变频调速技术在炼钢厂20吨转炉倾动和氧枪升降上的应用

一、转炉原直流拖动系统简介

1986年建成投产的3座转炉,炉子倾动和氧枪升降的拖动系统采用的是模拟量恒磁通逻辑无环流直流拖动系统,恒磁通调压调节器速,该系统具有两个闭环、一个速度环、一个电流环,每座转炉倾动由四台22kW、650r/min直流电动机集中传动,每座转炉有两根氧枪,每根氧枪由一台22kW、650r/min直流电机单独传动。由于80年代初期我国电控配套水平所限(尽管该直流系统当时是国内较先进的拖动系统),该系统十分庞大。每座转炉的电控柜达14台之多,继电器、接触器多达160个。因插件为分立元件,且系统是模拟控制方式,因此调试周期很能够长(达3个月)。由于原系统存在先天性的不足,所以运行一段时间后热停工时间增加,维护难度越来越大。尤其是继电联锁部分和插件部分故障率相当高,不但维护费用高(达0.45元/吨钢),而且严重制约着生产的正常运行。

二、转炉倾动负载和氧枪升降负载特性及电动机运转状态分析

1、氧枪负载特性及电动机运转达状态分析

(1)氧枪负载是典型的位能负载。
(2)氧枪电动机运转状态分析。

氧枪提升时,电动机制电磁转矩要克服负载转矩,即电动机制电磁转矩M的方向与旋转的方向相同,故电动机处于电动运行状态,工作于第一象限。氧枪下降时,由于氧枪属重载,在该重载的作用下,电动机转速要高于电机的同步转速,而电机的电磁转矩方向与旋转方向相反,因此电动机处于回馈制动状态工作于第四象限。

转炉倾动方式为全悬挂四点啮合柔性传动,原设计最大倾动力矩为85rfm,倾动速度为0.1~1r/min,倾动角度为正反360°,减速比为1:802.3。

据工艺要求,转炉的倾动角度为正反360°。转炉炉口和炉底方向轴线与地平面垂直时为零位状态。故炉子倾动负载力矩为角度的函数Mfz=f(θ),属于反阴性的位能负载。

另外,据工艺设计说明,该转炉按正力矩设计,却炉子耳轴下部比上部高,下部比上部重。从而确保转炉电控系统失灵或抱闸力不够时,能靠炉体自身的正力矩来确保炉口向上,这样不至于发生倒钢等事故。但当为修炉拆除炉底后能入炉口粘钢渣太多(达到或超过8吨)时,炉体可能出现上部较下部重,由于液体钢水重心随转炉倾角的变化而变化,这样在修炉和出渣或出钢时,可能出现负力矩。当炉体处于正力矩状态时,电动机处于电动运行状态,当炉体处于负力矩状态时,电动机处于回馈制动状态,电动机的机械特性和负载特性。

三、变频调速的原理及用于转炉倾动和氧枪升降负载的可行性分析