干熄焦提升機(jī)過卷保護(hù)接地裝置研究及應(yīng)用

毛澤壽

(攀鋼新鋼釩煉鐵廠，四川攀枝花617000)

1 引言

目前，攀鋼自2006年開始，先后修建了三座干熄焦，兩座頂裝焦?fàn)t配套干熄焦和一座搗鼓焦?fàn)t配套干熄焦，其帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都是十分可觀的。一是直接給高爐煉鐵供應(yīng)干熄焦炭，由于其干熄焦能提高焦炭強(qiáng)度和降低焦炭反應(yīng)，有利于高爐操作。同時(shí)在主焦煤資源逐步匱乏的情況下，可多配弱粘結(jié)性煤，以緩解主焦煤緊缺的局面。特別對(duì)于大型高爐來說，采用干熄焦炭更有益。二是干熄焦減少了對(duì)周圍環(huán)境的腐蝕和污染。改善了生產(chǎn)生活環(huán)境。三是干熄焦可以吸收利用紅焦83%左右的顯熱，產(chǎn)生大量蒸汽，直接用于發(fā)電，從而降低煉焦工序能耗。干熄焦提升機(jī)在干熄焦生產(chǎn)中是關(guān)鍵的生產(chǎn)設(shè)備之一，由于處在第一道工序，其穩(wěn)定、安全運(yùn)行直接影響干熄焦的正常生產(chǎn)。但是在生產(chǎn)過程中提升機(jī)旋轉(zhuǎn)保護(hù)極限的不可靠性，導(dǎo)致鋼繩受損、線徑變小、甚至斷絲，嚴(yán)重時(shí)將減速機(jī)和卷筒機(jī)構(gòu)拉變形，給設(shè)備安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重后果，給生產(chǎn)帶來較大安全隱患，這就不得不停下生產(chǎn)，實(shí)施鋼繩更換作業(yè)，給設(shè)備和生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)其嚴(yán)重的后果，對(duì)提升機(jī)過卷保護(hù)失效進(jìn)行分析、研究。

2 提升機(jī)系統(tǒng)工藝

焦?fàn)t推出的紅焦經(jīng)電機(jī)車運(yùn)載到干熄焦提升塔正下方，經(jīng)過電機(jī)車在提升塔前對(duì)準(zhǔn)塔前信號(hào)后，電機(jī)車對(duì)地面站APS系統(tǒng)發(fā)出鎖車指令，推動(dòng)液壓推缸夾住電機(jī)車夾臺(tái)，APS系統(tǒng)向電機(jī)車發(fā)出鎖車完畢指令，接收到APS系統(tǒng)夾緊電機(jī)車指令由提升機(jī)先將提升機(jī)待機(jī)位的空罐接到空焦罐運(yùn)載車上，再又提升機(jī)將紅焦提升、橫移到50多米高的冷卻塔正上方，對(duì)位完畢后，下降坐床于裝入裝置后停止，焦罐底門靠自重打開，將950℃ ～1 050℃的紅焦裝入干熄爐內(nèi)，底門信號(hào)打開后延時(shí)12s提升機(jī)帶空罐自動(dòng)返回提升塔待機(jī)位停止，完成一次提升機(jī)運(yùn)行過程。圖1所示為干熄焦提升機(jī)系統(tǒng)工藝。從而反復(fù)完成這一固定程序。在這工作過程中，提升機(jī)在提升塔位置和冷卻塔位置的提升過程中，主要靠提升機(jī)上限停止;提升機(jī)在提升塔下放時(shí)靠的是提升機(jī)吊鉤位置極限控制提升機(jī)停止。在事故狀態(tài)下提升機(jī)靠提升保護(hù)極限、提升機(jī)旋轉(zhuǎn)上極限和重錘限位控制上升保護(hù)停機(jī);旋轉(zhuǎn)下極限來控制提升機(jī)下降停機(jī)。

圖1 干熄焦提升機(jī)系統(tǒng)工藝圖

3 提升機(jī)功能

3.1 設(shè)備組成

提升機(jī)是一臺(tái)二層框架結(jié)構(gòu)的橋式吊車，主要由鋼結(jié)構(gòu)﹑提升裝置﹑走行裝置﹑提升吊具﹑焦罐蓋﹑潤(rùn)滑裝置﹑安全保護(hù)裝置等組成。鋼結(jié)構(gòu)主要包括提升機(jī)主框架﹑提升導(dǎo)軌﹑操作室﹑機(jī)械室及平臺(tái)﹑走梯等。提升機(jī)走行軌道的兩端設(shè)有過行程限位開關(guān)和防風(fēng)錨定。電控系統(tǒng)安裝在地面中控樓，通過電纜橋架以及設(shè)在提升機(jī)側(cè)面的拖鏈系統(tǒng)將電能從地面送至提升機(jī)上。

3.2 電氣傳動(dòng)系統(tǒng)

提升機(jī)的電氣傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括一套電源控制柜、兩套整流回饋裝置、兩套提升逆變裝置、兩套走行逆變裝置、兩臺(tái)提升電機(jī)、兩臺(tái)走行電機(jī)以及相應(yīng)的輔助設(shè)備。提升機(jī)的電氣傳動(dòng)見圖2所示。由此構(gòu)成了提升機(jī)兩套相對(duì)獨(dú)立的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)任意一套裝置發(fā)生故障時(shí)，另一套裝置可以額定速度的一半提升負(fù)載，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。提升電機(jī)和走行電機(jī)置于車上機(jī)械室內(nèi)，其余電氣傳動(dòng)設(shè)備均安裝于地面控制室。

3.3 提升機(jī)控制

在提升機(jī)的提升井架和走行軌道旁共安裝了10多個(gè)槽型開關(guān)，用于檢測(cè)提升機(jī)的位置信息并送入PLC。在提升機(jī)的運(yùn)行過程中，PLC根據(jù)這些位置信息，再結(jié)合提升機(jī)的運(yùn)行工藝來控制逆變裝置在對(duì)應(yīng)的運(yùn)行區(qū)段內(nèi)輸出相應(yīng)頻率的交流電源到電機(jī)，使提升機(jī)按規(guī)定的速度曲線運(yùn)行。如圖3所示提升機(jī)運(yùn)行曲線。

圖2 提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖

圖3 提升機(jī)運(yùn)行曲線圖

3.4 提升機(jī)系統(tǒng)的主要監(jiān)控

采用施耐德viejo designer軟件編輯觸摸屏故障監(jiān)視畫面及中央PLC后臺(tái)監(jiān)視操作畫面citect軟件編輯人機(jī)畫面，作為監(jiān)控干熄焦提升機(jī)故障狀態(tài)，通過觸摸屏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)提示告知崗位人員提升機(jī)故障原因，及時(shí)通知維護(hù)人員排除故障，快速恢復(fù)生產(chǎn)。圖4所示為提升機(jī)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4 存在問題及原因分析

4.1 元器件材質(zhì)問題

干熄焦提升機(jī)控制保護(hù)旋轉(zhuǎn)極限材質(zhì)使用塑料，旋轉(zhuǎn)極限容易磨損變形。干熄焦在提升時(shí)靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩卷筒帶動(dòng)提升機(jī)上卷和下卷，同時(shí)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)極限不停的旋轉(zhuǎn)，這當(dāng)中旋轉(zhuǎn)齒輪不斷磨損導(dǎo)致其控制限位傳動(dòng)故障，不能帶動(dòng)撞塊撞擊限位觸頭，一旦發(fā)生工作、保護(hù)極限失效，就容易導(dǎo)致提升機(jī)超過鋼繩工作長(zhǎng)度，拉傷鋼繩的事件。

4.2 工作環(huán)境原因

提升機(jī)周圍環(huán)境溫度時(shí)時(shí)飽受高溫的炙烤。導(dǎo)致線路老化、極限SJ30-A2、旋轉(zhuǎn)極限功能失效，支架變形，檢測(cè)失敗，直接導(dǎo)致提升機(jī)減速限位不能減速也能導(dǎo)致提升機(jī)過卷事故發(fā)生，直接導(dǎo)致鋼繩變形、直徑變小、斷絲等。使提升機(jī)鋼繩不能再繼續(xù)使用下去，十幾個(gè)小時(shí)的鋼繩更換檢修，致使干熄焦停止干熄，停止蒸汽供應(yīng)，嚴(yán)重影響煉鐵高爐焦炭需求和后續(xù)蒸汽發(fā)電要求，造成嚴(yán)重的生產(chǎn)影響。

圖4 提升機(jī)故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

5 研究對(duì)策

5.1 改進(jìn)思路

在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，往往需要可靠的工作檢測(cè)限位，同時(shí)也需要可靠的保護(hù)極限。在確?，F(xiàn)有的保護(hù)極限不變的條件下，在提升回路和下降回路中串入以檢測(cè)鋼繩位移接地極，一旦鋼繩超出纏縛在卷筒位移的距離，就會(huì)接觸接地極接地，也就是超出鋼繩允許移動(dòng)范圍時(shí)，VAC24V接地繼電器動(dòng)作，保護(hù)提升機(jī)立即停止運(yùn)行。其主要思想就是把檢測(cè)鋼繩垂直距離變?yōu)闉榫硗采箱摾K左右水平位移距離。減少在線磨損接觸，在正常運(yùn)行條件下，無接觸、無磨損，可以長(zhǎng)期安全高效運(yùn)行。

5.2 控制原理

在靠近提升機(jī)機(jī)械室卷筒附近先安裝一接地極控制箱，原理與皮帶系統(tǒng)漏嘴堵料接地極相同，區(qū)別在于有兩個(gè)接地端，有一個(gè)繼電器上取了兩組不同的點(diǎn)分別使用在提升和下降回路保護(hù)線路中。

6 實(shí)施方案

6.1 繪制控制原理圖

根據(jù)提升機(jī)在提升和下降過程的PLC控制原理圖分析，在提升機(jī)旋轉(zhuǎn)限位上限和下限中分別竄入上限鋼繩接地點(diǎn)和鋼繩下放過卷移動(dòng)接地點(diǎn)就可以確保提升機(jī)其他保護(hù)失效的條件的保護(hù)作用。如圖5所示干熄焦提升機(jī)過卷保護(hù)接地裝置電氣原理圖。

6.2 信號(hào)引入提升機(jī)PLC對(duì)應(yīng)點(diǎn)

原來程序輸入點(diǎn)未發(fā)生改變，同樣是參與控制提升機(jī)上升和下降保護(hù)停機(jī)。原理如圖6所示提升機(jī)冷卻塔提升過卷保護(hù)程序段，圖7所示提升機(jī)冷卻塔提升過卷保護(hù)程序、圖8所示提升機(jī)待機(jī)位下降過卷保護(hù)程序。

其中提升過卷保護(hù)在程序中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位是%I98，包括提升塔提升和冷卻塔提升上限保護(hù)。

圖5 干熄焦提升機(jī)過卷保護(hù)接地裝置電氣原理圖

圖6 提升機(jī)冷卻塔提升過卷保護(hù)程序圖

圖7 提升機(jī)冷卻塔提升過卷保護(hù)程序圖

圖8 提升機(jī)待機(jī)位下降過卷保護(hù)程序圖

其中下降過卷保護(hù)在程序中對(duì)應(yīng)得點(diǎn)位是%I99，從待機(jī)位下降到吊鉤位進(jìn)行保護(hù)。

6.3 實(shí)施方案耗材

這套方案名稱:干熄焦提升機(jī)鋼繩過卷接地保護(hù)裝置。在卷筒水平位置有左、右移動(dòng)接地極兩組;接地控制箱一套，內(nèi)有50VA，AC220/AC24V變壓器一臺(tái)，AC24V繼電器一套，單極保護(hù)開關(guān)兩組，主要起設(shè)備檢修和保護(hù)設(shè)備、線路。材料主要是5×1.0控制線纜鏈接，進(jìn)入PLC模塊。如表1所示提升機(jī)過卷保護(hù)接地裝置備件材料。

6.4 接地極安裝

制作安裝接地極，主要安裝在提升機(jī)機(jī)械室卷筒鋼繩移動(dòng)左右兩側(cè)，如圖9所示提升機(jī)過卷保護(hù)接地裝置安裝。左端驅(qū)動(dòng)端為提升機(jī)提升鋼繩過卷接地極，右端非驅(qū)動(dòng)端為提升機(jī)下降鋼繩過卷接地極。主要由電木板做支架隔離接地端，確保線路不接地，接地端采用6分圓鐵管，在鐵管圓弧面接觸鋼繩時(shí)候不會(huì)損傷鋼繩，同時(shí)也確保接地可靠;由于在線使用時(shí)，接地端不與鋼繩摩擦，不易損壞，使用周期長(zhǎng)。安裝方法為垂直安裝，距離為150mm，驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端的接地極最后連接在一點(diǎn)上，引入接地繼電器線圈。

7 應(yīng)用

一是環(huán)境粉塵較重，容易接地短路造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，需要及時(shí)清理控制箱內(nèi)部粉塵。二是鋼繩接地極靠近鋼繩卷筒，卷筒上有一鋼繩涂油器，在卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量油脂黏在接地極檢測(cè)棒端，容易造成堆積油脂粉塵接地動(dòng)作，導(dǎo)致提升機(jī)保護(hù)停機(jī)。

通過以上原因分析，為了保證干熄焦提升機(jī)過卷保護(hù)接地裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，確保干熄焦提升機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行的可靠性和安全性。需要強(qiáng)調(diào)幾點(diǎn):

一是崗位人員要定期的巡檢卷筒部位，發(fā)現(xiàn)油脂堆積時(shí)及時(shí)清理干凈檢測(cè)棒上油脂;每班均可以實(shí)時(shí)對(duì)接地極進(jìn)行試驗(yàn)檢查，使用鐵棍接通鋼繩與接地極之間看是否停止動(dòng)作、24V繼電器是否動(dòng)作等。(繼電器上有發(fā)光二極管，明顯的動(dòng)作指示)。

二是強(qiáng)化干熄焦提升機(jī)定期檢修制度，定期清理接地極控制箱內(nèi)部粉塵，特別要加強(qiáng)提升機(jī)保護(hù)接地極及旋轉(zhuǎn)極限的點(diǎn)檢和定期試驗(yàn)。

表1 提升機(jī)過卷保護(hù)接地裝置備件材料使用表

圖9 提升機(jī)過卷保護(hù)接地裝置安裝圖

三是保護(hù)動(dòng)作處理:當(dāng)過卷時(shí)，將現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)斷路器或熔斷器FU1/FU2斷開，手動(dòng)操作提升或下卷使鋼繩回到正常工作位置，檢查提升機(jī)吊鉤極限或者提升機(jī)上限極限正常后，即可恢復(fù)生產(chǎn)，同時(shí)投入斷路器或熔斷器FU1/FU2，投入過卷保護(hù)接地裝置。

8 結(jié)束語

干熄焦提升機(jī)鋼繩過卷保護(hù)接地裝置的研究實(shí)施應(yīng)用后，達(dá)到了預(yù)期的研究效果，避免了提升機(jī)過卷事故的發(fā)生，提高了提升機(jī)運(yùn)行的可靠性，改善了提升機(jī)自動(dòng)控制的安全性，保障了各生產(chǎn)后續(xù)對(duì)干熄焦焦炭、蒸汽能源的需求。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］潘立慧，魏松波，等．干熄焦技術(shù)［M］．冶金出版社，2005．

［2］范國偉．電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)［M］．人民郵電出版社，2013．