轉爐電氣自動化常見問題的原因分析

王 偉

（山東鋼鐵集團萊蕪分公司煉鋼廠，山東 濟南 271104）

隨著工業自動化、現代化進程的逐年推進，PLC技術日漸成熟，并且取代了傳統的繼電器控制功能，使轉爐煉鋼生產效率得到大幅提升。但是，在煉鋼生產過程中，由于外界作業環境或者人為操作失誤的影響，轉爐電氣自動化系統的一些常見問題也逐步浮出水面，為了確保正常的生產流程不受影響，煉鋼企業應當追根溯源，及時查找出產生各種問題的原因，并制訂針對性強、實效性好的檢修方案，以延長電氣自動化系統的使用壽命。

1 轉爐電氣自動化系統的工作原理

1.1 上料系統

上料系統是轉爐生產前專門為煉鋼生產供應原材料的一種供料裝置，主要由輔原料高位料倉上料系統、鐵合金中位料倉上料系統組成，當原材料通過自卸汽車運至生產區域后，地下受料倉借助于電動振動機將原料添加至帶式輸送機上面，然后由高位料倉負責儲存原材料。

1.2 投料系統

投料系統主要由于鋼包投料系統與爐后投料系統組不成，每一個分系統同時具有稱量與加料功能。生產工藝流程如下：結合輔助原材料的數量與品類，由操作人員發出稱量指令，然后在電動機的帶動下，高位料倉中的原材料被分別轉運，稱量工序結束后，操作人員打開排料閘門與電液推桿，將原材料投放至轉爐或者鋼包當中。為了防止出現溢料現象，該系統專門設置了氮氣密封系統，整個煉鋼過程只需要打開電動球閥，利用氮氣將溜管封堵即可[1]。

1.3 氧槍傾動系統

氧槍傾動系統由氧槍升降小車、導軌、提升裝置、橫移小車等結構組成，主要為轉爐的生產過程提供充足的氧氣，為了確保生產過程的連續性，通常情況下，轉爐系統分別設置兩根氧槍，一根在升降位置，另一根在橫移位置。一旦其中一根氧槍出現故障，氧氣供應系統將快速閥門，使備用氧槍發揮供氧功能。目前，轉爐供氧系統的最大用氧流量為36000Nm3/h。

1.4 汽化冷卻系統

汽化冷卻系統能夠回收煉鋼生產過程中產生的大量熱能，該系統主要由汽化冷卻煙道、汽包、除氧器、除氧水箱、高壓強制循環泵、低壓強制循環泵、鍋爐給水泵、取樣冷卻器等裝置組成。在系統運行時，能夠吸收大量的高溫煙氣，進而使其快速得到冷卻，以滿足煤氣回收工序的要求。

1.5 二次除塵系統

由于在轉爐煉鋼生產過程中，將產生大量的煙塵，為了避免給自然生態環境造成影響，轉爐設備設有二次除塵系統，該系統主要由門形排煙罩、煙氣調節閥、上料系統排氣罩、風量切換閥等裝置組成，主要擔負上料、投料過程中的除塵功能，是轉爐系統當中不可或缺電氣設備。

2 轉爐電氣自動化常見問題的原因分析與應對策略

轉爐系統結構復雜，采用的電氣自動化設備種類較多，除了上述列舉的電氣自動化系統外，還包括風機系統、副槍系統、通訊系統等，這些電氣自動化系統能夠共同完成轉爐的整個生產流程。但是，由于電氣自動化系統始終處于連續作業狀態，加之受到惡劣運行環境的影響，以至于常常出現一些運轉故障，而嚴重影響煉鋼生產流程，因此，煉鋼企業應當及時對電氣自動化系統的常見問題進行原因分析，以便于采取行之有效的補救措施，為煉鋼生產流程的順利進行保駕護航。

2.1 轉爐本體常見問題的原因分析與應對策略

轉爐本體結構組成如圖1所示。

圖1 轉爐本體結構組成

轉爐本體主要由爐體、爐殼、爐襯組成，從圖1中可以看出，其它附屬結構還包括加料口、排氣罩、氧氣噴槍、出鋼口、爐膛、齒輪以及控制箱等。在轉爐正常運轉情況下，轉爐傾動結構出現問題的概率相對較小，但是，一旦出現運轉異常狀況，整個煉鋼生產過程將受到嚴重影響。常見問題主要包括轉爐啟動后無法正常運行，或者無法完成正常的調速功能，即高速與低速運轉狀態無法正常調解。當出現這些問題后，操作人員首先應當檢查轉爐系統的主控室、MCC室以及轉爐的生產作業現場[2]。

并從以下幾個方面查找和確定產生問題的原因。第一，變頻器原因，轉爐系統一般設置四臺變頻器，主要負責控制轉爐的轉動速度，如果四臺變頻器能夠同時正常運轉，轉爐的轉速就可以得到有效控制。但是，當確定轉爐傾動器出現問題后，應當第一時間判斷四臺變頻器的運轉狀態，如果運轉異常，則可以確定故障原因與具體的故障部位。第二，操作區域原因，轉爐的傾動裝置一般有三個操作區域，即轉爐前方的兌鐵操作平臺、轉爐前方的出渣操作平臺以及轉爐后方的出鋼操作平臺，要想傾動系統能夠正常運轉，首先應當保證這三個操作區域不存在異常狀況。第三，急停信號原因，在轉爐運行過程中，急停信號的發射區域分別處于三個操作控制平臺，如果信號的發射點改變區域，則可判定傾動系統的故障類型。第四，搖爐原因，轉爐如果無法完成搖爐功能，首先觀察氧槍所處的位置是否處于帶吹點上方，同時檢測潤滑油的油溫，如果油溫偏高，則會影響轉爐的正常運轉。另一方面，當網絡通訊信號出現異常狀況，PLC系統功能就會受到影響，以至于煉鋼原料長時間貯存在轉爐內，而縮短轉爐的使用壽命。同時，也會出現漏鋼現象，進而引發更加嚴重的安全事故。因此，解決這一問題的有效措施是開啟強制搖爐功能，以保證PLC信號能夠順暢傳輸。

2.2 氧槍常見問題的原因分析與應對策略

圖2 氧槍的結構組成

氧槍是否能夠正常發揮供氧功能，與煉鋼質量有著密切關聯，首先應當保證氧槍處于正確位置，然后對氧槍的升降速度與噴氧速度進行有效控制。由于氧槍的內部構造較為復雜，因此，一旦發生故障，將出現供氧中斷的情況，進而導致煉鋼進程中止。氧槍的結構組成如圖2所示。

圖2中的1代表吊環、2代表內層管、3代表中層管、4代表上卡板、5代表外層管、6代表下卡板、7代表噴頭。氧槍的常見問題包括氧槍壓力、冷卻水出現異常，汽化系統與風機出現異常等。當氧槍壓力出現異常狀況時，將影響氧槍的正常使用，導致氧槍緊急提升。這時，氧槍管內的最低壓力值為0.6，當氧槍位置提升到開氧點之后，壓力值則降到0.5。冷卻水異常是指冷卻水流量超出標準范圍，導致設備儀表無法正常運轉，一旦冷卻水流量不在正常值范圍內，儀表將發出預警信號，這時，如果按動緊急制停按鈕，氧槍將停止運轉，進而表現出緊急鎖死狀態，同時，氧槍的噴射速度也會驟降至零點位置。

汽化系統主要是由氧槍與復吹系統共同組成的一種通訊類系統，查找該系統的故障原因需要觀察汽包的水位以及除氧器的水位，如果這兩個系統的水位出現低壓或者高壓的情況，氮氣的壓力值也將超出正常值范圍。風機的功能則類似于汽化系統，也屬于一種特殊的信號傳輸裝置，如果風機在運轉過程中，轉速低于900，緊急提槍信號就被傳送至復吹系統當中，然后再輸入氧槍。另外，在判斷氧槍故障類型時，也應當考慮人為操作失誤因素，比如鋼絲繩的承載力超出標準范圍，容易使氧槍發生位置偏移，這時，需要重置氧槍的噴射速度，確保噴射速度始終保持在780以下[3]。

2.3 網絡通訊常見問題分析與應對策略

目前，絕大多數煉鋼企業應用的通訊網絡都屬于以太網，在電氣自動化系統正常運轉狀態下，執行指令與信息通過輸入接口與總線網絡完成整個通訊過程。要想滿足正常的煉鋼生產需要，首先應當考慮網絡信號的覆蓋率，即保證每一個轉爐所關聯的電氣系統都需要覆蓋網絡信號。其次，這些網絡能夠串聯成為一個完整的網絡通訊系統，使每一道生產工序都存在傳輸信號。如果網絡通訊系統出現異常運轉狀況，整個煉鋼生產流程將受到嚴重影響。因此，一旦網絡通訊出現問題，應當第一時間予以檢測和排查，以確定導致故障的主要原因。比如網絡信號傳輸過程受阻，使得兩個轉爐之間的連接通道中斷，這時，兩個轉爐將同時中斷運轉，包括轉爐的卷簾門以及擋火門在內的裝置將處于失控狀態。另外，如果在同一個轉爐運行時間節點，計算機操作界面出現反色顯示，則需要對計算機主機或者交換機的接口位置進行檢查，如果確認該位置存在問題，應當及時對計算機的硬件系統進行檢修，以確保網絡通訊信號能夠順暢傳輸。

3 結語

綜上，轉爐電氣自動化系統中的轉爐主體、氧槍、網絡通訊裝置出現運行故障的頻率較高，因此，轉爐操作人員應當進一步加大日常巡檢力度，對引起運行故障的原因進行探查和全面分析，以及時確定故障類型與故障部位，并根據排查結果制訂一套科學高效的故障排除方案，在保障轉爐正常運轉的同時，為煉鋼企業創造更多的經濟效益與社會效益。