煉鋼連鑄機變頻器的節能改造研究

張翠芬

（承德鋼鐵集團有限公司，河北 承德 067000）

煉鋼連鑄機是鋼材生產中一個關鍵生產設備，在實際生產中煉鋼連鑄機需要長時間不停止生產，為了保證煉鋼連鑄機的運行效率和運行質量，通常會配備一個變頻器，變頻器通過改變煉鋼連鑄機電機工作電源頻率方式控制煉鋼連鑄機交流電動機的電力，從而令煉鋼連鑄機穩定、安全運行[1]。煉鋼連鑄機變頻器是由整流、濾波、逆變等單元組成，其主要是依靠裝置內部的絕緣柵雙極型晶體管的斷開來調整煉鋼連鑄機輸出電源的電壓與頻率，并且根據煉鋼連鑄機的實際需求為其提供適量的電源電壓，從而到達對煉鋼連鑄機調節控制的目的[2]。變頻器由于具有多個保護功能，比如過流、過壓一級過載保護功能，已經被廣泛應用于各個領域中，尤其是煉鋼廠生產中，并且起到了較好的應用效果[3]。雖然變頻器的應用能夠為煉鋼連鑄機運行提供安全保障，但是也來帶了另一個問題，變頻器在長時間控制和調節過程中需要消耗大量的電量和電能，目前工業領域提倡節能生產，絕大多數煉鋼廠都制定了節能戰略，變頻器的使用嚴重增加了煉鋼廠的能量消耗。據不完全統計，煉鋼連鑄機變頻器的能量消耗占整個煉鋼生產的12.36%，已經無法滿足工業生產節能需求，為此提出煉鋼連鑄機變頻器的節能改造研究，為煉鋼連鑄機變頻器節能改造提供參考依據。

1 煉鋼連鑄機變頻器的節能改造設計

目前導致煉鋼連鑄機變頻器電耗量較大的主要原因有三點，一是無法控制煉鋼連鑄機變頻器的輸出電流頻率，導致在變頻器運行過程中需要浪費一部分電能；二是煉鋼連鑄機變頻器啟動方式單一；三是煉鋼連鑄機變頻器運行溫度過高，導致額外電流的產生。本次根據煉鋼連鑄機變頻器的節能需求，針對以上存在的三個問題，提出了一套煉鋼連鑄機變頻器的節能改造方案，以下將從三個方面對煉鋼連鑄機變頻器的節能改造進行詳細說明。

1.1 引入變頻調節技術

煉鋼連鑄機變頻器主要目的是利用自身的變頻功能控制煉鋼連鑄機運行動力，但是在煉鋼連鑄機變頻器實際運行過程中，是按照煉鋼連鑄機運行動力需求，根據生產需求控制煉鋼連鑄機的電量與能效，并且在煉鋼連鑄機變頻器恒定不變的工作狀態下，煉鋼連鑄機變頻器電機效率值恒定不變，在煉鋼連鑄機變頻器功率相同的條件下，如果煉鋼連鑄機生產量突然間減少，煉鋼連鑄機變頻器就會出現浪費能效現象，所以為了達到煉鋼連鑄機變頻器節能效果，采用變頻調節技術對煉鋼連鑄機變頻器進行控制調節[4]。在煉鋼連鑄機變頻器電機與煉鋼連鑄機之間安裝一個液力傳動裝置，利用液力傳動裝置產生油液動能對煉鋼連鑄機變頻器的機械能進行轉換，實現對煉鋼連鑄機變頻器的變速調節要求，這種變速調節方法功率適應范圍較大，無論煉鋼連鑄機變頻器功率是幾十千瓦還是上萬千瓦，其都能實現對煉鋼連鑄機變頻器運行的變速調節，并且運行可靠，成本較低，適用于各種型號的煉鋼連鑄機變頻器[5]。在控制調節煉鋼連鑄機變頻器轉速過程中，主要是控制煉鋼連鑄機變頻器的輸出電流頻率，從而達到對其變速調節的目的，其交流電動機轉速公式如下所示：

公式（1）中，ν表示煉鋼連鑄機變頻器電動機轉速，單位為r/min；θ為煉鋼連鑄機變頻器電動機的極對數；?為煉鋼連鑄機變頻器交流電源的頻率，單位為Hz；υ為煉鋼連鑄機變頻器電動機運行的轉差率。在煉鋼連鑄機變頻器運行中通過引入變頻調節技術對煉鋼連鑄機變頻器電機進行實時電量控制。

1.2 改造煉鋼連鑄機變頻器啟動方式

用于煉鋼連鑄機運行生產的變頻器主要為單元串聯型變頻器，這種類型的變頻器啟動方式為“硬”啟動方式，當功率較大的煉鋼連鑄機變頻器電機在“硬”啟動時，會瞬間增加煉鋼連鑄機變頻器電機的電流量，并且該電流量會對變頻器和煉鋼連鑄機的電網起到一個較大的沖擊與傷害，不僅增加煉鋼連鑄機變頻器的電耗量還會增加煉鋼連鑄機的電量，因此在增加了變頻調節技術基礎上，本文提出改造煉鋼連鑄機變頻器啟動方式，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上，設計了選擇式啟動模式，即“軟”啟動方式，該啟動方式的實現需要在煉鋼連鑄機變頻器電機串聯一個控制器，控制器的型號采用IGGD-47DO型號控制器，該控制器內含HGD芯片，可以實現多種啟動方式控制，自動控制變頻器電機的啟動方式[6]。在控制器中設定一個控制閾值，當煉鋼連鑄機變頻器處于正常運行狀態下，即變頻器電機負載功率沒有超過10%，煉鋼連鑄機變頻器仍舊采用原有啟動方式；當變頻器電機負載功率超過10%時，控制器將控制煉鋼連鑄機變頻器啟動電流從零開始工作，達到煉鋼連鑄機變頻器額定電流暫停增加，控制煉鋼連鑄機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變頻器電網和電擊的雙重沖擊力，不僅有利于保護煉鋼連鑄機變頻器安全，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變頻器的變頻功能。

1.3 增添散熱裝置

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

2 實驗論證分析

實驗以某煉鋼連鑄機變頻器為實驗對象，該煉鋼連鑄機變頻器型號為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矢量控制方式，調速范圍為1：100SVC，穩速精度為±0.5%，該煉鋼連鑄機變頻器目前平均電耗為156.25kWh/t，在煉鋼生產過程中最低電耗為116.45kWh/t，最大電耗可以達到265.29kWh/t，此外，該煉鋼連鑄機變頻器電極消耗近兩年來在1.25kg/t～1.62 kg/t之間，該煉鋼連鑄機變頻器電能消耗占生產總能耗15.4%，實驗利用此次改造方案對該煉鋼連鑄機變頻器進行節能改造。實驗按照上文提出的方案進行改造，改造完成后令煉鋼連鑄機變頻器處于運行狀態，煉鋼連鑄機處于生產狀態，生產時間為20h，利用電子表格記錄改造完成后煉鋼連鑄機變頻器電耗量，并將其作為實驗結果，對改造前后煉鋼連鑄機變頻器電耗量進行對比，驗證此次設計煉鋼連鑄機變頻器節能改造方案的可行性，實驗結果如下表所示。

表1 改造前后煉鋼連鑄機變頻器電耗量對比（kWh/t）

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

3 結語

煉鋼連鑄機變頻器作為煉鋼連鑄機運行生產中關鍵設備之一，對其節能降耗已經成為當前煉鋼企業可持續發展的必然趨勢，對煉鋼連鑄機變頻器節能改造不僅能夠降低煉鋼企業生產成本，還可以增加煉鋼連鑄機變頻器使用壽命，能夠獲取較高的經濟效益。本次結合煉鋼連鑄機變頻器節能需求，設計了一套煉鋼連鑄機變頻器節能改造方案，此次研究對煉鋼連鑄機變頻器節能改造具有重要的參考價值，有利于降低煉鋼連鑄機變頻器能量消耗，對促進煉鋼事業的發展具有一定的作用。