转炉炉倾传动系统优化与应用

李 毅

（山钢集团莱芜分公司 特钢事业部，山东 莱芜271104）

莱钢特钢厂转炉自投产以来，炉倾系统频繁发生故障。在摇炉过程中，转炉炉倾系统运行不稳定，转炉起制动尤其是制动过程，存在着冲击大和振动大等问题，导致前后更换了9台一次减速机、1台二次减速机和1套扭力杆系统。更换的主要原因是减速机低速轴断裂、减速机齿轮轮齿断裂和扭力杆地脚螺栓剪断等问题。山钢集团莱芜分公司特钢事业部采用先进应变仪、数据采集及分析系统对1～3号转炉进行实时检测，取得了丰富的测试数据与现场工作参数。

本文主要研究改善变频器起动和制动性能，将消除高速制动现象作为炉倾传动系统改进的切入点，力争在现有变频器不改型的基础上，实现炉子可以平稳起动和制动，彻底消除炉倾高速制动带来的机械设备隐患。

1 设备现状

莱钢特钢厂转炉炉倾系统设计较为落后，沿用的老炉型设计，存在诸多设计缺陷，在传动设备选型上，存在不尽合理的地方，导致炉倾机械系统故障频繁，严重制约正常生产。采用推到重来的做法，不但投资费用高而且改造时间长，很不现实［1］。

2 出渣过程倾动力矩分析

转炉出渣过程倾动力矩实测值及回归曲线如图1所示。由图1可知，出渣过程倾动力矩大部分表现为负值。

图1 出渣过程的倾动力矩

通过对转炉出渣过程的倾动力矩测试与数据分析可知，在空炉状态下，其零力矩位置为出渣侧37°位置，说明转炉的质心为出渣侧并且处于托圈轴线以上，质心与转炉轴线中心的连线与转炉对称面呈37°。通过其他测试还可知，转炉处于正负力矩状态，最大正力矩出现在出渣过程中，最大负力矩水平出现在出钢过程中。

3 倾动过程动载荷分析

转炉倾动机械是由惯性元件和弹性元件组成的弹性系统，此系统在冲击作用下，将产生振动，在转炉生产过程中，这种振动主要表现为扭转振动。在转炉生产过程中，引起转炉发生扭转振动的激振力主要包括起制动、兑铁水、加废钢和刮渣等，在这些动载荷的作用下，倾动机械将发生扭转振动。因为系统的动载荷大小往往代表了倾动系统所承受的最大载荷水平，与系统强度及使用寿命密切相关，所以有必要对系统的冲击载荷进行详细的分析。理论上，动载荷的最大值应为各测试结果中冲击的峰值和倾动力矩的最大值之和。

4 扭力杆力矩水平的测试

在实际工作中，扭力杆不但是一个重要的抗扭转部件，而且还在转炉系统中起到重要的缓冲作用。为掌握冶炼周期中转炉扭力杆载荷水平的变化情况，在扭力杆上共焊接了2组电阻应变片来进行力矩测试。出钢过程扭力杆上的扭矩实测及回归情况如图2所示。

图2 出钢过程扭力杆实测扭矩曲线

分析转炉的结构可知，理想条件下扭力杆上的扭矩与耳轴上的扭矩应为稳定的倍数关系，且理论倍数值i为：

式中，S是两立杆间的距离，S＝4 650mm；r是曲柄半径，r＝540mm。计算可得i＝8.6。

实测扭力杆上力矩与耳轴倾动力矩的关系可知，实际工作中扭力杆力矩与倾动力矩的倍数关系并不完全固定不变，而是随倾动角度的不同、炉次的不同而不同。出钢过程中，倍数值在12～33之间变化，实测倍数值大于理论计算值。显然，这是由于倾动力矩在往扭力杆传递过程中由于倾动机构和扭力杆之间存在间隙，造成了损耗的缘故。

5 倾动过程中的速度变化情况测试

倾动过程中转炉的加速和减速曲线如图3和图4所示。由图3和图4可以看出，当开始加速时，速度由0迅速升至364r／min，耗时1.7s；当开始减速时，速度由280r／min迅速降至0r／min，耗时2.3s。

图3 倾动过程中转炉的加速曲线

图4 倾动过程中转炉的减速曲线

6 结语

由测试结果发现，转炉起动和制动过程中制动过程的冲击载荷尤其大，是造成倾动系统损坏的主要原因。在未增加硬件的情况下，通过软件调试和变频器功能开发，使现用的通用型西门子变频器实现可靠的零速满力矩制动控制功能，完全满足120t转炉炉倾负荷控制上的特殊要求。炉子可以平稳起动和制动，彻底消除了炉倾高速制动带来的机械设备隐患。

［1］李涛.转炉煤气放散点火装置的改进［J］.山东冶金，2013（2）：21－25.