轉(zhuǎn)爐電氣自動(dòng)化常見問題的原因分析

王 偉

（山東鋼鐵集團(tuán)萊蕪分公司煉鋼廠，山東 濟(jì)南 271104）

隨著工業(yè)自動(dòng)化、現(xiàn)代化進(jìn)程的逐年推進(jìn)，PLC技術(shù)日漸成熟，并且取代了傳統(tǒng)的繼電器控制功能，使轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)效率得到大幅提升。但是，在煉鋼生產(chǎn)過程中，由于外界作業(yè)環(huán)境或者人為操作失誤的影響，轉(zhuǎn)爐電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的一些常見問題也逐步浮出水面，為了確保正常的生產(chǎn)流程不受影響，煉鋼企業(yè)應(yīng)當(dāng)追根溯源，及時(shí)查找出產(chǎn)生各種問題的原因，并制訂針對(duì)性強(qiáng)、實(shí)效性好的檢修方案，以延長(zhǎng)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的使用壽命。

1 轉(zhuǎn)爐電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的工作原理

1.1 上料系統(tǒng)

上料系統(tǒng)是轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)前專門為煉鋼生產(chǎn)供應(yīng)原材料的一種供料裝置，主要由輔原料高位料倉上料系統(tǒng)、鐵合金中位料倉上料系統(tǒng)組成，當(dāng)原材料通過自卸汽車運(yùn)至生產(chǎn)區(qū)域后，地下受料倉借助于電動(dòng)振動(dòng)機(jī)將原料添加至帶式輸送機(jī)上面，然后由高位料倉負(fù)責(zé)儲(chǔ)存原材料。

1.2 投料系統(tǒng)

投料系統(tǒng)主要由于鋼包投料系統(tǒng)與爐后投料系統(tǒng)組不成，每一個(gè)分系統(tǒng)同時(shí)具有稱量與加料功能。生產(chǎn)工藝流程如下：結(jié)合輔助原材料的數(shù)量與品類，由操作人員發(fā)出稱量指令，然后在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，高位料倉中的原材料被分別轉(zhuǎn)運(yùn)，稱量工序結(jié)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(zhuǎn)爐或者鋼包當(dāng)中。為了防止出現(xiàn)溢料現(xiàn)象，該系統(tǒng)專門設(shè)置了氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)，整個(gè)煉鋼過程只需要打開電動(dòng)球閥，利用氮?dú)鈱⒘锕芊舛录纯蒣1]。

1.3 氧槍傾動(dòng)系統(tǒng)

氧槍傾動(dòng)系統(tǒng)由氧槍升降小車、導(dǎo)軌、提升裝置、橫移小車等結(jié)構(gòu)組成，主要為轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)過程提供充足的氧氣，為了確保生產(chǎn)過程的連續(xù)性，通常情況下，轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)分別設(shè)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(xiàn)故障，氧氣供應(yīng)系統(tǒng)將快速閥門，使備用氧槍發(fā)揮供氧功能。目前，轉(zhuǎn)爐供氧系統(tǒng)的最大用氧流量為36000Nm3/h。

1.4 汽化冷卻系統(tǒng)

汽化冷卻系統(tǒng)能夠回收煉鋼生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量熱能，該系統(tǒng)主要由汽化冷卻煙道、汽包、除氧器、除氧水箱、高壓強(qiáng)制循環(huán)泵、低壓強(qiáng)制循環(huán)泵、鍋爐給水泵、取樣冷卻器等裝置組成。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，能夠吸收大量的高溫?zé)煔?，進(jìn)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(tǒng)

由于在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中，將產(chǎn)生大量的煙塵，為了避免給自然生態(tài)環(huán)境造成影響，轉(zhuǎn)爐設(shè)備設(shè)有二次除塵系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由門形排煙罩、煙氣調(diào)節(jié)閥、上料系統(tǒng)排氣罩、風(fēng)量切換閥等裝置組成，主要擔(dān)負(fù)上料、投料過程中的除塵功能，是轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)當(dāng)中不可或缺電氣設(shè)備。

2 轉(zhuǎn)爐電氣自動(dòng)化常見問題的原因分析與應(yīng)對(duì)策略

轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用的電氣自動(dòng)化設(shè)備種類較多，除了上述列舉的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)外，還包括風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、副槍系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等，這些電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠共同完成轉(zhuǎn)爐的整個(gè)生產(chǎn)流程。但是，由于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)始終處于連續(xù)作業(yè)狀態(tài)，加之受到惡劣運(yùn)行環(huán)境的影響，以至于常常出現(xiàn)一些運(yùn)轉(zhuǎn)故障，而嚴(yán)重影響煉鋼生產(chǎn)流程，因此，煉鋼企業(yè)應(yīng)當(dāng)及時(shí)對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的常見問題進(jìn)行原因分析，以便于采取行之有效的補(bǔ)救措施，為煉鋼生產(chǎn)流程的順利進(jìn)行保駕護(hù)航。

2.1 轉(zhuǎn)爐本體常見問題的原因分析與應(yīng)對(duì)策略

轉(zhuǎn)爐本體結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)爐本體結(jié)構(gòu)組成

轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題的概率相對(duì)較小，但是，一旦出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)異常狀況，整個(gè)煉鋼生產(chǎn)過程將受到嚴(yán)重影響。常見問題主要包括轉(zhuǎn)爐啟動(dòng)后無法正常運(yùn)行，或者無法完成正常的調(diào)速功能，即高速與低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)無法正常調(diào)解。當(dāng)出現(xiàn)這些問題后，操作人員首先應(yīng)當(dāng)檢查轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的主控室、MCC室以及轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)[2]。

并從以下幾個(gè)方面查找和確定產(chǎn)生問題的原因。第一，變頻器原因，轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)一般設(shè)置四臺(tái)變頻器，主要負(fù)責(zé)控制轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，如果四臺(tái)變頻器能夠同時(shí)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)速就可以得到有效控制。但是，當(dāng)確定轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)器出現(xiàn)問題后，應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間判斷四臺(tái)變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，如果運(yùn)轉(zhuǎn)異常，則可以確定故障原因與具體的故障部位。第二，操作區(qū)域原因，轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)裝置一般有三個(gè)操作區(qū)域，即轉(zhuǎn)爐前方的兌鐵操作平臺(tái)、轉(zhuǎn)爐前方的出渣操作平臺(tái)以及轉(zhuǎn)爐后方的出鋼操作平臺(tái)，要想傾動(dòng)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，首先應(yīng)當(dāng)保證這三個(gè)操作區(qū)域不存在異常狀況。第三，急停信號(hào)原因，在轉(zhuǎn)爐運(yùn)行過程中，急停信號(hào)的發(fā)射區(qū)域分別處于三個(gè)操作控制平臺(tái)，如果信號(hào)的發(fā)射點(diǎn)改變區(qū)域，則可判定傾動(dòng)系統(tǒng)的故障類型。第四，搖爐原因，轉(zhuǎn)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(diǎn)上方，同時(shí)檢測(cè)潤(rùn)滑油的油溫，如果油溫偏高，則會(huì)影響轉(zhuǎn)爐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。另一方面，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)出現(xiàn)異常狀況，PLC系統(tǒng)功能就會(huì)受到影響，以至于煉鋼原料長(zhǎng)時(shí)間貯存在轉(zhuǎn)爐內(nèi)，而縮短轉(zhuǎn)爐的使用壽命。同時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)漏鋼現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)更加嚴(yán)重的安全事故。因此，解決這一問題的有效措施是開啟強(qiáng)制搖爐功能，以保證PLC信號(hào)能夠順暢傳輸。

2.2 氧槍常見問題的原因分析與應(yīng)對(duì)策略

圖2 氧槍的結(jié)構(gòu)組成

氧槍是否能夠正常發(fā)揮供氧功能，與煉鋼質(zhì)量有著密切關(guān)聯(lián)，首先應(yīng)當(dāng)保證氧槍處于正確位置，然后對(duì)氧槍的升降速度與噴氧速度進(jìn)行有效控制。由于氧槍的內(nèi)部構(gòu)造較為復(fù)雜，因此，一旦發(fā)生故障，將出現(xiàn)供氧中斷的情況，進(jìn)而導(dǎo)致煉鋼進(jìn)程中止。氧槍的結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

圖2中的1代表吊環(huán)、2代表內(nèi)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(xiàn)異常，汽化系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)出現(xiàn)異常等。當(dāng)氧槍壓力出現(xiàn)異常狀況時(shí)，將影響氧槍的正常使用，導(dǎo)致氧槍緊急提升。這時(shí)，氧槍管內(nèi)的最低壓力值為0.6，當(dāng)氧槍位置提升到開氧點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)范圍，導(dǎo)致設(shè)備儀表無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦冷卻水流量不在正常值范圍內(nèi)，儀表將發(fā)出預(yù)警信號(hào)，這時(shí)，如果按動(dòng)緊急制停按鈕，氧槍將停止運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而表現(xiàn)出緊急鎖死狀態(tài)，同時(shí)，氧槍的噴射速度也會(huì)驟降至零點(diǎn)位置。

汽化系統(tǒng)主要是由氧槍與復(fù)吹系統(tǒng)共同組成的一種通訊類系統(tǒng)，查找該系統(tǒng)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(gè)系統(tǒng)的水位出現(xiàn)低壓或者高壓的情況，氮?dú)獾膲毫χ狄矊⒊稣Ｖ捣秶?。風(fēng)機(jī)的功能則類似于汽化系統(tǒng)，也屬于一種特殊的信號(hào)傳輸裝置，如果風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)速低于900，緊急提槍信號(hào)就被傳送至復(fù)吹系統(tǒng)當(dāng)中，然后再輸入氧槍。另外，在判斷氧槍故障類型時(shí)，也應(yīng)當(dāng)考慮人為操作失誤因素，比如鋼絲繩的承載力超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，容易使氧槍發(fā)生位置偏移，這時(shí)，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(wǎng)絡(luò)通訊常見問題分析與應(yīng)對(duì)策略

目前，絕大多數(shù)煉鋼企業(yè)應(yīng)用的通訊網(wǎng)絡(luò)都屬于以太網(wǎng)，在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，執(zhí)行指令與信息通過輸入接口與總線網(wǎng)絡(luò)完成整個(gè)通訊過程。要想滿足正常的煉鋼生產(chǎn)需要，首先應(yīng)當(dāng)考慮網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的覆蓋率，即保證每一個(gè)轉(zhuǎn)爐所關(guān)聯(lián)的電氣系統(tǒng)都需要覆蓋網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。其次，這些網(wǎng)絡(luò)能夠串聯(lián)成為一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，使每一道生產(chǎn)工序都存在傳輸信號(hào)。如果網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)出現(xiàn)異常運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，整個(gè)煉鋼生產(chǎn)流程將受到嚴(yán)重影響。因此，一旦網(wǎng)絡(luò)通訊出現(xiàn)問題，應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間予以檢測(cè)和排查，以確定導(dǎo)致故障的主要原因。比如網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸過程受阻，使得兩個(gè)轉(zhuǎn)爐之間的連接通道中斷，這時(shí)，兩個(gè)轉(zhuǎn)爐將同時(shí)中斷運(yùn)轉(zhuǎn)，包括轉(zhuǎn)爐的卷簾門以及擋火門在內(nèi)的裝置將處于失控狀態(tài)。另外，如果在同一個(gè)轉(zhuǎn)爐運(yùn)行時(shí)間節(jié)點(diǎn)，計(jì)算機(jī)操作界面出現(xiàn)反色顯示，則需要對(duì)計(jì)算機(jī)主機(jī)或者交換機(jī)的接口位置進(jìn)行檢查，如果確認(rèn)該位置存在問題，應(yīng)當(dāng)及時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行檢修，以確保網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)能夠順暢傳輸。

3 結(jié)語

綜上，轉(zhuǎn)爐電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)爐主體、氧槍、網(wǎng)絡(luò)通訊裝置出現(xiàn)運(yùn)行故障的頻率較高，因此，轉(zhuǎn)爐操作人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加大日常巡檢力度，對(duì)引起運(yùn)行故障的原因進(jìn)行探查和全面分析，以及時(shí)確定故障類型與故障部位，并根據(jù)排查結(jié)果制訂一套科學(xué)高效的故障排除方案，在保障轉(zhuǎn)爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，為煉鋼企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。