交流變頻器在轉爐煉鋼氧槍控制中的實踐應用研究

劉愷

摘 要：隨著我國變頻技術和控制技術的不斷發展，交流變頻器在轉爐煉鋼氧槍控制中得到了廣泛的運用，是轉爐煉鋼控制系統中極其重要的組成部分。另外，氧槍在升降過程中需要實現慢速到快速再到慢速的轉換，同時存在許多停經工藝檢測點，對各個工藝點提出了非常高的要求，尤其體現在吹煉點，從而氧槍的槍位直接決定了煉鋼的質量。為此，本文從其工作的原理出發，深入分析論述了通信及連鎖、升降過程以及實際操作過程中存在的問題及對應措施，希望為今后的實踐操作提供一個具有參考價值的文獻基礎。

關鍵詞：交流變頻器；轉爐煉鋼；氧槍；實踐應用

1.工作原理

在固定導軌升降時，每臺變頻器都可以通過切換驅動兩根氧槍，實現兩套氧槍的靈活備用。每套氧槍升降系統由一臺110kW交流電動機傳動，在生產過程中當工作氧槍發生故障時，可快速通過橫移換槍等操作，使用備用氧槍繼續生產。氧槍系統有一套事故提升裝置，不接入電網，由事故電池作為電源驅動事故電機升降，當氧槍系統停電時，可切換到事故電機將氧槍提起，氧槍停車時有抱閘系統實現[1]。

另外，高壓氧氣在輸氧管道中的流動速度較低，一般在60m/s以下，氧氣流通過噴嘴后，形成超音速的氧射流，流速為500-600m/s，為音速的二倍左右。噴嘴能最大限度地將氧氣壓力能轉化為動能獲得超音速流股，借此向熔池供氧并攪動熔池金屬液以達到吹煉目的[2]。因此，噴嘴是壓力、速度的能量轉換器。采用合理的噴嘴結構是頂吹氧氣轉爐煉鋼的關鍵問題之一。目前國內外頂吹氧氣轉爐所采用的噴嘴類型是多種多樣的。按噴嘴形狀和特點可分為拉瓦爾型、直筒型及單擴張型等；按噴嘴孔數可分為單孔及多孔噴嘴；按吹入物質可分為氧氣噴嘴、氧、燃噴嘴及噴粉料的噴嘴。與其他煉鋼方法相比，氧氣煉鋼法具有吹煉速度快，生產率高、品種多、質量好、原材料消耗少、熱效率高、成本低、基建投資省、建設速度快、氧氣頂吹轉爐容易與連續鑄鋼相匹配等特點。

2.通信及連鎖

本文對氧槍控制驅動系統研究選用的是西門子440變頻器及相關輔助性設備來驅動每套氧槍升降裝置電動機。采用兩種方式進行聯系控制：一種是硬線控制，就是變頻器本身的端子就有控制啟停和幾個內部IO的點，可以通過硬線控制并讀取狀態[3]。另一種辦法是通過DP網，通常需要在購買變頻器的時候購買DP通訊模板，有的變頻器自帶了這個DP通訊功能，然后就可以在SIMENSE S7 PLC組態的時候直接組態變頻器，類似一個普通遠程站。另外，變頻器可以反饋給PLC檢測及功能信號及數據，供PLC作為控制依據。變頻器與計算機控制系統之間的信號與數據傳輸采用DP網絡進行通訊，而不是采用以往常用的控制電纜硬線連接的方式，這樣，節省了許多控制電纜，而且在實際工作中也證明了這種通訊方式大大方便了變頻器與計算機控制系統之間的信號采集與數據傳輸。氧槍升降系統是轉爐控制系統中最重要的部分，安全性要求極高，易出現生產及人身傷害事故，聯鎖條件較多。部分工作程序和聯鎖控制通過計算機控制系統（PLC）實現，部分特別重要的連鎖條件不經PLC程序，而是直接作用于變頻器控制，防止PLC通訊出現異常時產生誤操作、誤動作，極大地增加控制的安全性、可靠性。一旦系統監測到下表1所列的情況，必須立即提槍報警，否則會造成工傷事故。

3.升降控制

氧槍升降裝置， 是使氧槍升降的動力裝置，主要是由氧槍升降小車、導軌、卷揚機、橫移裝置鋼絲繩滑輪及氧槍高度指示標尺等構成[4]。另外，一個完整的升降動作控制過程包括：操作人員在監控畫面合閘，信號到PLC后經程序判斷滿足條件時給變頻器合閘信號，同時變頻器合閘接觸器吸合，操作主令控制器信號到PLC經程序判斷滿足動作條件時給變頻器解封信號，變頻器處于預勵磁狀態，氧槍抱閘打開，PLC給變頻器控制字一定的速度，變頻器驅動電機轉動。當主令控制器回零后，PLC給變頻器零速控制字，變頻無輸出，氧槍抱閘抱死，氧槍停止工作。

4.實際操作中存在的問題及對應改進措施

在實際操作中存在的問題主要包括槍位不準、制動器故障、溜槍、電機超溫故障以及槍位信號紊亂幾個主要的方面。其中，槍位不準的原因主要是校零限位、光電編碼器及線路方面的故障，解決的方法是檢查校零限位是否滑動、編碼器鏈接是否滑落以及線路是否斷線；制動器故障的原因主要是制動器得電未打開或者打開后無限位信號，解決方法是檢查制動器電源箱至抱閘連線有無損害、測量沖擊電壓及保持電壓是否正常、通知鉗工檢查抱閘氣隙是否正常以及調整限位；溜槍主要是由于接觸器及繼電器觸點有粘連，解決方法是檢查提升、下降指令繼電器RMQ和RDT是否正常、接觸器觸點是否良好、有無卡阻現象；電機超溫故障主要是電機超載運行引起的，解決方法是檢查溫度傳感器及線路是否正常；現場測量電機溫度是否出現異常；通知鉗工檢查機械方面有無卡阻；情況緊急下可以做短封處理，例如對于存在電流異常波動情況下應該停機檢查；槍位信號紊亂是有校零限位和線路或者是校零繼電器出現了損壞、計算機出現故障引起的。解決方法是檢查校零限位是否失靈、線路有無破損、校零繼電器接觸點是否良好。當故障排除以后，還需要將氧槍轉到機旁，進行手動操作一遍方可恢復正常。當上述檢查均不存在異常時，還需要進一步通知計算機一起查找故障。

參考文獻：

[1]袁章福，潘貽芳.煉鋼氧槍技術[M].北京：冶金工業出版社，2007：127-128.

[2]梁淵.煉鋼轉爐氧壓及氧槍槍位控制[J].四川冶金，2002，11（10）：1-2.

[3]田宏文.轉爐氧槍系統的自動化控制[J].冶金能源，2007，12（03）：1-5.

[4]鄭文靜，吳樹濤，王囡囡.轉爐氧槍控制系統的設計應用[J].萊鋼科技，2008，14（06）：1-3.