RH 精煉爐頂槍控制系統優化

　　摘要：RH 頂槍的主要作用是加熱爐體、在真空環境下吹氧脫碳，同時加熱鋼水，進行噴吹粉 劑脫硫、脫磷等。頂槍控制系統是頂槍工藝過程的控制環節，直接影響鋼水真空精煉工藝的 控制準確性、生產的穩定性和安全性。針對頂槍在抱閘過程的“下溜”、精準定位頂槍位置 和發生斷電故障時如何處理三方面問題進行分析，同時分別從變頻器、故障提升、編碼器對 頂槍的控制進行分析與優化。結合某鋼廠 RH 頂槍的實際運行情況，在冶煉過程中進行優化 有效地避免事故發生，提高設備使用安全。

　　關鍵詞：頂槍控制系統;變頻器;編碼器;氣動提升;系統優化

　　0 引言

　　現代社會的發展對鋼質量提出了更高的需求，由此對 RH 真空脫氣、夾雜物處理等精煉 環節提出了更高的要求。RH 真空精煉裝置具有精煉效果好、操作簡單、單體生產能力強、處 理時間短的優點[1]。

　　鋼水質量的好壞和產量的高低與工藝檢測是否準確、自動化程度的高低 相關，及時準確的檢測信息和高水平的自控能力是滿足穩定、精準控制的前提。RH 精煉爐系 統的主要組成部分包括鋼包車系統、液壓系統、環流系統、真空槽車系統、加料系統、頂槍系統、烘烤槍系統等[2]。其中頂槍控制系統是精煉爐系統的一個重要子系統，主要擔負著精 煉前爐內的大氣加熱、精煉過程中的真空吹氧、精煉結束后的吹氧化渣等功能。

　　鋼鐵論文范例： 鋼鐵企業原燃料分析相關問題探討

　　頂槍在運行過程中，抱閘提前動作和抱閘延遲[3]，以及由此產生的位置偏差，會對煉鋼生 產帶來影響，嚴重的可能危害生產安全。近年來，國內多家煉鋼公司對于產生的位置誤差采 用激光測距與編碼器相結合的方式，雖然可以得到準確的位置高度，但是未能在準確的位置 抱閘 [4]。對于事故提升的方式，許多鋼廠采用氣動提升方式，發生停電故障時，需要操作工 到頂槍平臺手動扳動離合器才能提升。

　　1 頂槍系統的基本結構與問題分析

　　1.1 頂槍系統的基本結構

　　頂槍的升降裝置主要由槍架子、升降傳動裝置、鏈條、密封氣囊、金屬軟管等部分組成 [5]。槍體由槍架子夾持，槍架子上下由鏈條帶動可在工作位和待機位進行垂直的上下移動， 頂槍升降裝置共有 4 個限位[6]。頂槍變頻裝置采用矢量控制，每臺變頻器對應一臺電動機， 均為帶編碼器矢量控制，抱閘采用 PLC 控制。

　　頂槍系統的控制對象包括頂槍槍體以及頂槍對應的閥站。頂槍升降裝置采用齒輪減速電 機進行驅動，通過鏈輪鏈條帶動升降小車進行升降。頂槍升降在吹氧位、加熱位的定位由旋 轉編碼器進行控制，旋轉編碼器安裝在鏈輪軸端部，通過計算鏈輪軸的旋轉圈數來進行精確 定位[7-8]。為防止旋轉編碼器失效，還設置了 2 個行程開關作為上、下 2 個極限位的過極限保 護[9]。

　　1.2 頂槍系統的問題分析

　　(1)由于頂槍是垂直運動的，抱閘打開時，若控制不當，由于重力作用，槍體會下滑。 在生產過程中，這種現象會造成危險，若爐內有鋼水，可能會導致爐內鋼水噴濺或槍體損壞 [10]。 (2)頂槍吹氧的位置對鋼水質量有重要意義，頂槍槍體運行過程中采用編碼器測量值來 確定頂槍所在位置，整段運行需要在多個位置進行工藝處理，所以停止位置的準確性很重要。 (3)當鋼廠遇到停電故障時，需要緊急提槍以保護槍體，防止發生設備事故。斷電后，無法采用電機轉動提槍，采用氣動馬達形式可以將槍體升至安全位置，保護設備安全。

　　2 RH 頂槍控制的優化

　　2.1 抱閘模塊的改進

　　針對頂槍抱閘打開時頂槍稍有下降的現象，通過分析頂槍電流和轉矩趨勢圖發現，“下 溜”現象產生的原因是抱閘打開時變頻器還沒有建立足夠的初始轉矩，無法承受頂槍槍體的 質量。通過對頂槍變頻器參數的修改，使變頻器輸出足夠大的力矩后再打開抱閘，可以使頂 槍正常提升，避免瞬間啟動后出現“下溜”現象。

　　修改參數前提槍的瞬間轉 速的反饋信號為負值，修改參數后提槍的瞬間實際轉速沒有負反饋。這說明參數的修改可以 解決提槍瞬間槍體“下溜”的現象。結合某鋼廠頂槍系統的運行狀態，證明該參數的修改可 以保證頂槍系統穩定運行，未發生槍體運動瞬間下滑的現象，同時穩定的啟動能有效地減少 對電氣系統的沖擊，避免事故的發生。

　　2.2 故障提升系統

　　若鋼廠突遇故障發生停電，頂槍系統有兩種緊急處理方案：一是通過不間斷電源 (uninterrupted power supply，UPS)或緊急電力供給(emergency power supply,EPS)給頂槍 電機供電提槍;二是有制動器、氣動馬達、離合器等組成氣動控制系統進行提槍。兩者相比， 由于故障提升屬于偶然事件，不間斷電源在長期不使用可能導致性能不佳，所以相比而言氣 動提槍的性價比較高，使用更為可靠。 頂槍的氣動控制系統包含頂槍、升降小車、減速電機、聯軸器、氣動馬達、氣缸、連接 器、制動器。發生斷電時，操作工按下 HMI 畫面上的啟動按鈕，即可進行頂槍故障提升。

　　點擊 HMI 畫面上的“啟動”按鈕，提升自動 流程開始，動作依次為氣囊打開、離合動作、氣動馬達啟動、電機抱閘打開，頂槍開始上升。 到達上限位后，流程結束，抱閘關閉、馬達停止、離合松開，上升流程完成。期間有異常狀 況發生時，可以手動停止流程。控制氣路通過氣控柜，柜內有輸入、輸出接口，氣路通過氣 管分別輸送到各個動力傳動部件(制動器、離合器、氣動馬達)。閥站內設有兩個電磁閥[11]，分別為頂槍升降電機打開電磁閥、頂槍氣動馬達啟動電磁 閥。

　　壓縮空氣通過軟管分為三路：第 1 路通過電磁閥來控制氣動馬達連接和分離閥門，同時 PLC 采集閥門打開和關閉信號;第 2 路通過電磁閥控制氣動馬達啟動;第 3 路通過電磁閥控 制升降電機松閘閥門，同時該支路設有壓力開關來顯示升降電機的抱閘狀態。以前鋼廠使用的事故提升系統一般需要操作工到達頂槍平臺按下操作箱上的事故提升按 鈕，同時手動打開氣動馬達連接器，槍體才開始進行氣動提升。本文通過設置 4 個電磁閥， 通過 PLC 對閥門的控制可以使控制方式變為自動，一般事故提升較為緊急，由于頂槍平臺離 主控室較遠，在控制室的 HMI 畫面上操作，方便操作工及時啟動故障提升裝置。

　　2.3 編碼器信號的優化

　　精煉過程中，頂槍需要在多個位置進行工藝處理，包括吹氧脫碳區、大氣加熱區和吹氧 化渣區[12]，傳統的控制方式是利用固定的機械限位來限制頂槍的幾個極限位置，通過在程序 中設定所需要的精確定位，齒輪電機控制槍體進行上下移動。頂槍運行至目標位置后停止， 但是由于慣性需要對頂槍位置進行微調，導致頂槍的變頻器在短時間內進行正反向轉動，長 期微調會導致變頻電機瞬間電流過大，減少變頻器使用壽命。為了減輕對變頻器的損耗，提 出一種編碼器優化的計算方法。在實際行程中，頂槍運行時的減速距離和停止距離基本為定 值。

　　3 結論

　　(1)對于槍體在運行瞬間發生“下溜”現象，通過對變頻器的參數修改，增加初始轉矩 的大小，使槍提升瞬間能夠將槍體抱緊。

　　(2)對于發生故障無法進行提槍操作，設置故障提升裝置，增設頂槍閥站，利用電磁閥 控制的方式，在 HMI 畫面上進行事故提升的自動模式，可以及時將槍體提出，減少槍體損壞， 通過某鋼廠試驗采用事故提升裝置，可在 90 s 內將槍體提升至上極限位。

　　(3)對于槍體運行過程能準確定位位置，在運行過程中增加減速區，利用這種方式可以 使槍體到達目標位置的時間減少 10 s 左右，同時減少停槍位置誤差。通過在某鋼廠經冶煉過程的試驗應用，有效減少由于頂槍產生的故障，冶煉過程正常，穩定性良好 。

　　參考文獻：

　　[1] Zhu B, Chattopadhyay K, Hu X, et al. Optimization of sampling location in the ladle during RH vacuum refining process[J]. Vacuum, 2015:S0042207X1830143X.

　　[2] 李瑞波,何俊正,賀恩成,等.RH真空處理裝置的應用[J].自動化應用,2010(6):12.(LI Ruibo,HE Junzheng,HE Encheng,et al.Application of RH vacuum treatment device[J].Applications of Automation,2010(6):12.)

　　[3] 喬衛恒.鋼鐵冶煉中氧槍控制系統的創新研究[J].山西冶金,2020,43(4):116.(QIAO Weiheng.Innovative research on oxygen lance control system in iron and steel smelting[J].Shanxi Metallurgy,2020,43(4):116.)

　　作者：毛家怡 1，趙鋒輝 1，董 波 1，劉溪慶 2，郭高鑫 1，高 靜 1

轉載請注明來自發表學術論文網：http://www.zpfmc.com/jjlw/28837.html