摘要： 本文分析了青钢第二高速线材厂原设计的风冷线风机在生产中存在的问题，并提出解决方法。通过进行风冷线风机电机变频改造，即利用变频技术--改变电机转速来调节风机风量，不仅可以满足生产工艺的要求，而且可以降低电耗、降低故障率、优化生产工艺、增加工艺可实现范围。这一技术的应用对高端品种钢产品的生产和研发、节能降耗、环保等均有重要意义。
引言
随着全球资源趋紧、金融危机造成企业利润大幅下滑，节能降耗越来越被人们所重视。而由于我国工业现代化进程的加快，对电力资源的需求越来越大，从而造成电力资源的日趋紧张;同时在企业的生产中有大量的电能被白白浪费，通过先进的科学技术改造达到节能降耗的效果，已经成为企业降耗增效的主要措施之一。本文基于青钢高线实施的风冷线风机电机变频改造，深入分析了这一改造项目为企业带来的效益。
一、风冷线风机系统简介
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。全厂风冷线共21台离心式鼓风机，电机功率为10台200 kW和 11台132 kW。风冷线风机布置见图1。
风冷线风机为离心式鼓风机，结构见图2所示，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。
二、原设计的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由于用挡风板来调节风量，风机是全速运行，而挡风板阻力较大，很多的能量消耗其上，很多能量做了无用功;②200KW 的风机电机采用软启，但不能频繁启动，事故率较高、影响时间较多;③由于132KW的风机电机都采用直接启动，起动电流很高，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，而且是分档调节，风量不能连续调节，品种钢生产的局限性很大;⑤品种转换时需人工调节挡风板，需要8-10分钟，降低了有效作业率;⑥直接启动造成机械振动大，经常发生风机设备事故而导致停车。
为此，对风冷线风机电机分两期进行不停产变频改造，业已完成的一期改造是10台200KW风机电机，其型号为:Y315L2-4 200 kw，电压:380 V。
三、变频调速的特点和控制原理
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，对风机、泵类一般无需采用专门变频电机。变频调速系统的关键装置是变频器，由它来提供变频电源。变频调速的突出优点是调速效率高，电源侧功率因数提高，启动能耗低，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。
根据不同钢种、规格的线材生产工艺要求，运行时只需对频率进行调节，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分钟内就可实现10台风机的起停、频率转换。本次改造采用AB公司的PowerFlex400系列22CD460A103变频器，其控制接线见图3。
四、经济效益分析
下面以生产Ф5.5mm硬线为例进行分析。轧制Ф5.5mm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档，工艺要求开在4档，风量与风门开度近似成比例关系;由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，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档风门风量的频率约为30Hz。
改造前电机运行参数：运行频率 50Hz，风门共7档，开在4档，电流 260A(实测)，电机功率因数0.9，则实际输出功率为：
P=×0.38×260×0.9=154kw
改造后电机运行参数：风门全开，运行频率30Hz，电流145A(实测)，电机功率因数0.9，则实际输出功率为：
P=×0.38×145×0.9=86kw
按90%的作业率计算，由式⑴ 和式⑵可得，改造后日节约电能：
(154-86)× 0.9× 24× 9 = 13219.2 kwh
青钢第二高速线材厂主要以生产胎圈钢丝、钢帘线等Ф5.5mm硬线产品为主，为保证Ф5.5mm的硬线C级质量精度，30#轧槽轧制吨数控制为300t， 28#、29#轧槽轧制吨数控制为400t，所以每天换槽4—6次(含日常检修一次)，每次时间15—20分钟，一天班中换槽时间平均为1.33小时(不含日常检修)。改造前由于不能实现频繁启动且故障率较高，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电能由式⑴可计算出：
154×1.33×9=1843.4 kwh
根据第二高速线材厂生产Ф5.5mm 硬线占总量的70%比例，不计其余品种节电量，按青岛市现行工业电价0.64元/ kwh(税前价)计算，一年可以节约电费：
0.64×(13219.2+1843.4)×30×12×0 .7=242.93万元 ⑸ 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。
工艺优化效果：由于生产工艺属于企业的技术秘密，现仅以一个参数为例，说明本次技术改造对生产工艺的优化程度。
由上例可以看出，通过变频可以很方便地设定为45HZ，但风机风门是无法调在6.3档的。
通过工艺优化，为青钢高端产品的开发提供了更广阔的空间。
五、结束语
本次改造，于2008 年11月完成了设备的安装调试工作，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。
实践证明，利用变频技术改变电机转速来调节风量取代风门控制风量，能取得明显的节能效果和综合效益：年直接经济效益达242.93万元，投资回收期 约8个月;同时可实现频繁启动;启动电流平滑调节，减小了对变压器和电网的冲击;启动平稳，减小了对机械设备的冲击，降低了风机事故率;实现灵活的工艺设定，品种钢性能控制更精确，有利于新产品开发;提高了工作效率，降低了劳动强度。
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