谈150吨倾动防点头自动化控制技术

摘 要：150t转炉是工业化生产常用设备，为机械制造业、塑料加工业、化工业等提供必要的设备条件。转炉自动化是我国炼钢行业设备改造趋势，转炉系统开始依赖于智能设备安装与使用，构建更具操控性的炼钢调度平台。文章对150吨倾动防点头自动化控制技术进行研究。

关键词：150吨；倾动防点头；自动化；控制技术

150t转炉是工业化生产常用设备，为机械制造业、塑料加工业、化工业等提供必要的设备条件。随着工业化水平提升，生产企业对转炉控制性能要求越来越高，重视转炉内部结构改造是技术研发重点。倾动系统是150t转炉不可缺少的组成部分，其在使用阶段常遇到“点头”现象，影响了整个转炉设备运行状态。本文分析了150t转炉倾动系统点头的危害性，提出自动化技术用于防点头控制的有效方法。

一、转炉倾动传统系统简介

1、转炉根据工艺要求，转炉倾动角度在-360-360度。转炉按照正力矩设计，耳轴位置偏向炉口即炉子耳轴下部比上部重，确保当转炉倾动电气控制系统故障或抱闸失灵能够靠炉体自重的正力矩保证炉口返回原位即炉口朝上的位置，避免炉发生倒炉事故。但是在出钢、出渣时，可能会出现负力矩。当炉体处在正力矩状态时，电动机处于电动运行状态；当炉体处于负力矩状态时，电动机处于回馈制动状态。

2、转炉倾动电动机使用变频控制，40t转炉采用1拖4，150t转炉采用4拖4，1台为主3台为从的方式，控制方式采用直接力矩控制。主变频器接受由PLC系统速度指令通过变频器之间的CONTROLNET网络向从变频器发送主变频器的转速、转矩及正反转指令，从变频器以转矩模式工作，接收并主动实现与主变频器的速度、转矩跟踪和转矩分配。

二、倾动电动机及变频器的选用

倾动电机：YZP355M-6 /200KW 4台

倾动变频器：AB PowerFlex 700S 4台

倾动制动器：制动器为ED201/6 共4台

1） 交流电动机

电动机功率应足够大，Pe-ac≥1.2Pe-dc Pe-ac： 交流电动机额定功率 Pe-dc： 直流电动机额定功率；电动机过力矩能力应足够大，Mmax=0.75Mcr≥1.2Mjmax， 应选择Mcr=2.8～3.0Mn的电动机，以避开转速颠覆区。电动机型式：变频，带强迫冷却风机

2） 变频传动装置

应采用矢量变换型并具有低频力矩补偿功能的变频传动装置。变频传动装置应具有电动机励磁预置特殊功能，应具有足够大的过载能力，满足Ivfmax≥2Ide，1min。四象限运行，变频器能工作在正向出力、正向制动、反向出力、反向制动四种工作状态。

变频传动装置制动方式：为适应转炉工作区间内力矩波动大的状况，实现均匀加减速，克服机械设备的扭力振动，进步转炉停车的稳定性，理论上采用回馈制动方式较理想，但考虑到变频装置回馈制动单元长期频繁运行，易发生逆变颠覆，造成系统停机。因此，为保证系统可靠、稳定运行，采用传统的能耗制动方式。

三、倾动系统点头危害性

转炉控制系统中，倾动系统状态取决于速度、转矩控制精度等标准。实际应用发现，交流变频技术存在明显缺陷，如：非线性、低转速等，这些都是引起炉体点头及下滑现象的原因。150t转炉出现点头或下滑，不仅降低了炼钢生产水平，也容易对人员或设备造成潜在的安全风险。

四、点头及下滑现象产生的原因分析

1、机械系统力矩分配发生变化。由于炉体机械部分例如转炉耳轴、悬挂装置部分出现故障，机械力矩分配发生变化，原倾动正常运转时设定的变频参数不能适应变化后的力矩分布，传动控制性能降低。此类故障可以从日常点检及定修中及时发现并且完全处理。

2、炉口粘连钢渣太多太厚或者炉底砖侵蚀严重太薄，都有可能破坏炉体正力矩设计的工艺边界。这一故障出现几率较大，特别是炉体使用周期后期，是造成倾动点头和下滑的主要原因。150t转炉定期检测炉体内部状态，使用炮车及时处理炉口及出钢口粘连钢渣，有效降低了事故的发生。

3、变频装置容量不足。由于转炉炉体动态响应要求高，而且是大惯性力矩重载启动，其传动驱动系统必须选择较大的裕量，即采用大马拉小车。变频器要考虑大两级的系列产品。如果传动装置容量较小，则动态性能无法保证就会出现点头下滑现象。150t转炉使用4台AB POWERFLEX700S 315KW变频器，4台YZP355M-6/200KW电动机完全适用于现用设备正常运转。

4、抱闸控制设计缺陷。倾动制动普遍设计为抱闸控制思路，即当变频器给定频率大于等于5Hz时，抱闸打开。或者，当变频器转矩大于一定值 时，抱闸打开。这种控制方法缺陷在于：启动之初，抱闸还未打开，变频器已经向电动机输出某一方向的转动频率，由于抱闸未打开，电动机及炉体还没有运转，由于堵转状态，电动机电流和转矩上升飞快，1-5毫秒就能达到抱闸打开阀值，在抱闸打开瞬间力矩和电流会忽然消失或大幅降低，电机在较高的给定频率作用下，产生急加速，驱动力矩再减小，抱闸关闭，而变频器频率依然输出给电动机，抱闸后电流和转矩再次快速上升，抱闸打开。如此抱闸断续的快速的开断，造成了倾动的点头、下滑甚至是倒炉事故的发生。采用时间参量与静态力矩预置结合控制抱闸的方式，可以避免上述问题。上一炉倾动动作结束后，保持变频器处于工作状态，只是将传动装置的速度给定设置为零，维持炉体以零速状态保持动态静止，此时，变频器仍然输出一个力矩抵抗炉体的反向力矩，且两者保持动态平衡，也就是动态力矩。当下次传动装置接到运行指令，炉体倾动的起始状态相当于零反抗力矩启动，启动过程相对顺利。同时，控制抱闸运行命令发出300ms后打开，此时传动力矩有了足够的时间建立驱动力矩，保证了炉体的平稳启动。当然，抱闸的延时打开时间要经过多次、仔细的探索。150t转炉使用的变频器AB POWERFLEX700S 具有专利的、FORCETM磁通矢量控制技术，并且具有加速度闭环控制，能确保负载始终处于受控状态。POWERFLEX 700S具有TORQPROVETM力矩校验功能，TORQPROVETM确保倾动停止后机械抱闸可靠地控制负载，当收到运行命令，机械抱闸打开时变频器能够控制负载： TORQPROVETM AND FORCE TECHNOLOGYTM帮助消除人们对V/F标量型、传统矢量型变频器在抱闸时控制的不定因素的担忧，并且可以解决倾动在>90度时的力矩控制的关键问题。

150t转炉4台交流电动机由4套变频器调速装置一拖一驱动，控制系统由一套AB PLC组成倾动本体系统的自动化控制.正常生产台电动机同步运行，主/从控制，同步启动，同步能耗制动。控制指令由操作人员在操作台主令控制器发出。变频器主机可以任意选择，当一台变频器故障时，可将故障变频器切除，任意三台可以继续工作，保证设备安全运行 。变频器为AB PowerFlex 700S 4台，制动器为ED201/6共4台。

结论

为了避免点头现象对转炉运行造成的不良影响，要积极采用自动化控制技术为支撑，建立更加先进的转炉倾动控制平台，为人员操控、设备运行、工艺调整等提供优越的操控环境。■

参考文献

[1]张玉忠.转炉倾动机构扭力杆的有限元分析[J].机械管理开发.2006（03）

[2]高素荷.大型转炉倾动机构扭力杆有限元分析[J].计算机辅助工程.2006（S1）

[3]陶汉雄.变频器在转炉倾动系统的应用及改造[J].冶金丛刊.2006（06）

[4]邵克志，张海昆.济钢120t转炉倾动装置交流变频调速系统开发与应用[J].变频器世界.2006（07）