变频节能在青钢高线的应用

 本文基于青岛钢铁控股集团有限公司第二高速线材厂实施的风冷线风机电动机变频改造，深入分析了这一改造项目为企业带来的效益。

　　青钢第二高速线材厂风冷线风机采用离心式鼓风机，其作用是对吐丝机吐出的盘卷按工艺要求进行冷却，它根据不同产品规格和品种要求，送出不同风量，结合不同产品规格和品种对应的不同辊道速度，实现对盘卷的不同冷却速率和效果，实现奥氏体向索氏体、珠光体的转换，从而保证线材具有良好的力学性能、表面质量和冷加工性能。全厂风冷线2l台离心式鼓风机，电动机功率为l 0台200 k W和11台 132 k W。风冷线风机为离心式鼓风机，其工作原理是电动机驱动轴承箱，再通过传动机构驱动风机的风叶旋转，产生的高压风通过风道进入风冷线，达到对风冷线辊道上热盘卷冷却的目的。

　　1原设计风冷线风机存在的问题

　　第二高速线材厂原设计的风冷线风机运行过程中存在以下问题：

　　(1) 由于用挡风板调节风量;

　　风机全速运行时挡风板阻力较大，很多能量消耗其上，做了无用功;

　　(2) 由于200 k W风机电动机采用软起动，不能频繁起动因此事故率较高、 影响时间较长;

　　(3) 32 k W风机 电动机采用直接起动，起动电流高，耗电量大，对变压器造成较大冲击;

　　(4) 由于采用挡风板调节风量，而且是分挡调节，因此风量不能连续调节，导致品种钢生产的局限性很大;

　　(5) 品种转换时人工调节挡风板需要 8～10 min ，降低了有效作业率;

　　(6) 直接起动造成机械振动大，经常发生风机设备事故而导致停车。为此，对风冷线风机电动机分两期进行不停产变频改造，业已完成的一期改造是l0台200k W 风机电动机，其型号为Y315L2-4，电压380 V。

　　2 改造后变频调速的特点及参数设置

　　变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变旋转磁场同步转速进行调速， 是无附加转差损耗的高效调速方式。变频调速系统的关键装置是变频器，由它来提供变频电源，本次改造采用AB公司的PowerFlex400系列22C.D460A103变频器，因风机、泵类一般无需采用专门变频电动机，所以仍然使用原有电动机，降低了改造费用，运行情况良好。变频调速的突出优点是调速效率高，电源侧功率因数提高，起动能耗低，调速范围宽，可实现无级变速，动态响应速度快，调节精度高，操作简便。设计时选用AB变频器全数字LCD操作面板安装在柜门上，通过专用通信电缆与变频器相连，通过它既可对变频器进行调试，又可监视变频器的运行状况和报警信息，还可进行变频器起停和频率设定;为方便值班人员操作，在柜门上安装了电位器，使之与变频器的模拟量给定输入端相连。生产时根据不同钢种、规格的线材生产工艺要求，需对频率进行调节，频率的设定既可以通过变频柜柜门上的数字操作面板完成，又可以通过其上的电位器完成。二期改造后可实现操作员站的远程操作，1 min内就可实现l台风机的起、停和频率转换。系统组成示意图见图1 ( 虚线部分是二期改造的远程控制系统)。其主要参数设定见表1.

　　

 

           3 经济效益分析

 

            3． 1 节电效果

            青钢第二高速线材厂主要以生产胎圈钢丝、钢帘线等Φ5.5mm硬线产品为主，轧制Φ5.5mm硬线时工艺要求使用9台风机，改造前通过挡风板调节风量，风门共7挡，工艺要求开在4挡，风量与风门开度近似成 比例关系。由流体力学可知，风量与转速成正比，即风量与频率成比例关系，因此，当采用变频调速后，风门全开，对应改造前4挡风门风量的频率约为30Hz。

改造前电动机运行参数：运行频50H z ，风门开在4挡，电流260 A( 实测)，电动机功率因数0.9， 则实际输出功率为：√3× 0.38 x 260 x 0.9=1 5 4 ( k W) (1)

改造后电动机运行参数：风门全开，运行频率30Hz，电流145 A( 实测) ，电动机功率因数0 .9 ，则实际输出功率为：√3× 0.3 8×1 4 5× 0.9= 8 6 ( k W) ( 2 )

按90％的作业率计算，由式 ( 1 ) 和式 ( 2 ) 可得， 改造后 E t 节约电能： ( 154—8 6 )×0.9×2 4×9=13219．2 (kW•h) (3)

为保证Φ5mm的硬线C级质量精度， 30#轧槽轧制吨数控制为300 t ， 28#和29#轧槽轧制吨数控制为400 t，所以每天换槽4—6次( 含日常检修一次) ，每次时间 l 5—20mi n ，1d班中换槽时间平均为1.33h (不含日常检修)。改造前由于不能实现频繁起动且故障率较高，因此在班中正常换槽时，不停风冷线风机；改造后则可以停。仅此一项，比改造前每日可以节约的电能由式( 1 ) 结果可计算出：154×1．33×9=1843.4( k W·h ) ( 4)

第二高速线材厂Φ5mm硬线产品占总量70％，不计其余品种节电量，按青岛市现行工业电价0.6 4 ( k W·h ) ( 税前价)计算，1a节约电费：0.64×( 13219 .2+18434 )×30×12×0.7= 242..93( 万元 ) ( 5)

一期改造设备费、电缆费、土建费总计约160万元，因此实际投资回收期约为8个月.

          3．2 工艺优化效果

通过变频可以很方便地将频率设定为45 H z ，但风机风门则无法调在6.3挡.

　　现仅以一个参数为例(见表2) ，说明本次技术改造对生产工艺的优化程度。由表2可以看出，通过变频可以很方便地将频率设定为45 H z ，但风机风门则无法调在6.3挡.

　　

 

　　4 结束语

　　本次改造于2009年1月完成 了所有主要产品风冷工艺的新工艺参数设计、现场实验产品验收、工艺标准化等一系列相关工作。