煉鋼連鑄機(jī)變頻器的節(jié)能改造研究

張翠芬

（承德鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 承德 067000）

煉鋼連鑄機(jī)是鋼材生產(chǎn)中一個關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，在實(shí)際生產(chǎn)中煉鋼連鑄機(jī)需要長時(shí)間不停止生產(chǎn)，為了保證煉鋼連鑄機(jī)的運(yùn)行效率和運(yùn)行質(zhì)量，通常會配備一個變頻器，變頻器通過改變煉鋼連鑄機(jī)電機(jī)工作電源頻率方式控制煉鋼連鑄機(jī)交流電動機(jī)的電力，從而令煉鋼連鑄機(jī)穩(wěn)定、安全運(yùn)行[1]。煉鋼連鑄機(jī)變頻器是由整流、濾波、逆變等單元組成，其主要是依靠裝置內(nèi)部的絕緣柵雙極型晶體管的斷開來調(diào)整煉鋼連鑄機(jī)輸出電源的電壓與頻率，并且根據(jù)煉鋼連鑄機(jī)的實(shí)際需求為其提供適量的電源電壓，從而到達(dá)對煉鋼連鑄機(jī)調(diào)節(jié)控制的目的[2]。變頻器由于具有多個保護(hù)功能，比如過流、過壓一級過載保護(hù)功能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域中，尤其是煉鋼廠生產(chǎn)中，并且起到了較好的應(yīng)用效果[3]。雖然變頻器的應(yīng)用能夠?yàn)闊掍撨B鑄機(jī)運(yùn)行提供安全保障，但是也來帶了另一個問題，變頻器在長時(shí)間控制和調(diào)節(jié)過程中需要消耗大量的電量和電能，目前工業(yè)領(lǐng)域提倡節(jié)能生產(chǎn)，絕大多數(shù)煉鋼廠都制定了節(jié)能戰(zhàn)略，變頻器的使用嚴(yán)重增加了煉鋼廠的能量消耗。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，煉鋼連鑄機(jī)變頻器的能量消耗占整個煉鋼生產(chǎn)的12.36%，已經(jīng)無法滿足工業(yè)生產(chǎn)節(jié)能需求，為此提出煉鋼連鑄機(jī)變頻器的節(jié)能改造研究，為煉鋼連鑄機(jī)變頻器節(jié)能改造提供參考依據(jù)。

1 煉鋼連鑄機(jī)變頻器的節(jié)能改造設(shè)計(jì)

目前導(dǎo)致煉鋼連鑄機(jī)變頻器電耗量較大的主要原因有三點(diǎn)，一是無法控制煉鋼連鑄機(jī)變頻器的輸出電流頻率，導(dǎo)致在變頻器運(yùn)行過程中需要浪費(fèi)一部分電能；二是煉鋼連鑄機(jī)變頻器啟動方式單一；三是煉鋼連鑄機(jī)變頻器運(yùn)行溫度過高，導(dǎo)致額外電流的產(chǎn)生。本次根據(jù)煉鋼連鑄機(jī)變頻器的節(jié)能需求，針對以上存在的三個問題，提出了一套煉鋼連鑄機(jī)變頻器的節(jié)能改造方案，以下將從三個方面對煉鋼連鑄機(jī)變頻器的節(jié)能改造進(jìn)行詳細(xì)說明。

1.1 引入變頻調(diào)節(jié)技術(shù)

煉鋼連鑄機(jī)變頻器主要目的是利用自身的變頻功能控制煉鋼連鑄機(jī)運(yùn)行動力，但是在煉鋼連鑄機(jī)變頻器實(shí)際運(yùn)行過程中，是按照煉鋼連鑄機(jī)運(yùn)行動力需求，根據(jù)生產(chǎn)需求控制煉鋼連鑄機(jī)的電量與能效，并且在煉鋼連鑄機(jī)變頻器恒定不變的工作狀態(tài)下，煉鋼連鑄機(jī)變頻器電機(jī)效率值恒定不變，在煉鋼連鑄機(jī)變頻器功率相同的條件下，如果煉鋼連鑄機(jī)生產(chǎn)量突然間減少，煉鋼連鑄機(jī)變頻器就會出現(xiàn)浪費(fèi)能效現(xiàn)象，所以為了達(dá)到煉鋼連鑄機(jī)變頻器節(jié)能效果，采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)對煉鋼連鑄機(jī)變頻器進(jìn)行控制調(diào)節(jié)[4]。在煉鋼連鑄機(jī)變頻器電機(jī)與煉鋼連鑄機(jī)之間安裝一個液力傳動裝置，利用液力傳動裝置產(chǎn)生油液動能對煉鋼連鑄機(jī)變頻器的機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對煉鋼連鑄機(jī)變頻器的變速調(diào)節(jié)要求，這種變速調(diào)節(jié)方法功率適應(yīng)范圍較大，無論煉鋼連鑄機(jī)變頻器功率是幾十千瓦還是上萬千瓦，其都能實(shí)現(xiàn)對煉鋼連鑄機(jī)變頻器運(yùn)行的變速調(diào)節(jié)，并且運(yùn)行可靠，成本較低，適用于各種型號的煉鋼連鑄機(jī)變頻器[5]。在控制調(diào)節(jié)煉鋼連鑄機(jī)變頻器轉(zhuǎn)速過程中，主要是控制煉鋼連鑄機(jī)變頻器的輸出電流頻率，從而達(dá)到對其變速調(diào)節(jié)的目的，其交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式如下所示：

公式（1）中，ν表示煉鋼連鑄機(jī)變頻器電動機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min；θ為煉鋼連鑄機(jī)變頻器電動機(jī)的極對數(shù)；?為煉鋼連鑄機(jī)變頻器交流電源的頻率，單位為Hz；υ為煉鋼連鑄機(jī)變頻器電動機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率。在煉鋼連鑄機(jī)變頻器運(yùn)行中通過引入變頻調(diào)節(jié)技術(shù)對煉鋼連鑄機(jī)變頻器電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)電量控制。

1.2 改造煉鋼連鑄機(jī)變頻器啟動方式

用于煉鋼連鑄機(jī)運(yùn)行生產(chǎn)的變頻器主要為單元串聯(lián)型變頻器，這種類型的變頻器啟動方式為“硬”啟動方式，當(dāng)功率較大的煉鋼連鑄機(jī)變頻器電機(jī)在“硬”啟動時(shí)，會瞬間增加煉鋼連鑄機(jī)變頻器電機(jī)的電流量，并且該電流量會對變頻器和煉鋼連鑄機(jī)的電網(wǎng)起到一個較大的沖擊與傷害，不僅增加煉鋼連鑄機(jī)變頻器的電耗量還會增加煉鋼連鑄機(jī)的電量，因此在增加了變頻調(diào)節(jié)技術(shù)基礎(chǔ)上，本文提出改造煉鋼連鑄機(jī)變頻器啟動方式，將原來的“硬”啟動方式改為“軟”啟動方式，其改造如下。

在原有啟動方式基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了選擇式啟動模式，即“軟”啟動方式，該啟動方式的實(shí)現(xiàn)需要在煉鋼連鑄機(jī)變頻器電機(jī)串聯(lián)一個控制器，控制器的型號采用IGGD-47DO型號控制器，該控制器內(nèi)含HGD芯片，可以實(shí)現(xiàn)多種啟動方式控制，自動控制變頻器電機(jī)的啟動方式[6]。在控制器中設(shè)定一個控制閾值，當(dāng)煉鋼連鑄機(jī)變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，即變頻器電機(jī)負(fù)載功率沒有超過10%，煉鋼連鑄機(jī)變頻器仍舊采用原有啟動方式；當(dāng)變頻器電機(jī)負(fù)載功率超過10%時(shí)，控制器將控制煉鋼連鑄機(jī)變頻器啟動電流從零開始工作，達(dá)到煉鋼連鑄機(jī)變頻器額定電流暫停增加，控制煉鋼連鑄機(jī)變頻器電流不得超過額定電流。采取這種啟動方式可以減少大功率對煉鋼連鑄機(jī)變頻器電網(wǎng)和電擊的雙重沖擊力，不僅有利于保護(hù)煉鋼連鑄機(jī)變頻器安全，還能減少不必要電流消耗，在該過程中不會影響到煉鋼連鑄機(jī)變頻器的變頻功能。

1.3 增添散熱裝置

為了保證生產(chǎn)效率，煉鋼連鑄機(jī)需要處于長時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)，因此煉鋼連鑄機(jī)變頻器也是處于長時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)，長時(shí)間的運(yùn)行會增加煉鋼連鑄機(jī)變頻器器身溫度，當(dāng)煉鋼連鑄機(jī)變頻器溫度達(dá)到40℃以上時(shí)，就會產(chǎn)生煉鋼連鑄機(jī)變頻器額外電量，長時(shí)間處于這種運(yùn)行狀態(tài)，會消耗大量的電量，因此為了實(shí)現(xiàn)煉鋼連鑄機(jī)變頻器的節(jié)能目的，在對煉鋼連鑄機(jī)變頻器的節(jié)能改造過程中必須要解決煉鋼連鑄機(jī)變頻器的散熱問題[7]。根據(jù)煉鋼連鑄機(jī)變頻器節(jié)能需求，此次在煉鋼連鑄機(jī)變頻器兩側(cè)安裝一個散熱器，散熱器采用美國HUH公司生產(chǎn)的JIDD-7554型號散熱器，散熱器是由一個風(fēng)扇和一個主機(jī)組成，在散熱器主機(jī)上設(shè)定散熱閾值，利用主機(jī)上的傳感裝置收集煉鋼連鑄機(jī)變頻器運(yùn)行溫度，當(dāng)運(yùn)行溫度超過限制時(shí)，主機(jī)將自動啟動風(fēng)扇，利用風(fēng)扇對煉鋼連鑄機(jī)變頻器降溫，從而減少煉鋼連鑄機(jī)變頻器不必要電量的產(chǎn)生，從而到的煉鋼連鑄機(jī)變頻器節(jié)能效果，以此完成煉鋼連鑄機(jī)變頻器的節(jié)能改造。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

實(shí)驗(yàn)以某煉鋼連鑄機(jī)變頻器為實(shí)驗(yàn)對象，該煉鋼連鑄機(jī)變頻器型號為OJHD-D5D4，該變頻器載波頻率為0.56kHz～12.55kHz，控制方式采用的是開環(huán)矢量控制方式，調(diào)速范圍為1：100SVC，穩(wěn)速精度為±0.5%，該煉鋼連鑄機(jī)變頻器目前平均電耗為156.25kWh/t，在煉鋼生產(chǎn)過程中最低電耗為116.45kWh/t，最大電耗可以達(dá)到265.29kWh/t，此外，該煉鋼連鑄機(jī)變頻器電極消耗近兩年來在1.25kg/t～1.62 kg/t之間，該煉鋼連鑄機(jī)變頻器電能消耗占生產(chǎn)總能耗15.4%，實(shí)驗(yàn)利用此次改造方案對該煉鋼連鑄機(jī)變頻器進(jìn)行節(jié)能改造。實(shí)驗(yàn)按照上文提出的方案進(jìn)行改造，改造完成后令煉鋼連鑄機(jī)變頻器處于運(yùn)行狀態(tài)，煉鋼連鑄機(jī)處于生產(chǎn)狀態(tài)，生產(chǎn)時(shí)間為20h，利用電子表格記錄改造完成后煉鋼連鑄機(jī)變頻器電耗量，并將其作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對改造前后煉鋼連鑄機(jī)變頻器電耗量進(jìn)行對比，驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)煉鋼連鑄機(jī)變頻器節(jié)能改造方案的可行性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表1 改造前后煉鋼連鑄機(jī)變頻器電耗量對比（kWh/t）

從上表可以看出，煉鋼連鑄機(jī)變頻器節(jié)能改造后，電耗量均小于改造前，煉鋼連鑄機(jī)變頻器電耗量有了明顯的降低，因此證明了此次設(shè)計(jì)的煉鋼連鑄機(jī)變頻器節(jié)能改造方案具有較好的可行性和可靠性，可以達(dá)到煉鋼連鑄機(jī)變頻器節(jié)能降耗需求。

3 結(jié)語

煉鋼連鑄機(jī)變頻器作為煉鋼連鑄機(jī)運(yùn)行生產(chǎn)中關(guān)鍵設(shè)備之一，對其節(jié)能降耗已經(jīng)成為當(dāng)前煉鋼企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢，對煉鋼連鑄機(jī)變頻器節(jié)能改造不僅能夠降低煉鋼企業(yè)生產(chǎn)成本，還可以增加煉鋼連鑄機(jī)變頻器使用壽命，能夠獲取較高的經(jīng)濟(jì)效益。本次結(jié)合煉鋼連鑄機(jī)變頻器節(jié)能需求，設(shè)計(jì)了一套煉鋼連鑄機(jī)變頻器節(jié)能改造方案，此次研究對煉鋼連鑄機(jī)變頻器節(jié)能改造具有重要的參考價(jià)值，有利于降低煉鋼連鑄機(jī)變頻器能量消耗，對促進(jìn)煉鋼事業(yè)的發(fā)展具有一定的作用。