炼钢连铸机变频器的节能改造研究

张翠芬

（承德钢铁集团有限公司，河北 承德 067000）

炼钢连铸机是钢材生产中一个关键生产设备，在实际生产中炼钢连铸机需要长时间不停止生产，为了保证炼钢连铸机的运行效率和运行质量，通常会配备一个变频器，变频器通过改变炼钢连铸机电机工作电源频率方式控制炼钢连铸机交流电动机的电力，从而令炼钢连铸机稳定、安全运行[1]。炼钢连铸机变频器是由整流、滤波、逆变等单元组成，其主要是依靠装置内部的绝缘栅双极型晶体管的断开来调整炼钢连铸机输出电源的电压与频率，并且根据炼钢连铸机的实际需求为其提供适量的电源电压，从而到达对炼钢连铸机调节控制的目的[2]。变频器由于具有多个保护功能，比如过流、过压一级过载保护功能，已经被广泛应用于各个领域中，尤其是炼钢厂生产中，并且起到了较好的应用效果[3]。虽然变频器的应用能够为炼钢连铸机运行提供安全保障，但是也来带了另一个问题，变频器在长时间控制和调节过程中需要消耗大量的电量和电能，目前工业领域提倡节能生产，绝大多数炼钢厂都制定了节能战略，变频器的使用严重增加了炼钢厂的能量消耗。据不完全统计，炼钢连铸机变频器的能量消耗占整个炼钢生产的12.36%，已经无法满足工业生产节能需求，为此提出炼钢连铸机变频器的节能改造研究，为炼钢连铸机变频器节能改造提供参考依据。

1 炼钢连铸机变频器的节能改造设计

目前导致炼钢连铸机变频器电耗量较大的主要原因有三点，一是无法控制炼钢连铸机变频器的输出电流频率，导致在变频器运行过程中需要浪费一部分电能；二是炼钢连铸机变频器启动方式单一；三是炼钢连铸机变频器运行温度过高，导致额外电流的产生。本次根据炼钢连铸机变频器的节能需求，针对以上存在的三个问题，提出了一套炼钢连铸机变频器的节能改造方案，以下将从三个方面对炼钢连铸机变频器的节能改造进行详细说明。

1.1 引入变频调节技术

炼钢连铸机变频器主要目的是利用自身的变频功能控制炼钢连铸机运行动力，但是在炼钢连铸机变频器实际运行过程中，是按照炼钢连铸机运行动力需求，根据生产需求控制炼钢连铸机的电量与能效，并且在炼钢连铸机变频器恒定不变的工作状态下，炼钢连铸机变频器电机效率值恒定不变，在炼钢连铸机变频器功率相同的条件下，如果炼钢连铸机生产量突然间减少，炼钢连铸机变频器就会出现浪费能效现象，所以为了达到炼钢连铸机变频器节能效果，采用变频调节技术对炼钢连铸机变频器进行控制调节[4]。在炼钢连铸机变频器电机与炼钢连铸机之间安装一个液力传动装置，利用液力传动装置产生油液动能对炼钢连铸机变频器的机械能进行转换，实现对炼钢连铸机变频器的变速调节要求，这种变速调节方法功率适应范围较大，无论炼钢连铸机变频器功率是几十千瓦还是上万千瓦，其都能实现对炼钢连铸机变频器运行的变速调节，并且运行可靠，成本较低，适用于各种型号的炼钢连铸机变频器[5]。在控制调节炼钢连铸机变频器转速过程中，主要是控制炼钢连铸机变频器的输出电流频率，从而达到对其变速调节的目的，其交流电动机转速公式如下所示：

公式（1）中，ν表示炼钢连铸机变频器电动机转速，单位为r/min；θ为炼钢连铸机变频器电动机的极对数；ϖ为炼钢连铸机变频器交流电源的频率，单位为Hz；υ为炼钢连铸机变频器电动机运行的转差率。在炼钢连铸机变频器运行中通过引入变频调节技术对炼钢连铸机变频器电机进行实时电量控制。

1.2 改造炼钢连铸机变频器启动方式

用于炼钢连铸机运行生产的变频器主要为单元串联型变频器，这种类型的变频器启动方式为“硬”启动方式，当功率较大的炼钢连铸机变频器电机在“硬”启动时，会瞬间增加炼钢连铸机变频器电机的电流量，并且该电流量会对变频器和炼钢连铸机的电网起到一个较大的冲击与伤害，不仅增加炼钢连铸机变频器的电耗量还会增加炼钢连铸机的电量，因此在增加了变频调节技术基础上，本文提出改造炼钢连铸机变频器启动方式，将原来的“硬”启动方式改为“软”启动方式，其改造如下。

在原有启动方式基础上，设计了选择式启动模式，即“软”启动方式，该启动方式的实现需要在炼钢连铸机变频器电机串联一个控制器，控制器的型号采用IGGD-47DO型号控制器，该控制器内含HGD芯片，可以实现多种启动方式控制，自动控制变频器电机的启动方式[6]。在控制器中设定一个控制阈值，当炼钢连铸机变频器处于正常运行状态下，即变频器电机负载功率没有超过10%，炼钢连铸机变频器仍旧采用原有启动方式；当变频器电机负载功率超过10%时，控制器将控制炼钢连铸机变频器启动电流从零开始工作，达到炼钢连铸机变频器额定电流暂停增加，控制炼钢连铸机变频器电流不得超过额定电流。采取这种启动方式可以减少大功率对炼钢连铸机变频器电网和电击的双重冲击力，不仅有利于保护炼钢连铸机变频器安全，还能减少不必要电流消耗，在该过程中不会影响到炼钢连铸机变频器的变频功能。

1.3 增添散热装置

为了保证生产效率，炼钢连铸机需要处于长时间运行状态，因此炼钢连铸机变频器也是处于长时间运行状态，长时间的运行会增加炼钢连铸机变频器器身温度，当炼钢连铸机变频器温度达到40℃以上时，就会产生炼钢连铸机变频器额外电量，长时间处于这种运行状态，会消耗大量的电量，因此为了实现炼钢连铸机变频器的节能目的，在对炼钢连铸机变频器的节能改造过程中必须要解决炼钢连铸机变频器的散热问题[7]。根据炼钢连铸机变频器节能需求，此次在炼钢连铸机变频器两侧安装一个散热器，散热器采用美国HUH公司生产的JIDD-7554型号散热器，散热器是由一个风扇和一个主机组成，在散热器主机上设定散热阈值，利用主机上的传感装置收集炼钢连铸机变频器运行温度，当运行温度超过限制时，主机将自动启动风扇，利用风扇对炼钢连铸机变频器降温，从而减少炼钢连铸机变频器不必要电量的产生，从而到的炼钢连铸机变频器节能效果，以此完成炼钢连铸机变频器的节能改造。

2 实验论证分析

实验以某炼钢连铸机变频器为实验对象，该炼钢连铸机变频器型号为OJHD-D5D4，该变频器载波频率为0.56kHz～12.55kHz，控制方式采用的是开环矢量控制方式，调速范围为1：100SVC，稳速精度为±0.5%，该炼钢连铸机变频器目前平均电耗为156.25kWh/t，在炼钢生产过程中最低电耗为116.45kWh/t，最大电耗可以达到265.29kWh/t，此外，该炼钢连铸机变频器电极消耗近两年来在1.25kg/t～1.62 kg/t之间，该炼钢连铸机变频器电能消耗占生产总能耗15.4%，实验利用此次改造方案对该炼钢连铸机变频器进行节能改造。实验按照上文提出的方案进行改造，改造完成后令炼钢连铸机变频器处于运行状态，炼钢连铸机处于生产状态，生产时间为20h，利用电子表格记录改造完成后炼钢连铸机变频器电耗量，并将其作为实验结果，对改造前后炼钢连铸机变频器电耗量进行对比，验证此次设计炼钢连铸机变频器节能改造方案的可行性，实验结果如下表所示。

表1 改造前后炼钢连铸机变频器电耗量对比（kWh/t）

从上表可以看出，炼钢连铸机变频器节能改造后，电耗量均小于改造前，炼钢连铸机变频器电耗量有了明显的降低，因此证明了此次设计的炼钢连铸机变频器节能改造方案具有较好的可行性和可靠性，可以达到炼钢连铸机变频器节能降耗需求。

3 结语

炼钢连铸机变频器作为炼钢连铸机运行生产中关键设备之一，对其节能降耗已经成为当前炼钢企业可持续发展的必然趋势，对炼钢连铸机变频器节能改造不仅能够降低炼钢企业生产成本，还可以增加炼钢连铸机变频器使用寿命，能够获取较高的经济效益。本次结合炼钢连铸机变频器节能需求，设计了一套炼钢连铸机变频器节能改造方案，此次研究对炼钢连铸机变频器节能改造具有重要的参考价值，有利于降低炼钢连铸机变频器能量消耗，对促进炼钢事业的发展具有一定的作用。