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(gè)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(zhǎng)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(huì)配備一個(gè)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(dòng)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(duì)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(gè)保護(hù)功能,比如過流、過壓一級(jí)過載保護(hù)功能,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)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(gè)問題,變頻器在長(zhǎng)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(gè)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)。
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(dòng)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(duì)以上存在的三個(gè)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(gè)方面對(duì)煉鋼連鑄機(jī)變頻器的節(jié)能改造進(jìn)行詳細(xì)說明。
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(dòng)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(dòng)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(huì)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(duì)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(gè)液力傳動(dòng)裝置,利用液力傳動(dòng)裝置產(chǎn)生油液動(dòng)能對(duì)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(duì)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(duì)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(hào)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(duì)其變速調(diào)節(jié)的目的,其交流電動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,單位為r/min;θ為煉鋼連鑄機(jī)變頻器電動(dòng)機(jī)的極對(duì)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(dòng)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(duì)煉鋼連鑄機(jī)變頻器電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)電量控制。
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(dòng)方式為“硬”啟動(dòng)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(dòng)時(shí),會(huì)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(huì)對(duì)變頻器和煉鋼連鑄機(jī)的電網(wǎng)起到一個(gè)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(huì)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(dòng)方式,將原來的“硬”啟動(dòng)方式改為“軟”啟動(dòng)方式,其改造如下。
在原有啟動(dòng)方式基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了選擇式啟動(dòng)模式,即“軟”啟動(dòng)方式,該啟動(dòng)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(gè)控制器,控制器的型號(hào)采用IGGD-47DO型號(hào)控制器,該控制器內(nèi)含HGD芯片,可以實(shí)現(xiàn)多種啟動(dòng)方式控制,自動(dòng)控制變頻器電機(jī)的啟動(dòng)方式[6]。在控制器中設(shè)定一個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)方式可以減少大功率對(duì)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(huì)影響到煉鋼連鑄機(jī)變頻器的變頻功能。
為了保證生產(chǎn)效率,煉鋼連鑄機(jī)需要處于長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行狀態(tài),長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行會(huì)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(huì)產(chǎn)生煉鋼連鑄機(jī)變頻器額外電量,長(zhǎng)時(shí)間處于這種運(yùn)行狀態(tài),會(huì)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(duì)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(gè)散熱器,散熱器采用美國(guó)HUH公司生產(chǎn)的JIDD-7554型號(hào)散熱器,散熱器是由一個(gè)風(fēng)扇和一個(gè)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(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇,利用風(fēng)扇對(duì)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。
實(shí)驗(yàn)以某煉鋼連鑄機(jī)變頻器為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,該煉鋼連鑄機(jī)變頻器型號(hào)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(duì)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(duì)改造前后煉鋼連鑄機(jī)變頻器電耗量進(jìn)行對(duì)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(duì)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。
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(duì)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(shì),對(duì)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(duì)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(duì)促進(jìn)煉鋼事業(yè)的發(fā)展具有一定的作用。