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北京利德華福電氣技術有限公司   劉軍祥

 

摘  要：本文通過對球團廠高壓輥磨機的運行工藝和機械特性進行分析，結合高壓變頻技術的應用特點，介紹了高壓變頻器在球團廠高壓輥磨機中應用的技術解決方案和實際運行效果。

關鍵詞：高壓輥磨機  高壓變頻  應用

 

 

湖北某球團廠年產500萬噸球團線，高壓輥磨機是球團生產系統中礦料制球前的一道擠壓工序。該工序的主要目的是通過礦料擠壓增加表面積，從而達到提高礦料制球的效率，保證制球產量達到最大化，提高球團成型率。輥磨機的主要技術參數如下表所示。

 

 

該高壓輥磨機主要由：定輥、動輥、液壓機構、料倉、喂料機、料柱、卸料皮帶等機械設備及電控系統構成。為保持正常生產和良好的成品產出率，系統通過控制喂料速度保持料倉料位在30～80％的高度范圍內。通過液壓機構調節定輥與動輥間的工作壓力，保持料柱高度和良好的成品擠出率。在實際運行中，由于輥磨機運行速度高、出料速度快，喂料斗根本無法建立合理的堆料高度，不能為輥壓機的擠出提供有效的堆壓，礦料直接通過輥磨。輥壓機的擠出壓力不能達到設計預期，存在制球率較低、返料率高，制約球團線產量。

 

為了改善輥壓機的運行工況，提高輥壓機制球率和成球效果，通過采用變頻調速技術改變輥壓機的擠出速度，合理控制出料速度，在輥壓機頂部的堆料倉內建立料高，保證輥壓機頂部形成有效堆壓，改善礦料擠出效果、提高礦料制球率。

 

 

高壓輥磨機兩臺輥柱分別由一臺電動機驅動，并配備一套完整的機械驅動和電控系統，其原理示意如下圖所示。輥磨機電動機輸出軸通過液力耦合器與輥軸的減速齒輪箱連接，減少由于震動和瞬間負載對電動機產生的負荷沖擊。

 

當輥磨機啟動時，液壓系統處于釋放狀態；定輥與動輥同時空載啟動。在啟動至正常狀態后，系統開始喂料，液壓系統對動輥加載，逐步提高輥磨擠壓壓力至45～47kPa保持良好的礦料產出成品率。輥磨壓力檢測系統根據DCS遠傳來的壓力設定值自動調節磨輥間隙，保持輥壓穩定。當運行中礦料中的異物通過輥磨間隙產生沖擊負荷時，液壓系統會通過自動壓力平衡系統，調整或平衡輥間壓力。但是在液壓系統調節瞬間，輥磨扭矩會通過液力耦合器將扭矩沖擊傳遞至電動機輸出軸側，引起電動機電流瞬時波動。當出現卡塞或沖擊負荷超過200％Tn時，液壓系統會采取緊急卸壓措施，減低沖擊負荷對設備的破壞作用。同時，機械傳遞系統，通過液力耦合器的軟連接提供最大不超過250％Tn的保護性能。

 

 

針對上述分析，高壓輥磨機定輥和動輥電氣拖動系統，需分別配備一臺高壓變頻器和一套工頻/變頻自動切換系統，用于該系統變頻拖動，以及變頻故障條件下的原有系統恢復。系統電氣原理圖如下，其中QF表示高壓開關柜、QS表示高壓隔離開關、KM表示真空接觸器、TF表示高壓變頻器、M表示電動機，虛框內為新增設備。

 

當變頻運行時，首先操作QF分斷，操作合QS1、QS2隔離開關；由DCS發出變頻選擇指令，變頻器系統自動操作合KM1、KM2。變頻輸出“高壓合閘允許信號”至DCS。DCS在液壓系統處于釋放狀態下，發出QF合閘、變頻器上電等指令。變頻上電具備啟動條件后，發“變頻待機”信號給DCS。由變頻器進行互為運行方式確認，只有當兩臺輥磨電機均處于變頻或工頻運行方式時，系統才允許發出輥磨啟動指令。DCS發出變頻啟動指令，輥磨變頻運行。

 

運行過程中，其中一臺輥磨變頻運行回路故障跳閘時，變頻器發出聯鎖跳變頻器上口高壓開關QF信號。同時，變頻器自動聯跳上下口真空接觸器KM1、KM2。系統通過高壓開關QF聯動實現輥磨機原有保護動作，進行卸壓和聯停另一側輥磨變頻器。當兩臺輥磨中任意一臺變頻回路出現問題，系統都必須將定輥和動輥電動機同時轉為工頻驅動方式運行。

 

工頻/變頻自動切換旁路柜提供手/自動切換和就地啟停控制功能。自動控制時，變頻器根據遠程DCS來的運行方式選擇信號，自動完成工頻/變頻自動切換、旁路柜KM1、KM2、KM3操作和邏輯閉鎖、故障判斷等功能處理。

 

高壓輥磨機適配的高壓變頻器主要技術指標列表如下。

 

 

 

高壓輥磨機液壓系統加載前，定輥與動輥同時啟動；兩臺輥軸之間無機械力矩耦合。兩臺變頻器根據預設加速曲線加速至轉速初始值70%n₀。變頻器根據設定轉速值自動調節輥軸轉速穩定；動輥轉速與定輥轉速同步運行。變頻器發出“允許加載”指令，DCS側操作液壓系統進行動輥加載。當動輥變頻器檢測到轉矩輸出達到輸出要求且穩定后，變頻器自動由轉速閉環控制方式切換為轉矩控制閉環。該控制過程由變頻器內置的專屬“恒轉矩同步驅動負載協調控制”策略自動實現，自動平衡定、動輥的輸出轉矩與轉速。保證輥磨機的具有良好的穩態控制精度和動態響應特性。

 

經變頻改造后，變頻控制系統為輥磨機的工況調節提供了一種全新的調節手段。輥磨機不僅可通過調節喂料速度適應球團生產線產量需求，而且可以通過改變輥磨機的運行速度調節設備的出料速度，維持穩定的輥頂堆壓，保證輥磨機出料質量、提高后續生產的成球率，降低返料量。

 

 

高壓輥磨機經變頻改造后，實際運行數據統計如下表所示。從數據中可以看出：高壓變頻運行時，輥磨機的工藝參數得到改善，下料量得到控制，在輥磨機頂部建立了有效的堆壓。產品質量得到改善后返料量明顯下降，輥磨機的電耗也得到明顯下降，直接產生約20%的節電效果，經濟效益明顯。

 

 

 

作者簡介：劉軍祥，1996年畢業于天津大學。長期從事高壓變頻在電力、鋼鐵、冶金、礦山、水泥、石化等領域的高壓變頻工程應用技術研究，以及新應用領域和成套產品的開發管理工作。現任北京利德華福電氣技術有限公司總工程師助理兼技術成套部經理。