300t转炉倾动机构性能测试与分析是嘛

300t转炉倾动机构性能测试与分析

某钢厂300 t转炉从投产至今已上作了三年多，试产过程中出现了托圈开裂、扭力杆联接螺栓断裂等问题。为了给下一步上作提供依据，根据钢厂提出对转炉设备性能参数进行测试的要求，必须搞清运行中托圈、耳轴、耳轴轴承、支撑装置、倾动机构的等关键部件的载荷行为、强度行为和动态行为，并依据其载荷的变化，评价转炉设备的安全状态，同时提出保证转炉设备安全生产的措施。为此，本文对倾动机构传动系统进行测试，对操作提出切实可行的改进方案，以确保转炉的安伞生产和实现改进操作上艺的目的。

1 300t转炉倾动机构测试的主要内容

300 t转炉倾动机构示意图如图1所示，其主要测试参数包括：转炉倾动力矩，转炉倾动角、四台电机的主电流和主电压、制动器上作状态|。

其具体测试内容如下：

1)测得转炉在空炉、正常装炉状况下各个位置启动与制动时的瞬时力矩变化曲线（力矩及其对应转炉倾动角度的曲线)，据此计算转炉的最大倾动力矩、冲击系数和一阶扭振频率：

2)炉体倾动角度α，由此可计算出炉体的倾动速度：

3)电机电枢电流I。测得叫台电动机工作时的电流参数，以及它们与制动器动作之间的关系，找出四台电机之间负荷的平衡性能：

4)电磁液压制动器上作状态。配合时标可得主电机启制动状态的延续时间，包括主电机电力反馈制动作用时间实际值和制动器制动作时间实际值，分析实际与规定值的误差和制动效果。

5)在实测过程中除针对转炉正常炼钢生产状态的倾动过程，还必须进行空炉状态倾动试验，并通过“放炉”和“抬炉”时测得相应静力矩之差确定出摩擦力矩。

2测试原理及方法

1)倾动力矩的测量。当圆轴受纯扭转力矩作用时，轴体表面上的主应力与圆柱母线成45°夹角。因此在扭力杆表面的适当部位按上述方向粘贴应变片，可实测出扭力杆承受的扭矩，通过计算可求得作用在耳轴上的倾动力矩。为了消除弯矩对测扭矩的影响，可在实测轴同一横截面的对称位置上成对粘贴叫枚应变片，测量电路采用伞桥接线，经TF-3动态电阻应变仪放大后输出到数据采集板进行模数转换由计算机进行记录分析如图2所示。

2)倾动角度α的测量。利用现场已安装的旋转编码器的模拟输出端口将耳轴的旋转角度信号送至数据采集板由计算机进行记录分析。

3)电参数测量。电流测量是将每台主电机的电流通过电流变送器输入到数据采集板由计算机进行记录分析。

4)电磁液压制动器上作状态测量。通过测量电路将制动器上作状态信号送至数据采集板，由计算机进行记录分析。

5)数据处理。采用MATLAB软件及有关自编软件进行数据1、用适合的夹具完成相应的实验处理。

3测试结果和分析．

3．1 空炉力矩

3．1．1测试结果

转炉在空炉情况下倾动力矩曲线如图3和图4所示。图3为炉口结漪严重状态的空炉倾动力矩拟合曲线(0°—90°)；图4为炉口结渣严重状态的空炉倾动力矩拟合曲线(360°—270°)。

空炉力矩曲线是用MATLAB软件对实测数据进行回归处理、拟合而成的。最人空炉力矩值为800 kN-m(不考虑冲击载荷)。由实测可知当空炉处于零化时耳轴上作用有初始力矩，其大小约为210 kN-m。

3．1．2 空炉力矩测试分析

1)炉口结渣严重转炉的空炉倾动力矩的最大值并不出现在90°位置，而是出现在72°左右位置，这表明空炉重心不处于转炉垂直中心线位置上社保缴费增长、人民币汇率下跌、公路治超、房地产调控、公务员及军警加工资等偶发性事件，空炉实际重心是偏于炉后的(出钢口)。

2)转炉的空炉倾动力矩的最大值为800kN.m，而且转炉在结渣严重状态下空炉倾动力矩曲线的最大值远小于理论计算值，其最主要原因在于结渣使空炉实际重心提高不少。

3)相同状况下的同一炉在相同角度的倾动力矩相差较大，这是由于摩擦力矩方向不同造成的。

3．2正常生产情况下出钢时倾动力矩

3．2．1 测试结果

转炉在结渣严重状态下正常炉装时出钢过程中的倾动力矩曲线如图5所示。图5为总装炉量约为350 t情况下：360°→出钢结束(大约为260。)的倾动力矩曲线。图5的最大倾动力矩值约为2400 kN.m，最小倾动力矩值约为-1200 kN.m。图6为总装炉量为315t情况下的倾动力矩曲线（360°-300°-360°)。

3．3摩擦力矩

通过转炉倾动过程中“放炉”和“抬炉”时所得倾动力矩(静力矩)差值取半确定出摩擦力矩大小。从图6中读出335.8°。时的倾动力矩分别为2445 kN.m、2214 kN.m，所以空炉摩擦力矩为（2445—2214)／2=189 kN.m。

3．4 启、制动力矩和冲击系数

3．4．1 启、制动过程的扭振示波图

根据加载条件不同动载荷可分为六种类型：阻力启动；反拖启动；阻力运动制动；反拖运动制动；零区无间隙启动；零区间隙启动。转炉结渣严重状态下空炉在0°位制动扭振示波图和在60°位启动扭振示波图如图7和8所示。

转炉结渣严重状态下正常炉出钢时在0°位制动扭振示波图和在285．7°位启动扭振示波图如图9和10所示。

3．4．2启、制动过程扭振分析

1)扭振分析：通过实测可知转炉倾动机械系统的扭振旱“衰减”型(如图7所示)。其频谱图见图11所示，转炉倾动机械系统的一阶扭振频率为

1．05 Hz。

通过实测可见(如图7所示)在单次激振后的扭振衰减过程中力矩幅值大于200 kN.m f较小的情况)的振动循环次数超过10次，由此可见，传动机械零部件承载作用次数不能简单按电机启、制动(单次激振)次数考虑，故认为炼每炉钢其倾动设备传动系统零部件承受动载作用次数达电机起、制动次数倍的看法有一定的道理。

2)动载系数分析：在炉口结渣严重状态下空炉及整个冶炼周期测试中，空炉和装铁水状态的不同操作上序炉位下，实测扭振力矩的最大值Mmax、相应的实测静力矩Mct和由此求得的动载系数（扭矩放大系数TMF)列表l。动载系数变化范围为l．61～5．87，平均为3．74，空炉时动载系数大，而正常装炉时动载系数小。

3)尖峰脉冲力矩分析：由于转炉的倾动系统与炉体及钢液组成一个质量．弹性振动系统，该系统在生产过程中如果受到动载荷的作用（如启动力矩或制动力矩)则会产生振动。传动系统中如存在着较大间隙，将会使扭振力矩放大，耳轴上产生更大动力矩。如转炉在O°位置启、制动时，由于传动系统间隙的存在，在耳0.01秒可加到满速度轴上产生很大的冲击响应，即出现尖峰脉冲力矩值（见图3和4示)：又如，转炉在高速倾动中突然刹车或反向启动，也会在耳轴上产生很大的冲击响应，其瞬时尖峰脉冲力矩比启动时更大。启、制动作用对脉冲力矩的影响：文献上仅仅介绍启动过程中的动力矩的计算，但是通过对现场测试数据的分析，发现在现场的上况下，由制动而引起的动力矩较前者大得多!这可能与制动器的制动力矩过大直接相关。

为了降低此类尖峰脉冲力矩，在炉体处于（或接近)零位垂直位置(含倒渣时接近垂直位置)时倾动转炉切勿高速操作，那种认为炉体处于零位垂直位置时倾动转炉“负荷较小”的“安全感”是不正确。参考有关资料，可以采用限力矩起动装置来减小转炉0°位置启动时的最大扭振力矩。同时，在转炉高速倾动中，尽量避免突然刹车(点刹)、反接制动的情况，否则极易造成很大的冲击。

4)兑铁水与加废钢过程的扭振力矩：此次测试过程中并末观察到因为兑铁水与加废钢而引起的剧烈振动情况，这可能与起重上操作熟练、未发生铁水罐或废钢斗与炉体强烈碰撞有关。

3．5 主电机同步性能与负荷平衡性能问题起、制动次数倍的看法有一定的道理。

2)动载系数分析：在炉口结渣严重状态下空炉及整个冶炼周期测试中，空炉和装铁水状态的不同操作上序炉位下，实测扭振力矩的最大值Mmax、相应的实测静力矩Mct和由此求得的动载系数f扭矩放大系数TMF)列表l。动载系数变化范围为l．61～5．87，平均为3．74，空炉时动载系数大，而正常装炉时动载系数小。

3．5．1 测试结果

1)正常吹炼状态下，制动器动作信号和主电机典型的电流（I1，I2、I3、I4)信号变化过程示波见图12。CHl为制动器上作状态、CH2为1#电机电流、CH3为2#电机电流、CH4为3#电机电流、CH5为4#电机电流。

2)根据图12可知：第一次脉动时，制动器响应时间为99．79 S，1号电机响应时间为99．56 S、2号电机响应时间为99．56 S、3号电机响应时间为99．56 S、4号电机响应时间为99．56 S、启动时的同步性较好，四台电机得电时间误差很小。制动器得电时间比电机滞后O．21 S，这符合电器操作的要求。

3.5.2 主电机负荷平衡性能分析

同样根据图12可知：在倾动过程中，l号电机的峰值电流为441．1 A、稳态电流为226．3 A，2号电机的峰值电流为441．9 A、稳态电流为226．7A，3号电机的峰值电流为43 5．2 A、稳态电流为226．3 A，4号电机的峰值电流为441．1 A、稳态电流为222．5 A，四台主电机电流、变化是同步的，其电流负荷大小存在一点差异，这完全在正常范围之内。

4 结论

经对300 t转炉的测试和分析，可得出以下结论：

1)转炉倾动装置的同步性能较好，四台电机工作时电流值基本一致，说明其电气控制系统性能良好。

2)根据转炉在炉口严重结渣上况转炉倾动力矩曲线得到转炉的最大倾动力矩(稳定)为2400 kN-m(装炉量为350 t)，转炉在装炉量为3 15t时的最大倾动力矩(稳定)为3609 kN.m。可见随着炉口结渣量的逐步增加，转炉静态倾动力矩有逐渐减小的趋势。在相同条件下，空炉的动载系数大于正常炉的动载系数，由于制动而引起的动力矩比由于启动而引起的动力矩大得多。189 kN.m。

4)转炉的一阶扭振频率为1．05 Hz。

5)实测表明在高速运行中突然制作为重要的传统产业之1的钢铁产业动将产生很大的冲击动力矩，因此应避免在高速运行中突然制动和变向，特别是在炉体处于(或接近)零位垂直位置(含倒渣时接近垂直位置)时倾动转炉切勿高速操作，以避免很大的冲击载荷，确保设备的安全。

6)在兑钢水和加废钢时，如果钢水包和废钢斗碰和垛到转炉炉口上，会引起动力矩，凶此建议在兑钢水和加废钢时，行车上在操作时应避免铁水包和废钢斗与炉口高速相撞，以保证设备的安全。

7)实测力矩小于理论计算值，尤其是转炉严重结渣状态下，原因可能有以下几方面：

①炉口严重结渣使得空炉重心上升，空炉力矩值减小；

②现场扭力杆支座下安置了一定数量的橡胶垫，力矩较大时箱座与橡胶垫接触，使得扭力杆所受力矩继续增加受到限制；

③由于炉体的重心不在经过耳轴的垂直线上(炉体重心偏向出钢侧)，测试过程的扭矩原点无法确定，造成一定的测量误差，但是记录的波形应该是一样的。