冶金行业及变频器的应用

　　中国的钢产量已连续多年居世界第一，并每年以20%以上的高速度在增长。2004年的钢产量是2.73亿吨，2005年将超过3亿吨，占世界钢产量的1/3。作为制造业基础的钢铁工业，现在正在进行大规模建设和技术改造。有资料显示，50万吨以上的钢厂全面盈利，这吸引了众多民营企业进入这个领域，出现了“大炼钢铁”的局面。

　　然而中国钢铁工业的问题也非常突出。能耗水平高，我国电工产品耗电约占全国总发电量的70%，而冶金系统年耗电量约占全国发电量的9.3%左右（包括电弧炉、铁合金电炉等），而驱动的电动机占很大一部分，因此其有效操作和节能降耗是至关重要的。本刊特邀三位冶金行业资深专家就冶金行业节能降耗以及变频器在冶金行业的应用进行阐述。

钢铁工业及变频器的应用

冶金自动化研究设计院    马竹梧（Ma Zhuwu）

　　钢铁企业大都由一系列工厂组成，规模大。钢铁工业如图1所示，是联合企业型式，包括采矿、选矿、然后把选得的精矿烧结或制成球团，造成适合于高炉所需块度的原料，经高炉炼成生铁，再由转炉或电炉炼成钢，铸成锭以后，经各式轧机轧成板材、管材、型材和线材等，生产过程十分复杂，设备极其不同。

图1   钢铁联合企业生产流程图

　　由矿石到钢材的生产有多种流程，但主要是下列两种流程^[1]：烧结球团和焦化-高炉-转炉一轧机流程、直接还原或熔融还原-电炉-轧机流程。前者被称为长流程（见图1蓝色部分，是目前的主流程），后者则被称为短流程（见图1橙色部分）。

　　两者都是由一系列分厂或车间组成的钢铁总厂，前者一般分为原料场，烧结、球团、焦化（或炼焦、化工）、炼铁、炼钢（含铁水预处理、转炉、炉外精炼、连续铸钢）和各类轧钢（钢管、热轧带钢、冷轧板带、线棒材、型钢、轨梁、中厚板等）等分厂，后者没有烧结、球团、焦化分厂（图1中直接还原以下的流程）；此外还有一些辅助分厂，如动力部（包括发电、供电、煤气、氧气、给水等分厂）。选矿厂一般在矿山附近（一般与采矿合为矿山公司），只有矿山较近时才设在钢铁厂内。

交流调速及变频器在钢铁工业应用简介

　　交流调速有多种方法（异步电动机的变极调速、调压调速、转子串电阻调速、电磁转差离合器调速，液力耦合器调速、机械差动调速、变频调速等），但主流是变频调速。下表1中列出了交流变频装置在钢铁工业主要机组典型应用地点。

表1  交流变频装置在钢铁工业主要工序的典型应用

带*号的为软起动

大功率电力电子变流技术在钢铁工业中的应用

冶金自动化研究设计院  李崇坚

　　1　应用状况

　　70年代以后，随着交流电机矢量控制理论的产生及其应用技术的推广，世界工业发达国家都投入大量人力物力对交—交变频轧钢机主传动进行研究。到目前，在世界上已有上千台交流变频轧机主传动投入工业应用，在工业发达国家新建1000kW以上的轧机主传动，无论是初轧机，中板轧机还是热、冷连轧机，无一例外全部采用交流变频调速。在大功率轧钢机主传动领域已出现交流调速传动取代直流传动的趋势。

　　当前在轧机主传动中应用的交流调速技术主要是交—交变频调速，IGCT /IGBT三电平交—直—交变频调速

　　国家要求大功率交流调速系统技术尽快产业化，以改变大型工业机械传动装备长期依赖于进口的局面。

　　1993年第一套国产的2500kW交—交变频同步电机调速系统研制成功，应用于包钢轨梁厂850型钢轧机；

　　1996年第一套4000kW国产全数字控制交—交变频调速系统问世，应用于重钢中板轧机主传动；

　　1999年第一套国产双机传动交—交变频调速系统研制成功，应用于武钢轧板厂中板轧机；

　　2000年第一套热连轧机交—交变频调速的在攀枝花钢铁公司投入运行。

　　据统计从1996年至2005年，我国大功率交交变频轧机传动系统共263套，其中国内制造171套，占65%。我国大功率交—交变频的技术水平与应用规模已超过美国GE、法国Alstom、意大利Ansaldo，达到世界先进水平；彻底扭转了大型工业轧钢传动装备长期依赖于进口的局面。

　　而国产的交—交变频调速系统已成功应用于低速、大转矩的大型热轧机主传动，但对于高转速的冷轧机交—交变频器显然不具优势，冷轧机应采用交—直—交变频器。 因此，大功率交—直—交变频驱动的冷连轧机国产化已作为国家“十一五”重大装备攻关项目。

　　冶金自动化院在国家863项目的支持下，研制成功一台5000kW的IGCT变流器，完成了驱动3600kW同步电机的工业性试验。目前，课题组通过充分分析国外IGCT变流器电路拓扑和结构，研制降低电路杂散电感的结构布置，使国产IGCT变流器能力已经达到了10MVA，而且体积大大缩小。

　　2 发展展望

　　总体来说，目前钢铁行业、矿山、牵引（包括船舶推进）、油气输送都急需要大功率的交—直—交变频的研制。我国轧机传动交—交变频调速系统能取得长足进步，是因为依托了中国多年积累的晶闸管技术基础。因此，在交—直—交变频器国产化研制过程中，如果没有我国自己的器件作为基础，不可能形成国产大功率交—直—交变频器产业。希望国内科研单位加速研制和完善我国自主创新的IGCT器件，协同国内其它相关单位一起把大功率交—直—交变频器的国产化工作做好。

宝钢交流变频器应用概述

上海宝钢股份公司  王文瑞

　　随着电子技术、变频技术和现场总线技术的迅猛发展,变频器在宝钢得到了广泛的应用,变频器的供电装置、变频器及马达三者已成为宝钢生产厂设备的心脏，其应用包括热轧粗轧机、精轧机、飞剪、卷取机、平整机、立辊、活套及辅助生产线；冷轧包括冷连轧；各种处理线及辅助生产线；炼钢包括倾动，氧副枪等；连铸包括大包旋转、结晶器调宽、引锭杆，还有高速线材，钢管，宽厚板等生产线都大量采用变频调速技术。宝钢主生产线上的变频装置随主合同一起引进，由于主线上变频装置属于高电压、大电流、大容量变频装置,技术复杂性高,设备庞大,在选择方案时要十分慎重，主要采用三菱/东芝（TMEIC）、西门子、ABB、安川、富士、施耐德、罗克韦尔等世界著名电气厂商的产品。

变频器在宝钢的应用历程

　　（1）宝钢在一期建设(1985年9月以前)：宝钢设备的电气传动大多是采用直流电机调速装置。特别是主轧线全部采用大容量直流电机传动。

　　（2）二期建设(1985年9月～1991年10月)：设备的电气传动少量采用交流变频调速技术，且为模拟量控制。例如2050热轧R3机架采用同步电机，变频器为模拟量控制。

　　（3）三期及以后的建设中（1993年以后至今）：大量采用交流变频调速技术，且为全数字化控制。

　　电子技术和交流变频调速技术的迅猛发展，原直流电机存在的换向和换向器、电刷等部件维护工作量较大等问题，使其在提高单机大容量、过载能力和降低转动惯量以及简化维护等方面受到了限制，不能满足轧钢机向大型化、高速化方面的发展，新建的热轧，冷轧，炼钢，连铸，高炉等几乎100%采用全交流化传动。

　　在变频器工程评判上，在考虑变频器产品在工艺应用成熟的基础上，本着对工艺具体要求优化出发，着重变频器特性特点，另外，主要考虑变频器应用、布置、使用条件与现有电网对变频器的要求必须满足，以及电源侧谐波对电网品质与网上其他设备的影响及其消除，强调变频器与电机类型、容量、电压与电流上的匹配，对改造项目要特别注意变频器与已有控制系统的通讯接口。

总起来说，以下几点考虑，是十分必要的：

（1）变频器引进时要从传动供电控制系统综合考虑；

（2）重视提高变频器的可维护性、可靠性；

（3）对原有传动系统改造的侧略应尽量保护已有资源；

（4）注意对电网品质的影响。