作者：王兆祥 單位：山鋼集團(tuán)萊鋼股份煉鐵廠

變頻技術(shù)在冶金行業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1變頻技術(shù)在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

早期的鋼鐵企業(yè)中，一些由交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)（諸如煉鋼和高爐的除塵風(fēng)機(jī)、燒結(jié)余熱風(fēng)機(jī)等）都是工頻直接供電，定速驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有采用調(diào)速裝置，風(fēng)量大小的控制是通過(guò)采用入口擋板節(jié)流調(diào)節(jié)方式實(shí)現(xiàn)的，這樣就造成了耗電大、噪音大、節(jié)流損失大等問(wèn)題。如果通過(guò)變頻技術(shù)改造，采用變頻調(diào)速，不僅可以提高器件耐壓能力和提高輸出電壓的穩(wěn)定性，減少了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，還可以達(dá)到節(jié)約電能的目的。同樣，一些采用同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的大功率風(fēng)機(jī)（如高爐鼓風(fēng)機(jī)、燒結(jié)主排風(fēng)機(jī)和制氧機(jī)等），也可以進(jìn)行變頻調(diào)速改造。據(jù)某冶金企業(yè)統(tǒng)計(jì)，采用變頻技術(shù)的引風(fēng)機(jī)的平均用電量是工頻控制的引風(fēng)機(jī)的平均用電量的55.26％，平均節(jié)省電量44.74％；由此可見(jiàn)，變頻技術(shù)還具有高效節(jié)能的功能[2]。在鋼鐵企業(yè)中，通常每座高爐配置三到四座熱風(fēng)爐，分別處于送熱風(fēng)狀態(tài)、蓄熱狀態(tài)和燃燒加熱狀態(tài)，有些企業(yè)可能再備用一座，然后每臺(tái)熱風(fēng)爐再配置一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，目前大部分的煉鋼企業(yè)已將鼓風(fēng)機(jī)由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)改造為高壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。除了熱風(fēng)爐，每臺(tái)高爐還至少配備2臺(tái)除塵風(fēng)機(jī)來(lái)起到除塵的作用，其中除塵機(jī)可分為裝料除塵風(fēng)機(jī)和出鐵除塵風(fēng)機(jī)。在高爐煉鐵的生產(chǎn)過(guò)程中，出鐵是一個(gè)間歇的、周期性的過(guò)程。當(dāng)高爐出鐵時(shí)，會(huì)產(chǎn)生濃厚的棕紅色煙塵，此時(shí)除塵風(fēng)機(jī)要除去濃厚的煙塵，必須處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；而在出鐵完畢時(shí)，煙塵變得稀少，除塵風(fēng)機(jī)保持低速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)就可以達(dá)到除塵要求。這就要求高壓變頻器適時(shí)對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制，因此，可以看出出鐵除塵風(fēng)機(jī)要求的速度變化范圍很大，所以大部分煉鋼企業(yè)都采用了高壓變頻技術(shù)，使頻率能夠在一個(gè)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)（出鐵時(shí)45Hz左右，不出鐵時(shí)20Hz左右），避免除塵風(fēng)機(jī)總是處于一個(gè)高速運(yùn)行的狀態(tài)，浪費(fèi)能源。另外，除塵風(fēng)機(jī)作為除塵凈化系統(tǒng)的動(dòng)力源，它能否健康安全運(yùn)行，直接關(guān)系到生產(chǎn)的繼續(xù)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員的人身安全，所以在改造除塵風(fēng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)時(shí)的第一原則就是要求保證其控制調(diào)速網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，而高壓變頻技術(shù)基本克服了這個(gè)問(wèn)題。同樣，在煉鋼作業(yè)中，電爐的每個(gè)生產(chǎn)階段的煙塵產(chǎn)量和溫度要求都是不一樣的，所以需要根據(jù)相應(yīng)的階段要求來(lái)調(diào)節(jié)除塵風(fēng)機(jī)的風(fēng)量的大小，使其匹配，從而有效避免了大風(fēng)量對(duì)爐內(nèi)熱量的損失和小風(fēng)量使?fàn)t內(nèi)溫度過(guò)高燒毀機(jī)器的可能。

2變頻技術(shù)在水泵中的應(yīng)用

在冶金工業(yè)中，以煉鋼企業(yè)為例，水泵作為廣泛運(yùn)用于其中的設(shè)備需要適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的工況，所以水泵運(yùn)行效率的高低，直接關(guān)系到能耗的大小。水泵以往的運(yùn)行方式是保持轉(zhuǎn)速恒定，通過(guò)閥門或回流閥調(diào)節(jié)流量，這種運(yùn)行方式不僅能耗大，而且頻繁的水量調(diào)節(jié)，容易造成閥門損壞或密封不牢，進(jìn)而直接造成了水泵備件的浪費(fèi)，甚至于影響生產(chǎn)。從功能上來(lái)講，變頻技術(shù)可使水泵具備軟啟動(dòng)的能力，不僅操作上方便和省力了，而且還減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊；從工藝上講，由于變頻調(diào)速技術(shù)，是水泵處于低轉(zhuǎn)速狀態(tài)時(shí)，噪音和磨損都減少了，這樣就減少了設(shè)備維修、延長(zhǎng)了設(shè)備壽命。若水泵采用變頻技術(shù)，不僅直接提高了水泵的調(diào)速效率和調(diào)速范圍，使流量控制更加準(zhǔn)確和快速，同時(shí)根據(jù)統(tǒng)計(jì)還能節(jié)約20%-40%的能耗，這對(duì)鋼鐵企業(yè)的效益來(lái)說(shuō)，意義是不言而喻的。

3變頻技術(shù)在起重設(shè)備應(yīng)用

在冶金企業(yè)，諸如裝船卸船機(jī)、起重機(jī)、堆取料機(jī)、大型行車和大功率的傾動(dòng)設(shè)備等，都是一些常用的起重設(shè)備。它們的負(fù)載方式為位能性負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩大，不僅要求傳動(dòng)系統(tǒng)具有很好的低速啟動(dòng)性能，同時(shí)還需要電機(jī)和變頻器具備較強(qiáng)的過(guò)載能力。之前這些起重設(shè)備的調(diào)速方式大多運(yùn)用技術(shù)早已成熟的直流調(diào)速方式，但這種方式需要的日常的維護(hù)量大，因此隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是高壓變頻技術(shù)的日趨成熟，交流變頻調(diào)速技術(shù)開(kāi)始廣泛的應(yīng)用到了起重設(shè)備中。近些年來(lái)，還有一些大功率設(shè)備如熱軋、冷軋的傳動(dòng)設(shè)備也紛紛采用了高壓變頻技術(shù)。熱軋與冷軋用傳動(dòng)系統(tǒng)要求具備控制精度高、動(dòng)態(tài)反應(yīng)快、可靠性高的特點(diǎn)，同時(shí)也要具備一定的過(guò)載能力，目前應(yīng)用的高壓變頻器以國(guó)外的居多。

4變頻技術(shù)在拉矯機(jī)的改造

目前，國(guó)內(nèi)大部分冶金企業(yè)拉矯機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式采用直流式電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)速方式采用模擬式電壓、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速。雖然這樣的生產(chǎn)方式技術(shù)已經(jīng)很成熟，但卻始終存在著很多不盡人意的地方，諸如不僅設(shè)備成本開(kāi)支大，而且設(shè)備運(yùn)行可靠性差、參數(shù)調(diào)整復(fù)雜和控制精度不高。因此，為克服這些問(wèn)題，建議將拉矯機(jī)電機(jī)改為成本相對(duì)低廉、維護(hù)操作簡(jiǎn)單方便的交流式電動(dòng)機(jī)，同時(shí)在調(diào)速系統(tǒng)采用變頻技術(shù)，使用可靠性高、保護(hù)功能齊全、維護(hù)方便的高性能通用變頻器進(jìn)行調(diào)速，這樣不僅使設(shè)備的維護(hù)周期得到了加長(zhǎng)，而且調(diào)速性能得到了提高。近些年來(lái)，萊蕪鋼鐵廠就進(jìn)行了這種系統(tǒng)改造方式，取得了很好的生產(chǎn)運(yùn)行效果，運(yùn)行到現(xiàn)在沒(méi)有出現(xiàn)因拉坯阻力值過(guò)大導(dǎo)致堵轉(zhuǎn)和跳電等問(wèn)題。

變頻技術(shù)的應(yīng)用前景

目前在我國(guó)的冶金行業(yè)，還普遍存在著傳統(tǒng)調(diào)速方式，并沒(méi)有采用變頻調(diào)速技術(shù)，而傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)存在的劣勢(shì)卻日益與當(dāng)今冶金行業(yè)深化改革和節(jié)能減排的要求背道而馳。變頻技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)調(diào)速方式來(lái)說(shuō)，不僅能夠?qū)崟r(shí)數(shù)字監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行的電壓、電流、頻率和轉(zhuǎn)速等參數(shù)數(shù)據(jù)，還可以方便快捷的調(diào)節(jié)參數(shù)。同時(shí)變頻技術(shù)可以使電機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)和軟制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間的連續(xù)調(diào)節(jié)，降低了對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的直接沖擊，從而對(duì)電氣設(shè)備起到了保護(hù)作用，延長(zhǎng)電氣設(shè)備的使用壽命，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。這些優(yōu)勢(shì)都充分說(shuō)明了變頻技術(shù)的有著廣闊的推廣空間[3]。

另外，根據(jù)統(tǒng)計(jì)目前變頻技術(shù)大部分都運(yùn)用在風(fēng)機(jī)和水泵上，在軋機(jī)上進(jìn)行變頻改造的還不多，而經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算可得出，若在一個(gè)年產(chǎn)量30萬(wàn)噸的軋鋼廠，高壓電機(jī)的用電率占到軋鋼廠總用電的55%左右，若采用高壓變頻技術(shù)這將產(chǎn)生一個(gè)巨大的節(jié)能效益。因此變頻技術(shù)在冶金行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展的前景是廣闊的，需要我們投入更多的努力。