患，為設(shè)備檢修維護(hù)提供預(yù)警服務(wù)［6-8］。如圖4所示，系統(tǒng)主要由無線傳感器、轉(zhuǎn)速模塊、路由器（現(xiàn)場通信采集管理軟件）、點(diǎn)檢儀、服務(wù)器（本地和遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)）等部分組成。

圖4 煉鐵高爐氣密箱振動(dòng)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

4.1 智能監(jiān)測(cè)

（1）硬件。應(yīng)用無線測(cè)振測(cè)溫傳感器，快速傳遞故障隱患信息到相關(guān)人員的手機(jī)和現(xiàn)場的各種接收裝置，無線測(cè)振測(cè)溫傳感器不僅可靠性高，還可以降低監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)維成本以上。

（2）軟件。將故障隱患信息以各種方式提醒運(yùn)維人員和專業(yè)服務(wù)人員，不僅要做到全員警覺，還要防止誤報(bào)過多造成“狼來了”的后果。

（3）測(cè)點(diǎn)全面。全方位布置檢測(cè)點(diǎn)，不僅在旋轉(zhuǎn)電機(jī)和傾動(dòng)電機(jī)合適部位需要安裝監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其它關(guān)鍵部位也需要安裝測(cè)點(diǎn)，以便準(zhǔn)確提取到故障隱患的特征。

為了使專業(yè)人員及時(shí)掌握氣密箱運(yùn)行狀態(tài)，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)時(shí)將故障信息顯示在Web PC端和移動(dòng)端，在故障信息里，有零部件型號(hào)、元件名稱、測(cè)量值、報(bào)警級(jí)別（危險(xiǎn)、報(bào)警）和采樣時(shí)間等，如圖5所示。

圖5 實(shí)時(shí)顯示故障信息

有了以上信息，再結(jié)合峰值、有效值、峭度等參數(shù)的趨勢(shì)圖，尤其是頻譜圖，就可以較容易的判斷有故障隱患的零部件了。

4.2 適用的振動(dòng)分析方法

（1）峰值有效值峭度等參數(shù)的趨勢(shì)圖分析，是振動(dòng)分析的基本方法。

（2）優(yōu)選特征值。優(yōu)選每一種檢測(cè)參數(shù)的主要特征值，以便簡單方便的判斷氣密箱傳動(dòng)鏈故障隱患。

（3）歸納總結(jié)有效的診斷方法。尤其是對(duì)于氣密箱這種低速重載設(shè)備。

4.3 應(yīng)用實(shí)例

氣密箱振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2020年5月底在某煉鐵廠高爐投入使用，2020年6月3日18：25：33氣密箱振動(dòng)信號(hào)如圖6所示。

圖6 氣密箱振動(dòng)信號(hào)頻域圖 2020－06－03 18：25：3

出現(xiàn)25.39Hz及其諧波50.78Hz，還有950.2Hz，975.59Hz，是氣密箱旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)鏈I軸的松動(dòng)特征；出現(xiàn)228.52Hz，是22209CC的滾動(dòng)體過內(nèi)圈頻率Fi，表明旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)鏈I軸的22209CC軸承磨損，由于軸承內(nèi)圈磨損，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)鏈I軸晃動(dòng)。

2020年10月14日17：21：05，過了130天以后，頻譜圖上出現(xiàn)了大量的25.39Hz的諧波，如圖7所示。這表示2軸軸承有更加嚴(yán)重的磨損，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)鏈I軸有更大的松動(dòng)。

圖7 氣密箱振動(dòng)信號(hào)頻域圖 2020－10－14 17：21：05

根據(jù)以上情況，企業(yè)制定了檢修計(jì)劃，擬在年底時(shí)對(duì)該軸承進(jìn)行更換。

5 結(jié)論

實(shí)踐證明，智能制造技術(shù)可以有效保障高爐氣密箱正常運(yùn)行，為穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

（1）氣密箱智能潤滑系統(tǒng)可以保證氣密箱各潤滑點(diǎn)有充分的潤滑。

（2）氣密箱可視化監(jiān)測(cè)技術(shù)可以對(duì)關(guān)鍵部位達(dá)到很好的觀察使用效果。

（3）振動(dòng)信息是判斷氣密箱兩條傳動(dòng)鏈運(yùn)行狀態(tài)的主要參數(shù)。