關鍵詞：錳合金 高爐 高壓變頻器 無級調速
錳，是鋼鐵，特別是特種合金鋼的一種重要添加元素，用來調節(jié)普通鋼和合金鋼的脆性及硬度。其次它也是制作其他化工如高錳酸鉀或農業(yè)產品如錳肥的重要原料。
目前國內大部分企業(yè)仍采用高爐冶煉及布袋或電除塵方式。其過程中使用的高爐鼓風機、除塵風機和循環(huán)水泵功率較大，電耗占比高。為優(yōu)化工藝環(huán)節(jié)和最大限度的節(jié)能降耗，已迅速成為高壓變頻器的用武之地，從而為企業(yè)帶來了可觀的經濟收益。
錳礦石、焦粒、輔料經過破碎到生產指定的粒度大小且干燥后進入配料系統(tǒng)，經工藝人員計算配比告知車間中控操作人員后經配料系統(tǒng)合理入爐，進行冶煉，按規(guī)定電量進行出鐵（有渣）。產生的渣進行水淬，產生的水淬渣存放于水淬渣臨時存放區(qū)后外售到水泥廠，出鐵產生的液態(tài)硅錳合金進行澆鑄（池鑄），待合金池達到指定高度后使用鏟車鏟到成品庫經砸鐵工人進行精整、破碎、裝袋進行外銷。生產過程中所產生的煙氣經過除塵系統(tǒng)（布袋除塵）進行有毒有害氣體的二次利用（氣柜）。除塵系統(tǒng)所產生的除塵灰經收集進入供料機壓密后制球，按配料要求計算配比合理入爐。主要工藝見下圖：
高爐冶煉過程是在爐料和爐氣的反向運動中進行傳熱、傳質和機械運動。爐料均勻而有節(jié)奏地下降，反應產生的煤氣合理分布上升從爐頂泄出是高爐順行的首要要求。焦炭在風口燃燒，焦炭被爐料中的氧氧化，在爐料下降過程中小塊料填充于大塊料之間，爐料逐漸熔化使體積縮小，定期從爐缸排放爐渣與合金等都會在爐內形成自由空間。爐料由于自重克服爐料與爐壁、爐料間的摩擦力和煤氣上升的浮力而下降。錳鐵高爐爐缸溫度比生鐵高爐高，爐料軟熔帶相對上移，氣體通道切面相對變小，氣流速度變大，阻力損失增加，對高爐的順行影響甚大。煤氣流的合理分布對高爐冶煉錳鐵十分重要。所以高爐鼓風機是整個煉錳工藝中的最關鍵設備。
錳礦高爐冶煉過程中對爐膛溫度控制及氣流流態(tài)控制要求較高，直接影響出料的質量。現(xiàn)場電機負載及配套的高壓變頻器參數(shù)如下表：
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負載信息 |
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電機型號 |
異步電機 |
電機廠家 |
西安泰富西瑪電機 |
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額定功率 |
1400KW |
額定電流 |
100A |
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額定轉速 |
743r/min |
功率因數(shù) |
0.88 |
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額定電壓 |
10KV |
負載類型 |
高爐鼓風機 |
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所屬行業(yè) |
冶金 |
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變頻器信息 |
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變頻器型號 |
GD5000-A1700-10-L |
額定功率 |
1400KW |
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額定電壓 |
10KV |
額定電流 |
100A |
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拖動方式 |
一拖一手動 |
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現(xiàn)場通過端子控制直接接入中控DCS系統(tǒng)，系統(tǒng)原理如下圖所示：
現(xiàn)場照片：
英威騰GD5000系列矢量型高性能變頻器采用電壓源型單元串聯(lián)多電平高-高解決方案，直接10kV輸入、10kV輸出，接線簡單、控制靈活?？刂葡到y(tǒng)采用DSP+FPGA+ARM三核技術，內部自帶單元旁路功能，單元故障時可選擇自動/手動同級旁路，同時支持中性點漂移技術。利用高壓變頻器無級調速功能與DCS的自動協(xié)調控制高爐冶煉系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：
* 利用感溫探頭的溫度檢測及4～20mA模擬量輸出功能，PLC自動判斷其爐子內高效燃燒時所需的負壓，溫度過高時，自動降低變頻器輸出頻率，使風機在較低轉速運行；溫度較低時，通過模擬量信號自動控制調節(jié)變頻器在較高轉速運行；
* 高爐鼓風機為24H連續(xù)工作模式，對變頻調速系統(tǒng)可靠性要求高。變頻器自帶單元旁路功能及中性點便宜技術，可實現(xiàn)一個單元旁路后系統(tǒng)降額8%繼續(xù)運行，還可通過工頻旁路模式繼續(xù)保留現(xiàn)場原有水阻柜軟起模式。
* 風機為平方轉矩負載，根據生產負荷變化情況，低轉速運行時間越長，其耗電越低，從而在滿足生產工藝的條件下實現(xiàn)節(jié)能降耗；
* GD5000系列變頻器具有優(yōu)良的抗電網電壓波動性能。網側電壓在+10%～-15%之間波動時可做到滿載輸出。同時具有AVR功能，能夠根據母線電壓的波動自動調整輸出電壓。網側電壓在短時間小于85%～65%額定值或大于110%～120%額定值時，高壓變頻器降額運行不停機，可保證除塵風機穩(wěn)定運行，不至于影響生產和對環(huán)境造成污染；
* 作為工藝循環(huán)中的關鍵負載，GD5000系列變頻器具有功率單元工作情況（溫度、直流母線電壓、電流等）的實時監(jiān)控功能，及時提供故障預判，保證設備可靠運行；
* 高壓變頻器在20%負載以上效率高達96%，系統(tǒng)自身不會增加多余損耗。
礦山冶煉行業(yè)主要工藝流程中的負載設備耗電約占全廠總耗電的40%以上，如何保證關鍵工藝過程的各項指標參數(shù)正常且系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的前提下實現(xiàn)全廠的節(jié)能降耗是企業(yè)急需考慮的問題。
隨著高壓變頻調速技術的日趨成熟，越來越多的關鍵工藝負載設備開始采用高-高型的變頻調速方案，系統(tǒng)簡潔，配電布線靈活方便，控制方式靈活，且能大幅降低全廠的總能耗。這種調速系統(tǒng)和方式越來越多的受到工礦企業(yè)的青睞。
【1】化工出版社 《錳礦冶煉技術》
【2】英威騰電氣技術有限公司 《GD5000系列高壓變頻器產品手冊》
