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廠房降溫設(shè)備阿鋼煉鋼廠電爐除塵風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速裝置應(yīng)用磁力機(jī)械油

摘要：本文結(jié)合電爐除塵工藝，介紹了阿鋼電爐除塵風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速工程控制方案，總結(jié)出在冶金行業(yè)除塵風(fēng)機(jī)上應(yīng)用高壓變頻調(diào)速工程，節(jié)電效果是非常顯著的。

關(guān)鍵詞：電爐 生產(chǎn)工藝 高壓變頻器 節(jié)電

一、阿鋼公司介紹
阿鋼是西林鋼鐵集團(tuán)有限公司控股的子公司，位于距省城哈爾濱東南22公里的阿城市。企業(yè)按照總體規(guī)劃，以輕軌和礦用鋼等系列產(chǎn)品為主導(dǎo)，開發(fā)研制出XY30高性能超低溫新鋼種，成為鐵道部重點(diǎn)推廣產(chǎn)品已投入青藏線使用。
目前阿鋼煉鋼廠擁有國內(nèi)先進(jìn)的60 噸超高功率直流電弧爐2座，75噸LF鋼包精煉爐2座，年可生產(chǎn)80萬噸鋼。

二、改造原因
煉鋼廠電爐除塵工程自2004年10月投入運(yùn)行以來，用電消耗很大，僅2005年全年用電2172萬度，全年電費(fèi)1136萬元，噸鋼除塵電耗57 度，噸鋼除塵費(fèi)用30元。針對電爐除塵風(fēng)機(jī)耗電大的現(xiàn)狀，設(shè)備工程部電氣技術(shù)人員研究多種節(jié)電途徑，具體嘗試了以下幾種辦法：
1．隨電爐負(fù)荷變化來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)門，控制風(fēng)機(jī)電流節(jié)電。但是現(xiàn)有除塵工程風(fēng)門在半開狀態(tài)時，管阻很大，風(fēng)機(jī)及其管路喘振現(xiàn)象嚴(yán)重，以此辦法調(diào)節(jié)，對風(fēng)機(jī)傳動部位磨損大，會損壞風(fēng)機(jī)軸承的部件，不利于除塵工程安全運(yùn)行。所以風(fēng)門在半開狀態(tài)時工程無法長期運(yùn)行。
2．現(xiàn)階段風(fēng)機(jī)風(fēng)門只能在全關(guān)或全開兩種狀態(tài)運(yùn)行。在電爐停爐一小時以上時，將風(fēng)機(jī)風(fēng)門全關(guān)閉，此時電機(jī)電流降為額定電流的50%，有明顯節(jié)電效果，但是風(fēng)門從全開到全關(guān)閉方式切換的瞬間，風(fēng)機(jī)、管路及廠房振動相當(dāng)大，擔(dān)心影響廠房框架結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)牢固，不利于長期采用。
3．在電爐負(fù)荷不大時，特別是夜間將兩臺二次除塵小風(fēng)機(jī)停電進(jìn)行節(jié)能，這樣每天節(jié)電6000度，但是環(huán)保方面能否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)是值得考慮的，不是解決問題的長久之計(jì)。
鑒于上述情況，設(shè)備工程部積極研究科學(xué)的節(jié)電辦法應(yīng)對電爐除塵風(fēng)機(jī)節(jié)電技術(shù)，在此期間通過查找相關(guān)資料，認(rèn)為采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)根據(jù)電爐冶煉各工藝各階段煙塵量變化來調(diào)整電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到節(jié)電目的是切實(shí)可行的。經(jīng)過論證，公司批準(zhǔn)在兩臺電爐一次除塵風(fēng)機(jī)的1000kW/6kV電機(jī)上安裝高壓變頻調(diào)速裝置。

三、 變頻調(diào)速的原理
根據(jù)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式：n＝60f（1-s）/p，可以看出，轉(zhuǎn)差率s變化不大，可視為恒定，電機(jī)極對數(shù)p一旦電機(jī)制造完成也是常數(shù)，所以電機(jī)轉(zhuǎn)速n與電源頻率f是成正比的。只要改變頻率f，即可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0－50Hz之間變化時，電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍是非常寬的。根據(jù)流體力學(xué)流量與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知，電機(jī)功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比，隨著轉(zhuǎn)速的降低，電機(jī)功率以轉(zhuǎn)速的三次方關(guān)系遞減。因此隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，電機(jī)消耗的電能下降幅度很大。可見，使用高壓變頻器對電爐一次除塵風(fēng)機(jī)調(diào)速的節(jié)電效果將非常顯著。

四、煉鋼廠電爐除塵工藝及設(shè)備參數(shù)介紹
1．煉鋼廠共有兩臺直流電弧爐，電爐冶煉時周期性供電吹氧，為滿足節(jié)能和環(huán)保要求，要求兩臺電爐的一次風(fēng)機(jī)在整個冶煉周期內(nèi)變速運(yùn)行，供電吹氧時高速運(yùn)行，不吹氧時低速運(yùn)行。正常情況下，電爐每90分鐘生產(chǎn)一爐鋼，每爐鋼生產(chǎn)周期可劃分下列步驟：①加廢鋼鐵水5分鐘，②供電及吹氧60分鐘，③等樣、出鋼、堵出鋼口25分鐘。其中①③時間段內(nèi)煙塵較少，一次風(fēng)機(jī)可以低速運(yùn)行，頻率控制在10——20Hz，在②時間段內(nèi)煙塵較大，風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行，頻率控制在40-45Hz。

圖2：電爐煉鋼生產(chǎn)工藝流程圖
2．除塵風(fēng)機(jī)及配套電機(jī)的參數(shù)表：

五、電爐除塵風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速工程控制方案
1．高壓變頻器直接與電機(jī)連接，變頻拖動方式為一拖一，設(shè)有工頻旁路。由變頻運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換到工頻運(yùn)行方式時，采用手動切換，電動機(jī)可不通過高壓變頻器而經(jīng)過旁路直接啟動。
2．風(fēng)機(jī)調(diào)速與電爐取樣出鋼聯(lián)鎖，設(shè)置高低速兩檔運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)手動/自動調(diào)速切換功能。操作臺設(shè)置“手動/自動”調(diào)速切換開關(guān)和“速度種類”轉(zhuǎn)換開關(guān)，平時可根據(jù)生產(chǎn)情況，高壓變頻器自動實(shí)現(xiàn)高、低速運(yùn)行，如因生產(chǎn)需要可改為手動來實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行的目的。
3．高壓變頻器具有遠(yuǎn)程和本機(jī)控制功能。本機(jī)控制時通過高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動、停止高壓變頻器，可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速、頻率。遠(yuǎn)程控制放在爐前控制室，設(shè)有操作臺和上位機(jī)，由配電工操作控制。通過上位機(jī)配電工可以隨時了解設(shè)備的運(yùn)行情況，通過操作臺可實(shí)現(xiàn)對高壓變頻器進(jìn)行簡單的遠(yuǎn)方操作。配電工可以根據(jù)工況自由選定高壓變頻器“手動/自動”調(diào)速運(yùn)行。

六、項(xiàng)目實(shí)施過程
2006年4月27日通過公司組織的招標(biāo)方式最后選購了北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器，產(chǎn)品型號：HARSVERT－A06/130，高壓變頻器于6月25日到貨開始安裝，8月9日正式調(diào)試，8月10日投入運(yùn)行至今。

七、項(xiàng)目實(shí)施后效果

盤根的密封是靠對軸套的“包緊力”獲得的，而因此產(chǎn)生的磨擦熱積聚會造成軸承的“抱死”。所以必須靠泄漏來排熱，而泄漏會使軸承缺油“干磨”，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障。本文通過對鍋爐引風(fēng)機(jī)常見的軸承箱漏油原因的分析，提出對引風(fēng)機(jī)原油封進(jìn)行改造，應(yīng)用一種防止引風(fēng)機(jī)漏油的新磁力機(jī)械油封結(jié)構(gòu)。
　　
鋁電解生產(chǎn)煙氣凈化用離心鍋爐引風(fēng)機(jī)功率一般達(dá)800KW以上、轉(zhuǎn)速730r／min、流量Q＝500000m3／h、介質(zhì)比重0.745kg／m3、最高環(huán)境工作溫度60℃、潤滑油32＃機(jī)械油。原軸承箱壓蓋和轉(zhuǎn)軸之間的密封結(jié)構(gòu)為盤根密封，密封性能較差。由于轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速較高，在離心力的作用下，軸承箱內(nèi)的潤滑油沿軸從端蓋甩出，漏油現(xiàn)象非常普遍，造成軸承箱、聯(lián)軸器及周圍地面沾滿油污，給安全生產(chǎn)帶來隱患，造成潤滑油浪費(fèi)，污染了生產(chǎn)環(huán)境，有時造成引風(fēng)機(jī)缺油而損壞。因此，改進(jìn)原油封結(jié)構(gòu)，使用壽命長的新型油封結(jié)構(gòu)以取代原油封是非常必要的。
　　
一、原密封結(jié)構(gòu)存在的問題
　　
引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中油環(huán)下端浸入油池中，把潤滑油攪起，沿壓蓋內(nèi)表面淌下，直接滴到旋轉(zhuǎn)軸上，軸上積油很多，被旋轉(zhuǎn)軸帶動，油沿軸爬行，進(jìn)入盤根與軸之間的間隙，由于盤根在安裝中間隙和預(yù)緊力不易掌握，安裝中有可能已經(jīng)造成盤根破損，運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間后盤根被磨損，造成盤根與轉(zhuǎn)軸的間隙變大，因而潤滑油不斷沿軸向外甩出，即發(fā)生漏油。從以上分析可以看出盤根結(jié)構(gòu)存在的主要問題是盤根材質(zhì)較差、安裝不易掌握，運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間后間隙變大起不到有效的密封作用。
　　
據(jù)電解鋁廠對12臺鍋爐引風(fēng)機(jī)24個軸承座的48個動密封點(diǎn)1年內(nèi)的泄漏情況統(tǒng)計(jì)，有70％的使用壽命在1個月左右，維修強(qiáng)度非常之大。統(tǒng)計(jì)情況如表1
　　
二、磁力油封的選用
　　
1、磁力油封的結(jié)構(gòu)磁力機(jī)械油封，由兩部分組成：一部分為靜環(huán)，主要由耐磨合金制成的遇熱穩(wěn)定、光滑的靜密封面，一個不銹鋼結(jié)合蓋固定于軸承箱端蓋上，結(jié)合蓋與端蓋之間采用密封膠或O型圈進(jìn)行密封；另一部分為內(nèi)含磁性元件的動環(huán)，動密封面是由排熱性與耐磨性極佳的含碳復(fù)合材料制成，并且采用浮動式設(shè)計(jì)，可長期在與靜環(huán)的吸引下與之保持貼合，為了達(dá)到與靜環(huán)長期的吸合，磁力油封的磁性元件采用在高溫及高速的環(huán)境下都不會消磁的永磁材料，而且為了滿足浮動式設(shè)計(jì)的要求，動環(huán)由特殊的氟橡膠O型圈固定在軸上，O型圈與軸的摩擦力大于動環(huán)之間磁力的剪切力。
　　
整個磁力機(jī)械油封裝置在設(shè)計(jì)上均考慮長壽命使用，設(shè)計(jì)上自身保護(hù)的特性與結(jié)構(gòu)采用特殊材料，均是在惡劣環(huán)境下及反復(fù)變化時能夠保持耐用的基礎(chǔ)。磁力機(jī)械油封可在干態(tài)下或存在潤滑的工況下工作，在有水侵蝕的情況下也無所謂。適應(yīng)于立式或臥式、低速或高速、干摩擦或潤滑狀況下的減速機(jī)、齒輪箱、風(fēng)機(jī)、泵和電機(jī)等轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備。
　　
2、磁力油封的選用1）設(shè)備精度要求徑向跳動：最大0.5mm軸向躥動：最大0.35mm垂直度：最大0.05％×軸徑（如：直徑50mm的軸，垂直度要求0.025mm。表座吸在軸上，表針指在靜環(huán)表面，軸旋轉(zhuǎn)1周的最大公差）
　　
軸的公差：最大±0.04mm，建議±0.025mm
　　
軸光潔度：最大64Rms，建議32Rms
　　
靜環(huán)安裝處公差：H62）適用條件工作參數(shù)：溫度160℃；壓力3.3公斤，線速度60m／s，一般規(guī)格20～320mm。
　　
3、磁力油封的安裝步驟1）在清潔表面上將動靜環(huán)掰開，而非劃開，動環(huán)先放回盒內(nèi)。
　　
2）將靜環(huán)外涂一層硅油，油脂不要與密封面接觸，且在端蓋后階面上均勻地抹一層密封膠。
　　
3）用木棒或紫銅棒（不要損壞靜環(huán)面）將靜環(huán)壓入殼體直到平整地靠在臺階面上，再將沾在摩擦面上的膠和雜質(zhì)擦干凈。
　　
4）在動環(huán)O型圈內(nèi)涂上潤滑油，將動環(huán)套在軸上推進(jìn)，不要推到位。
　　
5）將端蓋套軸上推進(jìn)，動靜環(huán)接觸后，一起推到最終位置。
　　
6）端蓋上緊后，使用附帶卡片作為一個工具將O型圈向內(nèi)推入以防止其在安裝時變形。
　　
注意：如果靜環(huán)與端蓋配合過松，可加壓板，整個安裝過程中務(wù)必使摩擦副之間保持清潔。
　　
4、應(yīng)用情況某電解鋁廠2004年3月改造的油封，在1＃風(fēng)機(jī)上進(jìn)行了試運(yùn)行，隨后又在4＃、7＃上進(jìn)行了安裝，經(jīng)過1年多的運(yùn)行，軸承箱壓蓋密封處無任何泄漏，完全滿足設(shè)計(jì)要求。在此之前，原密封結(jié)構(gòu)由于經(jīng)常發(fā)生泄漏，凈化崗位操作員的工作量很大，在每天的巡檢中都要對軸承座潤滑油進(jìn)行補(bǔ)充，而且還發(fā)生過一起因漏油造成的設(shè)備抱軸事故，導(dǎo)致電機(jī)燒毀，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)10萬元。由于漏油的普遍性也使現(xiàn)場衛(wèi)生一直難以解決，給設(shè)備現(xiàn)場管理帶來了難度。改造后，在換油周期內(nèi)潤滑油基本不需要補(bǔ)充，大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度，現(xiàn)場狀況明顯改觀，也為生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行創(chuàng)造了有利條件。
　　
磁力機(jī)械油封密封這種改進(jìn)方法，只需改造軸承壓蓋與靜環(huán)之間的配合尺寸，對原結(jié)構(gòu)改動很小，這種密封結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，消耗動力小。運(yùn)用磁力技術(shù)，采用機(jī)封理念全新設(shè)計(jì)的全浮動密封面結(jié)構(gòu)，使動靜環(huán)結(jié)合面始終保持緊密接觸，即使在較大的軸的跳動下，亦可實(shí)現(xiàn)有效密封。此外，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，將該油封也成功地應(yīng)用到了其它軸承座轉(zhuǎn)軸密封上，同樣取得了滿意的效果。因此磁力機(jī)械油封是未來解決轉(zhuǎn)軸密封的發(fā)展方向，有極大的推廣價值。

廠房降溫設(shè)備
生產(chǎn)負(fù)壓風(fēng)機(jī)
工廠降溫設(shè)備

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