交流变频器在转炉炼钢氧枪控制中的实践应用研究

刘恺

摘 要：随着我国变频技术和控制技术的不断发展，交流变频器在转炉炼钢氧枪控制中得到了广泛的运用，是转炉炼钢控制系统中极其重要的组成部分。另外，氧枪在升降过程中需要实现慢速到快速再到慢速的转换，同时存在许多停经工艺检测点，对各个工艺点提出了非常高的要求，尤其体现在吹炼点，从而氧枪的枪位直接决定了炼钢的质量。为此，本文从其工作的原理出发，深入分析论述了通信及连锁、升降过程以及实际操作过程中存在的问题及对应措施，希望为今后的实践操作提供一个具有参考价值的文献基础。

关键词：交流变频器；转炉炼钢；氧枪；实践应用

1.工作原理

在固定导轨升降时，每台变频器都可以通过切换驱动两根氧枪，实现两套氧枪的灵活备用。每套氧枪升降系统由一台110kW交流电动机传动，在生产过程中当工作氧枪发生故障时，可快速通过横移换枪等操作，使用备用氧枪继续生产。氧枪系统有一套事故提升装置，不接入电网，由事故电池作为电源驱动事故电机升降，当氧枪系统停电时，可切换到事故电机将氧枪提起，氧枪停车时有抱闸系统实现[1]。

另外，高压氧气在输氧管道中的流动速度较低，一般在60m/s以下，氧气流通过喷嘴后，形成超音速的氧射流，流速为500-600m/s，为音速的二倍左右。喷嘴能最大限度地将氧气压力能转化为动能获得超音速流股，借此向熔池供氧并搅动熔池金属液以达到吹炼目的[2]。因此，喷嘴是压力、速度的能量转换器。采用合理的喷嘴结构是顶吹氧气转炉炼钢的关键问题之一。目前国内外顶吹氧气转炉所采用的喷嘴类型是多种多样的。按喷嘴形状和特点可分为拉瓦尔型、直筒型及单扩张型等；按喷嘴孔数可分为单孔及多孔喷嘴；按吹入物质可分为氧气喷嘴、氧、燃喷嘴及喷粉料的喷嘴。与其他炼钢方法相比，氧气炼钢法具有吹炼速度快，生产率高、品种多、质量好、原材料消耗少、热效率高、成本低、基建投资省、建设速度快、氧气顶吹转炉容易与连续铸钢相匹配等特点。

2.通信及连锁

本文对氧枪控制驱动系统研究选用的是西门子440变频器及相关辅助性设备来驱动每套氧枪升降装置电动机。采用两种方式进行联系控制：一种是硬线控制，就是变频器本身的端子就有控制启停和几个内部IO的点，可以通过硬线控制并读取状态[3]。另一种办法是通过DP网，通常需要在购买变频器的时候购买DP通讯模板，有的变频器自带了这个DP通讯功能，然后就可以在SIMENSE S7 PLC组态的时候直接组态变频器，类似一個普通远程站。另外，变频器可以反馈给PLC检测及功能信号及数据，供PLC作为控制依据。变频器与计算机控制系统之间的信号与数据传输采用DP网络进行通讯，而不是采用以往常用的控制电缆硬线连接的方式，这样，节省了许多控制电缆，而且在实际工作中也证明了这种通讯方式大大方便了变频器与计算机控制系统之间的信号采集与数据传输。氧枪升降系统是转炉控制系统中最重要的部分，安全性要求极高，易出现生产及人身伤害事故，联锁条件较多。部分工作程序和联锁控制通过计算机控制系统（PLC）实现，部分特别重要的连锁条件不经PLC程序，而是直接作用于变频器控制，防止PLC通讯出现异常时产生误操作、误动作，极大地增加控制的安全性、可靠性。一旦系统监测到下表1所列的情况，必须立即提枪报警，否则会造成工伤事故。

3.升降控制

氧枪升降装置， 是使氧枪升降的动力装置，主要是由氧枪升降小车、导轨、卷扬机、横移装置钢丝绳滑轮及氧枪高度指示标尺等构成[4]。另外，一个完整的升降动作控制过程包括：操作人员在监控画面合闸，信号到PLC后经程序判断满足条件时给变频器合闸信号，同时变频器合闸接触器吸合，操作主令控制器信号到PLC经程序判断满足动作条件时给变频器解封信号，变频器处于预励磁状态，氧枪抱闸打开，PLC给变频器控制字一定的速度，变频器驱动电机转动。当主令控制器回零后，PLC给变频器零速控制字，变频无输出，氧枪抱闸抱死，氧枪停止工作。

4.实际操作中存在的问题及对应改进措施

在实际操作中存在的问题主要包括枪位不准、制动器故障、溜枪、电机超温故障以及枪位信号紊乱几个主要的方面。其中，枪位不准的原因主要是校零限位、光电编码器及线路方面的故障，解决的方法是检查校零限位是否滑动、编码器链接是否滑落以及线路是否断线；制动器故障的原因主要是制动器得电未打开或者打开后无限位信号，解决方法是检查制动器电源箱至抱闸连线有无损害、测量冲击电压及保持电压是否正常、通知钳工检查抱闸气隙是否正常以及调整限位；溜枪主要是由于接触器及继电器触点有粘连，解决方法是检查提升、下降指令继电器RMQ和RDT是否正常、接触器触点是否良好、有无卡阻现象；电机超温故障主要是电机超载运行引起的，解决方法是检查温度传感器及线路是否正常；现场测量电机温度是否出现异常；通知钳工检查机械方面有无卡阻；情况紧急下可以做短封处理，例如对于存在电流异常波动情况下应该停机检查；枪位信号紊乱是有校零限位和线路或者是校零继电器出现了损坏、计算机出现故障引起的。解决方法是检查校零限位是否失灵、线路有无破损、校零继电器接触点是否良好。当故障排除以后，还需要将氧枪转到机旁，进行手动操作一遍方可恢复正常。当上述检查均不存在异常时，还需要进一步通知计算机一起查找故障。

参考文献：

[1]袁章福，潘贻芳.炼钢氧枪技术[M].北京：冶金工业出版社，2007：127-128.

[2]梁渊.炼钢转炉氧压及氧枪枪位控制[J].四川冶金，2002，11（10）：1-2.

[3]田宏文.转炉氧枪系统的自动化控制[J].冶金能源，2007，12（03）：1-5.

[4]郑文静，吴树涛，王囡囡.转炉氧枪控制系统的设计应用[J].莱钢科技，2008，14（06）：1-3.