250吨双工位RH钢包顶升缺陷分析及解除 |
| 2012-10-03 16:00 作者：张雷 骈静 王学民 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网10月3日消息 《硅谷》杂志刊文称，针对邯宝炼钢厂从西马克引进的250T双工位RH精炼炉顶升系统无法正常顶升的缺陷，依托现场的实际观察和实时数据分析，对顶升过程中的数据偏差、客观影响因素、主要程序设计进行细致的阐述和分解，并且提出改良对策予以实施。结果表明，经过改良后的钢包顶升系统，具有更高的精度和更强的稳定性，提高RH精炼炉的设备稳定性和安全可操作性。
邯宝炼钢厂250t双工位RH精炼炉是2006年从德国西马克Mevac公司引进[1]，2009年3月建成投产，双工位共用一套真空抽气系统和一套液压顶升系统，其中液压顶升系统由于其特殊的顶升方式（将总重约500T的钢包车和钢包完全脱离地面顶升1.6m±0.5m），使得该系统的安全性和稳定性在RH的钢水处理工艺中显得尤为重要，一旦钢包顶升由于故障而无法上升或者下降，都会对精炼炉冶炼造成巨大影响，甚至影响后续连铸浇钢工艺。
目前，国内很多钢厂RH精炼炉采用的都是行车提升式，将钢包车移动至处理位，然后通过行车将钢包吊离钢包车，逐步提升直至钢水浸入浸渍管进行抽真空处理，这种提升的方式完全脱离了液压顶升装置，但其有一个最大的缺点：由于其依靠电机驱动滑轮提升，稳定性相对较差，钢水浸入深度不好精确的控制，对一些特定需求的钢种冶炼造成影响。
邯宝炼钢厂采用的这套液压顶升系统，稳定性相对普通行车提升有了很大的改进，同时较高的稳定性也对设备提出了更高的要求，上下级编码器的同步，编码器自身误差的控制、以及链条拉动编码器的链条松紧度都会对最终的顶升高度产生影响，致使钢包顶升高度与实际值有较大出入，影响正常使用，通过反复试验，采集数据，分析得出在最优误差范围内进行安全稳定运行。
1缺陷描述
在邯宝炼钢厂投产初期，由于RH精炼炉是新设备新工艺，对设备的性能和研究都处在摸索的阶段，顶升系统作为关键设备自然受到了特殊的对待。在一些冶炼开始的时候，钢包车顺利被顶升至浸渍管下部，钢水没入浸渍管，启动一级、二级、三级、四级真空泵进行完全脱气处理，冶炼顺利结束后，开始操作钢包车下降，在下降至距离地面0.8m的高度时，钢包无法继续下降，由于情况紧急，随即打开手动疏油阀进行液压缸放油处理，2分钟后钢包车才落至轨道上开出由行车吊走。同时，在一些钢包顶升的过程中也会偶尔发生此类情况导致钢包无法顶升，每次必须采用紧急措施才能将钢包车重新落回地面轨道，对生产的正常稳定运行造成了巨大影响。
2缺陷分析
2.1顶升原理
顶升系统的动作由1套液压缸，4台主油泵、2台循环泵共同完成，控制方式为SIEMENS现场总线Prodibus控制、S7现场模板[2]进行输入输出处理、采用KUBLER绝对值编码器进行高度采集与比对，通过STEP7程序进行逻辑控制，由现场操作箱完成最终动作输出。双处理工位RH设备有二台钢包台车及二套顶升液压缸，二套顶升液压缸公用一个液压站。
2.2关键点
在顶升安全连锁中，经过对后续钢包顶升一系列无法动作的故障过程观测后，发现在故障发生时第四项“编码器无故障”显示条件不满足，我们随即对顶升汽缸地坑内的两个位置编码器进行了分析，由表1中我们可以看出，上部编码器数值相对波动较大，下部编码器数值波动相对较小。
该处使用的编码器为Kubler-1024系列[3]绝对值编码器，一共两台。经过比对，我们发现西马克公司在该处对编码器所做的控制设计与实际情况不匹配。首先，编码器的安装方式为液压汽缸上下升降链条带动传动式，而链条传动本身就具有很大的不稳定性，当链条长时间运转出现链条松动[4]、或链条单节零件中有异物堵塞导致链条物理周长C增大致使链条松动，都会导致链条在转动过程中失步，这样直接的就造成编码器的读数比实际值大的问题，若失步继续累计导致偏差数值越来越大激活编码器偏差故障，必将导致无法顶升，根据表1的实际测量数据可以发现，上部编码器由于链条一直处于紧绷的状态失步较少，数值普遍比下部编码器的数值多出3cm～5cm。
表1根据实际观测所得各个顶升区间编码器的设定值和读数及差值
Table1Theactualsettingvaluesandrealvaluesoftheencoderinseveralarea
顶升设定高度D 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
上部编码器读数D1 104 204 302 403 505 605 703 805 905 1005
下部编码器读书D2 101 200 301 401 501 603 700 801 902 1001
上下差值△D 3 4 1 2 4 2 3 4 3 5
3解除措施
3.1程序设计
通过以上故障的分析，可以确定故障发生在编码器的数值采集上面，西马克Step-7程序里所设计的公式为：
(D1-D2)/△T=△D（1）
0.5s≤△T≤2.5s（2）
式（1）中，D1为上编码器所测得的数值，D2为下编码器所测得的数值，△T为设置的编码器偏差采集周期，△D为算得的编码器偏差报警数值。
式（2）中，西马克原设计为：△T=1.0S△D≤2，即：在一秒的周期内，如果上下编码器采集数值的差大于2就立即激活编码器报警[5]，顶升则无法动作。这与现场实际的情况不太符合，上述公式的设计要求现场设备的定位和机械结构都必须非常精确，而实际上使用的链条传动编码器存在不稳定性，无法在原设计如此短的周期内达到小于2的精确定位，在经过试验后，我们决定增长采集周期“△T=2.0S”和增大编码器偏差报警数值的区间至“≤5”这种双保险的模式来保证顶升的正常运行，由表2可以看出，实际最终的偏差报警值始终控制在整数“2”以内，完全可以正常顶升。
表2更改程序设置后的编码器设定值和差值
Table2Theactualsettingvalues&realvaluesoftheencoderinseveralareaafterchanging
顶升设定高度D 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
上部编码器读数D1 104 204 302 403 505 605 703 805 905 1005
下部编码器读书D2 101 200 301 401 501 603 700 801 902 1001
上下差值△D 1.5 2 0.5 1 2 1 1.5 2 1.5 2
3.2最终方案
根据表2的实际测量结果，正常顶升已经完全没有问题，但是此时若仍将偏差报警数值的区间设置在“≤5”的区间内，势必会对顶升的安全造成一定的影响，经过研究后，决定将偏差报警数值的区间调至“≤2.5”，同时编码器偏差采集周期△T更改为2.0s，这样不仅避免了由于链条传动造成的失步误差，同时也可以最大限度的提升顶升的安全性和稳定性。
4结束语
本文根据邯宝炼钢厂250吨双工位RH钢包顶升的实际使用状况，对投产初期因基础设计与原图纸设计不一致而造成的反复无法顶升的缺陷，针对顶升的各个环节逐步排查，在保证顶升的稳定和安全的前提下对该缺陷进行分析和解除，得出以下结论：
1）更改基础建设满足原设计要求不仅耗费大周期长，而且会对现有基础造成破坏，不利于之后的维护和长时间的使用。
2）通过对西马克编码器控制钢包车顶升程序的改良，能最大限度的节省物料和生产时间，自2009年以来，三年时间内邯宝炼钢厂250吨双工位RH精炼炉顶升系统再未发生一起无法顶升故障，彻底通过技术手段解除了该项重大缺陷。
作者简介：
张雷（1984-），男，湖北武汉人，助理工程师，主要从事自动化设计和管理工作。（原文载于《硅谷》杂志，硅谷网及《硅谷》杂志版权所有，未经允许禁止转载）
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