摘要： 本文分析了青鋼第二高速線材廠原設(shè)計的風(fēng)冷線風(fēng)機在生產(chǎn)中存在的問題，并提出解決方法。通過進行風(fēng)冷線風(fēng)機電機變頻改造，即利用變頻技術(shù)--改變電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量，不僅可以滿足生產(chǎn)工藝的要求，而且可以降低電耗、降低故障率、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、增加工藝可實現(xiàn)范圍。這一技術(shù)的應(yīng)用對高端品種鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)和研發(fā)、節(jié)能降耗、環(huán)保等均有重要意義。
引言
隨著全球資源趨緊、金融危機造成企業(yè)利潤大幅下滑，節(jié)能降耗越來越被人們所重視。而由于我國工業(yè)現(xiàn)代化進程的加快，對電力資源的需求越來越大，從而造成電力資源的日趨緊張;同時在企業(yè)的生產(chǎn)中有大量的電能被白白浪費，通過先進的科學(xué)技術(shù)改造達到節(jié)能降耗的效果，已經(jīng)成為企業(yè)降耗增效的主要措施之一。本文基于青鋼高線實施的風(fēng)冷線風(fēng)機電機變頻改造，深入分析了這一改造項目為企業(yè)帶來的效益。
一、風(fēng)冷線風(fēng)機系統(tǒng)簡介
第二高速線材廠風(fēng)冷線風(fēng)機采用離心式鼓風(fēng)機，其作用是對吐絲機吐出的盤卷按工藝要求進行冷卻，它根據(jù)不同產(chǎn)品規(guī)格和品種要求，送出不同風(fēng)量，結(jié)合不同產(chǎn)品規(guī)格和品種對應(yīng)的不同輥道速度，實現(xiàn)對盤卷的不同冷卻速率和效果，實現(xiàn)奧氏體向索氏體、珠光體的轉(zhuǎn)換，從而保證線材具有良好的力學(xué)性能、表面質(zhì)量和冷加工性能。全廠風(fēng)冷線共21臺離心式鼓風(fēng)機，電機功率為10臺200 kW和 11臺132 kW。風(fēng)冷線風(fēng)機布置見圖1。
風(fēng)冷線風(fēng)機為離心式鼓風(fēng)機，結(jié)構(gòu)見圖2所示，其工作原理是電動機驅(qū)動軸承箱，再通過傳動機構(gòu)驅(qū)動風(fēng)機的風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的高壓風(fēng)通過風(fēng)道進入風(fēng)冷線，達到對風(fēng)冷線輥道上熱盤卷冷卻的目的。
二、原設(shè)計的風(fēng)冷線風(fēng)機存在的問題
第二高速線材廠原設(shè)計的風(fēng)冷線風(fēng)機運行過程中存在以下問題：①由于用擋風(fēng)板來調(diào)節(jié)風(fēng)量，風(fēng)機是全速運行，而擋風(fēng)板阻力較大，很多的能量消耗其上，很多能量做了無用功;②200KW 的風(fēng)機電機采用軟啟，但不能頻繁啟動，事故率較高、影響時間較多;③由于132KW的風(fēng)機電機都采用直接啟動，起動電流很高，耗電量大，對變壓器造成較大沖擊;④由于采用擋風(fēng)板調(diào)節(jié)風(fēng)量，而且是分檔調(diào)節(jié)，風(fēng)量不能連續(xù)調(diào)節(jié)，品種鋼生產(chǎn)的局限性很大;⑤品種轉(zhuǎn)換時需人工調(diào)節(jié)擋風(fēng)板，需要8-10分鐘，降低了有效作業(yè)率;⑥直接啟動造成機械振動大，經(jīng)常發(fā)生風(fēng)機設(shè)備事故而導(dǎo)致停車。
為此，對風(fēng)冷線風(fēng)機電機分兩期進行不停產(chǎn)變頻改造，業(yè)已完成的一期改造是10臺200KW風(fēng)機電機，其型號為:Y315L2-4 200 kw，電壓:380 V。
三、變頻調(diào)速的特點和控制原理
變頻調(diào)速是通過改變電動機定子供電頻率來改變旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速進行調(diào)速，是無附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式，對風(fēng)機、泵類一般無需采用專門變頻電機。變頻調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置是變頻器，由它來提供變頻電源。變頻調(diào)速的突出優(yōu)點是調(diào)速效率高，電源側(cè)功率因數(shù)提高，啟動能耗低，調(diào)速范圍寬，可實現(xiàn)無級變速，動態(tài)響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)精度高，操作簡便。
根據(jù)不同鋼種、規(guī)格的線材生產(chǎn)工藝要求，運行時只需對頻率進行調(diào)節(jié)，頻率的設(shè)定，既可以通過變頻柜柜門上的數(shù)字操作面板完成，又可以通過其上的電位器完成，二期改造后可實現(xiàn)操作員站的遠程操作，1分鐘內(nèi)就可實現(xiàn)10臺風(fēng)機的起停、頻率轉(zhuǎn)換。本次改造采用AB公司的PowerFlex400系列22CD460A103變頻器，其控制接線見圖3。
四、經(jīng)濟效益分析
下面以生產(chǎn)Ф5.5mm硬線為例進行分析。軋制Ф5.5mm硬線時工藝要求使用9臺風(fēng)機，改造前通過擋風(fēng)板調(diào)節(jié)風(fēng)量，風(fēng)門共7檔，工藝要求開在4檔，風(fēng)量與風(fēng)門開度近似成比例關(guān)系;由流體力學(xué)可知，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，即風(fēng)量與頻率成比例關(guān)系;因此，當采用變頻調(diào)速后，風(fēng)門全開，對應(yīng)改造前4檔風(fēng)門風(fēng)量的頻率約為30Hz。
改造前電機運行參數(shù)：運行頻率 50Hz，風(fēng)門共7檔，開在4檔，電流 260A(實測)，電機功率因數(shù)0.9，則實際輸出功率為：
P=×0.38×260×0.9=154kw
改造后電機運行參數(shù)：風(fēng)門全開，運行頻率30Hz，電流145A(實測)，電機功率因數(shù)0.9，則實際輸出功率為：
P=×0.38×145×0.9=86kw
按90%的作業(yè)率計算，由式⑴ 和式⑵可得，改造后日節(jié)約電能：
(154-86)× 0.9× 24× 9 = 13219.2 kwh
青鋼第二高速線材廠主要以生產(chǎn)胎圈鋼絲、鋼簾線等Ф5.5mm硬線產(chǎn)品為主，為保證Ф5.5mm的硬線C級質(zhì)量精度，30#軋槽軋制噸數(shù)控制為300t， 28#、29#軋槽軋制噸數(shù)控制為400t，所以每天換槽4—6次(含日常檢修一次)，每次時間15—20分鐘，一天班中換槽時間平均為1.33小時(不含日常檢修)。改造前由于不能實現(xiàn)頻繁啟動且故障率較高，在班中正常換槽時，不停風(fēng)冷線風(fēng)機，改造后則可以停。僅此一項，比改造前每日可以節(jié)約電能由式⑴可計算出：
154×1.33×9=1843.4 kwh
根據(jù)第二高速線材廠生產(chǎn)Ф5.5mm 硬線占總量的70%比例，不計其余品種節(jié)電量，按青島市現(xiàn)行工業(yè)電價0.64元/ kwh(稅前價)計算，一年可以節(jié)約電費：
0.64×(13219.2+1843.4)×30×12×0 .7=242.93萬元 ⑸ 一期改造設(shè)備費、電纜費、土建費總計約160萬元，因此實際投資回收期約為8個月。
工藝優(yōu)化效果：由于生產(chǎn)工藝屬于企業(yè)的技術(shù)秘密，現(xiàn)僅以一個參數(shù)為例，說明本次技術(shù)改造對生產(chǎn)工藝的優(yōu)化程度。
由上例可以看出，通過變頻可以很方便地設(shè)定為45HZ，但風(fēng)機風(fēng)門是無法調(diào)在6.3檔的。
通過工藝優(yōu)化，為青鋼高端產(chǎn)品的開發(fā)提供了更廣闊的空間。
五、結(jié)束語
本次改造，于2008 年11月完成了設(shè)備的安裝調(diào)試工作，2009 年 1月完成了所有主要產(chǎn)品風(fēng)冷工藝的新工藝參數(shù)設(shè)計、現(xiàn)場實驗、產(chǎn)品驗收、工藝標準化等一系列相關(guān)工作。
實踐證明，利用變頻技術(shù)改變電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量取代風(fēng)門控制風(fēng)量，能取得明顯的節(jié)能效果和綜合效益：年直接經(jīng)濟效益達242.93萬元，投資回收期 約8個月;同時可實現(xiàn)頻繁啟動;啟動電流平滑調(diào)節(jié)，減小了對變壓器和電網(wǎng)的沖擊;啟動平穩(wěn)，減小了對機械設(shè)備的沖擊，降低了風(fēng)機事故率;實現(xiàn)靈活的工藝設(shè)定，品種鋼性能控制更精確，有利于新產(chǎn)品開發(fā);提高了工作效率，降低了勞動強度。
（轉(zhuǎn)載）
