水渣天車鋼絲繩控制系統

(唐鋼微爾自動化公司,河北唐山 063000)

1 高爐水渣天車鋼絲繩在應用時存在的問題

高爐水渣在形成的過程中產生含硫水蒸氣,在這種工況條件下會對水渣天車造成一定的腐蝕性,尤其是在鋼絲繩的使用上造成的損耗非常嚴重,所以在鋼絲繩使用上,高爐選擇磷化涂層鋼絲繩,這種鋼絲繩耐磨、耐蝕防銹能力全面躍升,磷化膜與潤滑脂的復合作用,有效抑制微動磨損的發生,在日常生產中可減少損耗和更換時間,有效的縮短事故時間和事故頻率。

高爐水渣處理,主要依靠抓斗天車抓取,因為作業環境的影響,抓斗天車極易產生設備事故,而其中最容易發生事故的設備就是控制升降和開閉的鋼絲繩,天車設備事故60%都和鋼絲繩有關,易發生鋼絲繩亂繩、跳繩的情況。在無人天車抓渣的過程中,減少因鋼絲繩所造成的事故更是重中之重。

1.1 水渣天車鋼絲繩的纏繞方法

鋼絲繩按捻向可分為左捻、右捻、同向捻、交互捻。鋼絲繩在工作中會受到多種應力的影響,這些應力在使用過程中反復作用,會導致鋼絲繩的疲勞損傷,加上磨損和水渣蒸汽的腐蝕,減少鋼絲繩的使用壽命。在選繩時考慮到水渣天車雙卷筒的工作特性,水渣天車選擇左交互捻和右交互捻的兩套鋼絲繩相互配合使用,左右捻鋼絲繩的配合使用,可使扭轉力矩互相抵消。鋼絲繩在卷筒上的纏繞方向,必須是使鋼絲繩緊捻的方向纏繞,如果與卷筒旋轉的方向不匹配,鋼絲繩容易磨損且容易打結。常見的故障為亂繩或者落套,在水渣天車的使用過程中,此現象經常發生,一旦出現亂繩或者落套事故,處理起來非常麻煩,事故時間過長還會影響高爐的出鐵節奏。

水渣天車的抓斗由開閉和升降兩套鋼絲繩配合使用,鋼絲繩在抓渣過程中的配合尤為重要。升降鋼絲繩承擔了抓斗在平移和提升中大部分的受力。開閉鋼絲繩控制抓斗的開合,在抓斗平移和升降過程中保障抓斗處于關閉狀態,保障抓斗運行時不漏渣,如圖1所示。

圖1 鋼絲繩纏繞圖Fig.1 Wire rope winding diagram

1.2 抓斗開閉與升降鋼絲繩間聯動

抓斗在接觸渣面抓渣時,升降和開閉鋼絲繩不協調,容易發生亂繩現象。水渣天車抓斗為滿足抓渣的需求,抓斗升降和開閉鋼絲繩的控制需配和使用。當天車運行至渣池上方后,抓斗下降,控制升降和開閉卷筒的電機需同時放繩,待抓斗下降至渣面后,電機停止抓斗靜止于渣面。抓斗開閉電機關閉開始抓渣動作,同時升降電機適量放繩,以滿足抓渣量的需求,待抓斗完全關閉,此時升降鋼絲繩不受力,抓斗完全由開閉鋼絲繩提起,抓渣完成信號到位后,升降和開閉鋼絲繩電機同時提升,升降鋼絲繩電機速度略快于開閉電機速度,待升降力矩和開閉電機力矩到達一定的比例后,升降電機和開閉電機轉為同速,將抓斗提升至最高位。到位后天車大車和小車開始動作,將抓斗運至固定放渣位準備放渣。放渣時抓斗升降和開閉電機同時同速下降,到位后,升降電機停止,開閉電機繼續放繩至抓斗完全打開。放渣完成后,抓斗升降和開閉電機同速提升抓都至最高位,準備下一次抓渣,如圖2所示。

圖2 抓斗側視圖Fig.2 Grab side view

1.3 抓斗升降和開閉電機的控制

抓斗升降和開閉鋼絲繩在抓斗動作期間不得從卷筒脫落。抓斗升降和開閉電機的控制分為速度控制和力矩控制兩部分組成。在抓斗上升和下降的過程中,電機均為同步同速控制,在抓渣放渣動作過程中開閉電機為位移控制,此部分由安裝在卷筒后面的編碼器來控制鋼絲繩的位移量,滿足精準定位的要求。抓斗升降的位移量由安裝在升降卷筒后的編碼器來控制。

2 抓斗開閉位移量的控制

在抓渣和放渣過程中,抓斗開閉的大小由編碼器控制,抓斗開閉的幅度可在畫面上進行有效范圍內調節。抓渣過程中抓斗的開閉受開閉力矩的限制,如力矩超限,抓斗將自動停止并報警,需由現場工作人員確認原因后,方可繼續工作。在水渣天車雙卷筒底座安裝有稱量裝置,輔助抓渣作業,超限時可停止抓渣作業,保護天車的機械設備。

2.1 抓渣時抓斗升降鋼絲繩的二次放繩

由于鋼絲繩頻繁發生事故,導致鋼絲繩壽命低,1至3個月就需要更換新鋼絲繩,如何避免鋼絲繩頻繁亂繩、跳繩,減少事故率,延長設備使用壽命,是我們亟待解決的問題。天車抓斗在抓渣過程中,抓斗關閉時會受到水渣向下的應力影響,此時為滿足抓渣量的需求,抓斗升降電機需向下釋放一定的鋼絲繩,釋放鋼絲繩的量由抓渣深度來計算得出,且此部分鋼絲繩的量不能過長,否則會造成抓斗的傾斜或者鋼絲繩的亂繩。升降鋼絲繩重新放繩的階段,我們稱之為二次放繩。二次放繩的速度需同抓斗開閉的速度匹配,滿足升降和開閉鋼絲繩均不松繩的狀態,防止鋼絲繩落套。升降和開閉鋼絲繩在抓渣和放渣的過程中,均需全程保持緊繃狀態。如圖3所示

圖3 二次放繩曲線Fig.3 Curve of secondary rope placement

2.2 抓斗完畢時升降鋼絲繩的追繩動作

抓渣完畢后,在抓斗在提升過程中,升降電機中需進行追繩動作。抓渣時,開閉鋼絲繩為完全關閉抓斗,鋼絲繩收縮的距離會大于抓斗本身的開度,以此達到抓斗完全關閉的效果,抓斗開閉電機鋼絲繩承受了抓斗大部分的重力。抓斗提升時,升降電機的速度略大于開閉電機速度,此過程保持一段時間,直至提升力矩與開閉力矩達到一定的比例后,升降和開閉電機速度轉為同步一致,同速上升至最高位,如圖4所示。

圖4 追繩動作曲線Fig.4 The action curve of rope tracing

2.3 放渣時開閉和升降鋼絲繩間的配合

在天車平移過程中,開閉和升降電機的抱閘關閉,保障抓斗在次期間無動作。天車的大小車到達料斗指定位置后,抓斗開閉鋼絲繩逐漸打開,升降電機保持不動,防止抓斗出現溜車現象。抓斗打開到80%的開度時,天車大小車開始聯動,向下一次抓渣點運行。在大小車平移的過程中,抓斗打開至最大,為繼續抓渣準備,此動作還可防止渣料散落在渣池以外的區域,保持現場安全清潔,如圖5所示。

圖5 抓渣界面Fig.5 Slag grab interface

3 結語

升降控制鋼絲繩在抓渣期間同開閉鋼絲聯動,以滿足抓渣量。通過優化控制邏輯和算法,保證抓斗在抓渣時鋼絲繩不松,保證亂繩、跳繩的事故率降到5%以下。延長鋼絲繩使用壽命。

綜上所述,智能抓渣有系統能夠高效的完成過濾池中水渣的清理,不但節省了人工,還能解決傳統抓渣天車存在的各種問題。