天鐵2 800 m3高爐爐頂布料器旋轉(zhuǎn)變速運(yùn)動設(shè)計(jì)及應(yīng)用

龐順清（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司第二煉鐵廠，河北涉縣056404）

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天鐵2 800 m3高爐爐頂布料器旋轉(zhuǎn)變速運(yùn)動設(shè)計(jì)及應(yīng)用

龐順清
（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司第二煉鐵廠，河北涉縣056404）

［摘要］為確保高爐穩(wěn)定順行，結(jié)合高爐生產(chǎn)工藝，將天鐵2 800 m3高爐爐頂布料器旋轉(zhuǎn)的電氣系統(tǒng)及自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使得布料器運(yùn)轉(zhuǎn)更加穩(wěn)定，延長了設(shè)備生命周期，降低了電能損耗，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

［關(guān)鍵詞］高爐；布料器；旋轉(zhuǎn)；變速

1　引言

天鐵2 800 m3高爐（以下簡稱：高爐）是一座現(xiàn)代化的大型高爐。高爐自2009年6月19日投產(chǎn)以來，運(yùn)行相對穩(wěn)定，但一些核心部件運(yùn)行故障時有發(fā)生。高爐爐頂布料器是實(shí)現(xiàn)高爐精準(zhǔn)布料的核心部件，它的運(yùn)行狀況將直接影響到高爐爐況的穩(wěn)定順行。但自投產(chǎn)以來，該部件故障時有發(fā)生，且非常棘手，嚴(yán)重時導(dǎo)致休風(fēng)或重新更換布料器。由于布料器體積龐大，與其他爐頂設(shè)備連接復(fù)雜，更換一次的周期達(dá)到70 h左右，嚴(yán)重影響到高爐的生產(chǎn)運(yùn)行。而且布料器價格昂貴，備件費(fèi)用較高，每次更換帶來的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失較大。為此單位多次組織專家對事故布料器進(jìn)行分析論證，發(fā)現(xiàn)主要是其核心部件回轉(zhuǎn)軸承長期高速運(yùn)行磨損所致。經(jīng)反復(fù)研究并結(jié)合工藝生產(chǎn)實(shí)際情況，決定對布料器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動方式進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，即在布料器非布料狀態(tài)的間歇時期進(jìn)行降速運(yùn)行，以減少布料器長期高速運(yùn)行帶來的不必要磨損。通過變頻調(diào)速的方式，實(shí)現(xiàn)“間歇減速，布料正常”的運(yùn)行模式。為此單位組織相關(guān)技術(shù)人員對電氣自動化及PLC程序進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。方案施工完成后，運(yùn)行效果良好，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求，為公司節(jié)約了設(shè)備及電力成本，確保了高爐長周期穩(wěn)定順行。

2　爐頂布料器工作原理、重要性及結(jié)構(gòu)介紹

2.1布料器工作原理及其重要性

布料器也稱氣密箱，是無鐘爐頂?shù)暮诵脑O(shè)備，其功能是驅(qū)動并控制布料溜槽繞高爐中心線的旋轉(zhuǎn)和傾動，以完成高爐不同的布料要求。布料溜槽與高爐垂直中線傾角-α角，它的變化由3個垂直油缸驅(qū)動，通過油缸的上下運(yùn)動帶動布料溜槽傾角的變化。布料器溜槽的旋轉(zhuǎn)角-β角，它的變化是由電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動上回轉(zhuǎn)支撐的外齒圈旋轉(zhuǎn)，外齒圈旋轉(zhuǎn)帶動溜槽旋轉(zhuǎn)。α角傾動和β角旋轉(zhuǎn)配合，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)形、螺旋形、扇形、定點(diǎn)、中心加焦等布料方式，可將爐料布到爐喉斷面的任意位置。因此，布料器的精確性和穩(wěn)定性將直接影響到高爐爐況的穩(wěn)定順行。

2.2布料器的結(jié)構(gòu)組成

布料器主要由布料器外殼、布料溜槽、托架、上、下回轉(zhuǎn)支撐、中心喉管、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、齒輪、導(dǎo)向裝置、傾動油缸、各種管道（水管、液壓管、潤滑油管）等組成。布料器結(jié)構(gòu)及驅(qū)動原理如圖1所示。

圖1　布料器結(jié)構(gòu)及驅(qū)動原理

3　高爐爐頂布料器旋轉(zhuǎn)變速運(yùn)動設(shè)計(jì)方案可行性分析

3.1提出設(shè)計(jì)思想

為確保高爐穩(wěn)定順行，在幾次布料器故障的分析論證中發(fā)現(xiàn)，布料器內(nèi)部的壞損部位多是回轉(zhuǎn)軸承等部件因高速運(yùn)轉(zhuǎn)磨損所致。因此，專家提出布料器是否可降速間歇式運(yùn)行，從而減少布料器的高速磨損，延長其使用壽命。結(jié)合高爐生產(chǎn)工藝發(fā)現(xiàn)在正常布料結(jié)束后，布焦的間歇時間為120 s，布礦的間歇時間為330 s。這個間歇時間完全可以將布料器的速度降下來，待進(jìn)行下一次布料時，再將布料器的速度調(diào)回至正常運(yùn)行的狀態(tài)，確保精準(zhǔn)布料。

3.2可行性分析

通過電氣及自動化相關(guān)技術(shù)人員的分析確定，在布料器旋轉(zhuǎn)電機(jī)回路中加裝變頻器，并對原布料器運(yùn)行程序進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和完善，可以實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)施工中可以保留原工頻控制操作系統(tǒng)，作為備用控制。在原人機(jī)交互界面中可設(shè)計(jì)為變頻與工頻、自動與手動的靈活運(yùn)行模式，最終實(shí)現(xiàn)布料間歇時旋轉(zhuǎn)電機(jī)慢速運(yùn)行，需要布料時旋轉(zhuǎn)電機(jī)提速為正常運(yùn)行模式，所謂“間歇減速，布料正常”。

3.3預(yù)期可達(dá)到的效果

這一方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施，一方面可以通過變頻器降速，從而減少因布料器內(nèi)部長期高速運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的設(shè)備磨損，減少故障率，延長布料器的使用生命周期，為企業(yè)節(jié)約設(shè)備成本；另一方面，可節(jié)約電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電力成本，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4　高爐爐頂布料器旋轉(zhuǎn)變速運(yùn)動設(shè)計(jì)方案的實(shí)施

4.1電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該電氣及自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在保留原模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化的另一個控制方案，投入運(yùn)行后原系統(tǒng)將作為備用控制系統(tǒng)保留，兩個系統(tǒng)可通過人機(jī)交互的方式進(jìn)行切換使用，以便更加可靠地控制布料器。電氣控制圖如圖2所示。KM14為變頻器合閘接觸器，它與原工頻回路中的接觸器KM11、KM12形成電氣互鎖，優(yōu)先使用變頻器回路控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)。KM13為變頻器對布料器旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出接觸器，只有當(dāng)KM14合閘后，它才具備使用條件，否則變頻器可能被工頻反送電。旋轉(zhuǎn)電機(jī)采用Altivar71施奈德變頻器控制，電機(jī)的轉(zhuǎn)速由K14和K15分別控制變頻器輸出速度1和速度2。當(dāng)布料器需要降速旋轉(zhuǎn)式，僅K14得電，電機(jī)慢速運(yùn)行；當(dāng)布料器需要布料時，K14和K15會同時得電，電機(jī)以50 Hz運(yùn)行，確保布料器按照工藝要求精準(zhǔn)布料。變頻器采用開環(huán)固定頻率控制，斜坡時間均為5 s。慢速頻率可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要對變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，目前設(shè)定為25 Hz。

4.2 PLC程序設(shè)計(jì)

高爐爐頂PLC系統(tǒng)采用GE PAC Rx3i自動控制系統(tǒng)與圖爾克BL67 TRUCK總線系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對高爐爐頂?shù)淖詣踊刂啤Ｔ趯πD(zhuǎn)電機(jī)程序編譯的過程中緊密結(jié)合了生產(chǎn)工藝的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互對布料電機(jī)變頻控制的手自動轉(zhuǎn)換，確保爐頂系統(tǒng)在全自動運(yùn)行過程中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的變速能夠自動運(yùn)行。當(dāng)爐頂中心料倉發(fā)出“料空”信號時程序輸出降速命令，當(dāng)爐頂發(fā)出“系統(tǒng)到料線”信號時程序輸出提速命令。此時在探尺提升到“上限”位置，下密閥、下節(jié)閥分別打開的過程中，布料器就已經(jīng)“旋轉(zhuǎn)速度到位”滿足正常布料的條件。在程序編譯過程中，同樣以互鎖的形式使變頻控制與原工頻控制系統(tǒng)進(jìn)行了有效的融合，確保自動控制系統(tǒng)安全運(yùn)行。

5　投入運(yùn)行具體情況

5.1爐況保持穩(wěn)定順行

布料器變速控制系統(tǒng)能滿足高爐的正常布料，該系統(tǒng)實(shí)施后高爐保持了長期穩(wěn)定順行，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也保持了相對穩(wěn)定并有所改善（見表1）。

圖2　布料器旋轉(zhuǎn)電機(jī)電氣控制原理

表1　天鐵6號高爐主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

5.2降低了布料器故障率，延長使用壽命

布料器變速運(yùn)行后，明顯降低了布料器故障率。通過對布料器溫度的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，改造前布料器的平均運(yùn)行溫度為47℃，改造后的平均運(yùn)行溫度能夠保持在34℃左右。這說明因內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)摩擦產(chǎn)生的熱量大大減少，內(nèi)部軸承間高速的磨損時間降低了，這將延長布料器的使用壽命，確保布料器長周期安全運(yùn)行。同時根據(jù)布料器內(nèi)部潤滑油使用情況，適當(dāng)延長了爐頂智能系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)潤滑油的打油間隔時間，節(jié)約了潤滑成本。

5.3節(jié)約了電力成本

試車運(yùn)行后，布料器運(yùn)行完全能夠滿足工藝應(yīng)用的要求，實(shí)現(xiàn)了“間歇減速，布料正常”的設(shè)計(jì)要求。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速從N1變到N2時，電機(jī)軸功率P的變化關(guān)系為P2/P1=（N2/N1）3，由此可見降低電機(jī)轉(zhuǎn)速可得到立方級的節(jié)能效果。以慢速時25 Hz計(jì)算，減速后能夠節(jié)約87.5％的電能，從而大幅度降低了電力成本。

6　結(jié)束語

通過這次對高爐爐頂布料器旋轉(zhuǎn)變速運(yùn)動的精心設(shè)計(jì)和工藝應(yīng)用，使得布料器運(yùn)轉(zhuǎn)更加穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期的效果。該項(xiàng)目實(shí)施后不僅保持了爐況的穩(wěn)定順行，而且減少了布料器故障率，延長了設(shè)備生命周期，降低了電能損耗，實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為高爐的長期穩(wěn)定順行奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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Design and Application of Variable Rotation of Tiantie 2 800 m3BF Top Distributor

PANG Shun-qing
（Iron-making Plant 2，Tianjin Tiantie Metallurgy Group Co.，Ltd.，She County，Heibei Province，China 056404）

AbstractIn order to ensure the stable and smooth running of the blast furnace，the electrical system and automatic control system for the rotation of Tiantie 2 800 m3BF top distributor was redesigned in combination of production process. Afterwards the distributor ran more stably with prolonged equipment service life and reduced power consumption. Good economic benefit was obtained.

Key wordsBF；material distributor；rotation；speed variation

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2016.03.018

收稿日期：2016- 02- 08修回日期：2016- 02- 25

作者簡介：龐順清（1963—），男，工程師，現(xiàn)在天鐵集團(tuán)第二煉鐵廠從事設(shè)備管理工作。