关键词：锰合金 高炉 高压变频器 无级调速

1. 引言

锰，是钢铁，特别是特种合金钢的一种重要添加元素，用来调节普通钢和合金钢的脆性及硬度。其次它也是制作其他化工如高锰酸钾或农业产品如锰肥的重要原料。

目前国内大部分企业仍采用高炉冶炼及布袋或电除尘方式。其过程中使用的高炉鼓风机、除尘风机和循环水泵功率较大，电耗占比高。为优化工艺环节和最大限度的节能降耗，已迅速成为高压变频器的用武之地，从而为企业带来了可观的经济收益。

2. 现场工艺介绍

锰矿石、焦粒、辅料经过破碎到生产指定的粒度大小且干燥后进入配料系统，经工艺人员计算配比告知车间中控操作人员后经配料系统合理入炉，进行冶炼，按规定电量进行出铁（有渣）。产生的渣进行水淬，产生的水淬渣存放于水淬渣临时存放区后外售到水泥厂，出铁产生的液态硅锰合金进行浇铸（池铸），待合金池达到指定高度后使用铲车铲到成品库经砸铁工人进行精整、破碎、装袋进行外销。生产过程中所产生的烟气经过除尘系统（布袋除尘）进行有毒有害气体的二次利用（气柜）。除尘系统所产生的除尘灰经收集进入供料机压密后制球，按配料要求计算配比合理入炉。主要工艺见下图：

3. 关键设备介绍

高炉冶炼过程是在炉料和炉气的反向运动中进行传热、传质和机械运动。炉料均匀而有节奏地下降，反应产生的煤气合理分布上升从炉顶泄出是高炉顺行的首要要求。焦炭在风口燃烧，焦炭被炉料中的氧氧化，在炉料下降过程中小块料填充于大块料之间，炉料逐渐熔化使体积缩小，定期从炉缸排放炉渣与合金等都会在炉内形成自由空间。炉料由于自重克服炉料与炉壁、炉料间的摩擦力和煤气上升的浮力而下降。锰铁高炉炉缸温度比生铁高炉高，炉料软熔带相对上移，气体通道切面相对变小，气流速度变大，阻力损失增加，对高炉的顺行影响甚大。煤气流的合理分布对高炉冶炼锰铁十分重要。所以高炉鼓风机是整个炼锰工艺中的最关键设备。

4. 高炉鼓风机的变频调速

锰矿高炉冶炼过程中对炉膛温度控制及气流流态控制要求较高，直接影响出料的质量。现场电机负载及配套的高压变频器参数如下表：

现场通过端子控制直接接入中控DCS系统，系统原理如下图所示：

现场照片：

英威腾GD5000系列矢量型高性能变频器采用电压源型单元串联多电平高-高解决方案，直接10kV输入、10kV输出，接线简单、控制灵活。控制系统采用DSP+FPGA+ARM三核技术，内部自带单元旁路功能，单元故障时可选择自动/手动同级旁路，同时支持中性点漂移技术。利用高压变频器无级调速功能与DCS的自动协调控制高炉冶炼系统具有以下优势：

* 利用感温探头的温度检测及4～20mA模拟量输出功能，PLC自动判断其炉子内高效燃烧时所需的负压，温度过高时，自动降低变频器输出频率，使风机在较低转速运行；温度较低时，通过模拟量信号自动控制调节变频器在较高转速运行；

* 高炉鼓风机为24H连续工作模式，对变频调速系统可靠性要求高。变频器自带单元旁路功能及中性点便宜技术，可实现一个单元旁路后系统降额8%继续运行，还可通过工频旁路模式继续保留现场原有水阻柜软起模式。

* 风机为平方转矩负载，根据生产负荷变化情况，低转速运行时间越长，其耗电越低，从而在满足生产工艺的条件下实现节能降耗；

* GD5000系列变频器具有优良的抗电网电压波动性能。网侧电压在+10%～-15%之间波动时可做到满载输出。同时具有AVR功能，能够根据母线电压的波动自动调整输出电压。网侧电压在短时间小于85%～65%额定值或大于110%～120%额定值时，高压变频器降额运行不停机，可保证除尘风机稳定运行，不至于影响生产和对环境造成污染；

* 作为工艺循环中的关键负载，GD5000系列变频器具有功率单元工作情况（温度、直流母线电压、电流等）的实时监控功能，及时提供故障预判，保证设备可靠运行；

* 高压变频器在20%负载以上效率高达96%，系统自身不会增加多余损耗。

5. 结束语

矿山冶炼行业主要工艺流程中的负载设备耗电约占全厂总耗电的40%以上，如何保证关键工艺过程的各项指标参数正常且系统稳定可靠的前提下实现全厂的节能降耗是企业急需考虑的问题。

随着高压变频调速技术的日趋成熟，越来越多的关键工艺负载设备开始采用高-高型的变频调速方案，系统简洁，配电布线灵活方便，控制方式灵活，且能大幅降低全厂的总能耗。这种调速系统和方式越来越多的受到工矿企业的青睐。

参考文献：

【1】化工出版社  《锰矿冶炼技术》

【2】英威腾电气技术有限公司 《GD5000系列高压变频器产品手册》