摘要：本文介紹了中小軋鋼廠的發展狀況，并以江蘇戴南為例，介紹了采用歐瑞傳動的變頻調速系統前后的生產效率、節能情況。 一、綜述： 坐落于蘇中地區，以戴南為中心的三市七鎮是中國重要的不銹鋼產業集聚地。在當地擁有上千家從事不銹鋼產品加工的民營企業。該地區已經形成了廢舊鋼鐵回收、中頻冶煉、鋼錠澆鑄、鋼胚鍛造、不銹鋼零部件制造、線材扎制、無縫拉管、酸洗處理、冷拉不銹鋼絲、直到產品銷售的數條完整產業鏈。 2003年，歐瑞傳動電氣有限公司的變頻器產品逐步開始為該地區的酸洗處理、冷拉鋼絲、退火處理、鋼絲成繩等工序提供服務。歐瑞傳動電氣有限公司產品以其優良的品質、完善的服務及與當地合作伙伴的緊密配合、誠信經營的市場理念，在當地用戶中贏得了良好的口碑。 隨著當地不銹鋼產業的飛速發展，當地一些陳舊的生產設備已經不能適應高效的產能需求。各企業紛紛對各種生產設備進行技術改進和更新，提高設備生產效率、減少能耗、降低生產成本。 在這個過程中歐瑞傳動電氣有限公司與其合作伙伴一起為當地企業提出并實行了一些電氣控制系統的改進方案，使當地的一些陳舊設備又恢復了新的生機。一些老設備的生產效率和自動化程度得到了大副提高，設備的能耗也大大減少。 二、原狀況分析： 2004年之前，戴南地區用于軋制5.5mm線材的軋機大多采用大功率交流電機直接拖動的橫列式二棍軋機、橫列式三棍軋機、復二棍橫列軋機或半連續軋機。橫列式兩棍軋機示意圖如下圖所示： 這種橫列式的軋機存在著：工人勞動強度大、終軋溫度低、頭尾溫差大、產品質量差、產品廢品率高、設備能耗大、只適合小批量生產等明顯缺點。 面對著市場的快速膨脹和客戶對產品質量要求的提高，各線材加工企業開始想辦法提高生產效率和產品質量。開始了對老設備進行技術改進和更新。由于目前該地區從事線材加工的企業大多都是一些民營的小企業，沒有資金購買幾個億甚至幾十個億購買國外先進設備。只能將原來的設備進行改造，把原來的橫列式布局改成縱列式連續軋機或半連續軋機。二棍式連續軋制線的局部如下圖所示： 這是國內目前采用較多的形式，這種布局形式的自動化程度相對與橫列式的排布要高的多，工人的勞動強度大副降低、產品軋制的連續性很高。軋制一個盤卷只需要十幾秒至二十幾秒。由于軋制過程中線速度較快，所以線材在軋制過程中會產生一定的溫升。在橫列布局中出現的前后溫差大或軋制過程中出現冷條、出現廢鋼的現象避免了，產品質量獲得很大提高。 在縱列布局中也有許多方案可以選擇。如：一種是采用一臺大功率交流電機拖動多架軋機（常見的有一臺電機拖動二至六架扎機），各架軋機之間依靠嚴格的傳動比計算實現均勻的走鋼張力，避免出現“拉鋼”和“堆剛”現象。但是由于積累誤差及軋輥的不斷磨損等因素的影響，該方案仍不能保持均勻的走鋼張力。“拉鋼”和“堆鋼”現象仍然存在，產品質量難以保證。同時生產效率也較低、廢鋼率相對較高。另一個方案是，每一架軋機由一臺直流電機動機拖動。前后兩架軋機的速度可以由直流電機調速器進行調整，避免了“拉鋼”和“堆鋼”的現象。再加上直流電機調速系統擁有良好的力矩特性，所以該方案在很長的一段時間里都是線材軋機驅動系統的首選的方案。同時個別企業也考慮到了直流調速，但直流調速系統價錢昂貴、直流電機維護費用高等原因困惑。所以2004年開始一些企業試圖嘗試由變頻電機和變頻器組成的交流電機驅動系統作為連續式軋機的動力源。 在實施交流電機驅動系統的時候許多客戶也考慮到了交流電機驅動系統用于軋鋼機可能存在一個問題：軋鋼設備在軋鋼過程中電動機會產生二倍至三倍于電動機的額定電流。交流電機直接拖動時，電動機是可以承受的；直流調速系統由于有良好的轉矩特性也能抑制電機電流的上升；普通通用變頻器的抗過載能力相對于以上的兩種驅動方式要小的多，最大只能承受額定電流的200%的過流能力，要承受軋鋼機如此大的沖擊電流似乎難以勝任。實際上已有一些外品牌變頻器供應商和變頻器生產廠家嘗試在軋鋼機上應用，但都因為沒有充分考慮這個問題而失敗。 三、改造介紹： 2004年，歐瑞傳動電氣有限公司聯合其在當地的合作伙伴與國內經驗豐富的軋鋼機機械設計工程師進行了交流變頻器應用于連續式軋鋼機驅動系統的可行性研究。三方在對連續式軋鋼機的機械特性、前后軋機的線速度的關聯關系、軋機所需要的軋制力、軋鋼工藝的改進和變頻器的工作特性等方面進深入的探討和研究后認為：在對軋機的傳動比進行合理的調配和優化；改善變頻器的力矩特性，特別是加強軋機咬鋼時的力矩提升；加強變頻器內部對電流瞬間突升的抑制能力；解決前后軋機“拉鋼”造成的變頻器內部電壓突升問題；使驅動控制系統實現對軋機工作過程的適時監控和記錄（如記錄每一臺軋機的工作電流、工作電壓、線速度、故障記錄等信息。）；使控制系統能對生產工藝進行存儲記錄，并方便隨時調用等問題解決后交流變頻器應用于連續式縱列軋鋼機應該是可行的。因此，歐瑞傳動電氣有限公司在詳細的了解了軋鋼機的工作特性、并經過在蘇中不銹鋼產業基地的軋鋼線上進行多次實驗和控制系統的功能驗證后，專門開發了“高速線材機專用變頻器”和點對點聯合控制的“縱列式連續線材軋機控制系統”。見下圖： [align=center] [/align] “高速線材機專用變頻器”采用了Modbus通訊協議，可以與上位機控制系統直接通訊。適時的將軋鋼電機的工作狀態信息發送給“縱列式連續線材軋機控制系統”中的上位機。上位機再根據變頻器反饋的數據及DCS采集的張力信號判斷設備的工作狀況（如是否有“拉鋼”或“堆剛”現象）自動（或手動）調整軋鋼機前后的軋鋼張力和線速度；在抗大電流沖擊方面“高速線材機專用變頻器”一方面加大了過流容量，另一方面在濾波電路中加強了對脈沖尖峰的削峰幅值降低尖峰電流影響；在克服“拉鋼”造成的直流母線電壓突升方面采用了直流共母線技術，對變頻器內部的電壓突跳進行平抑；為滿足軋機的對高軋制力矩的要求，變頻器的輸出力矩作了優化提升。 “縱列式連續線材軋機控制系統”采用了工控機或商業PC做為上位機，實現人機對話。在系統的操作和調整方面，采用了系統自動調整和人工手動操作兩個方案。在系統的組成方面由變頻器直接和上位機通訊上傳電動機的工作狀態信息，接受上位機發送的指令；由DCS采集軋機的走鋼張力與變頻器傳回的信息共同作為工控機自動調整軋機速度的數據依據；手動控制部分由PLC接受外圍手動按鈕發出的“啟動”、“停機”、“升速”、“降速”指令，經隔離和邏輯組合排序后發往變頻器。該系統可方便的在自動控制方式和手動控制方式之間轉換，客戶可根據需要和操作習慣進行選擇。 四、結束語： 從2004年至今，歐瑞傳動電氣有限公司的高速線材機專用變頻器已經在蘇中地區成功的改造了五條四到八道軋機的橫列式線材軋制線，同時也已成功的配套了六條十三道軋機的縱列式連續線材軋制線。前后經過三年的使用和完善，變頻器及其控制系統工作穩定；設備實現了較高的自動化水平；線材軋制速度大副提高，軋制一條盤卷只需要15秒到23秒的時間，軋制兩個盤卷之間的時間間隔縮短到3至7秒；通過控制系統的自動調整或人工微調基本解決了“一拖多”的控制方式中存在的“拉鋼”和“堆鋼”現象；產品的成品率大大提高，產品質量有了很大提升、產品的微觀品相更趨完美；相對于“橫列軋機”和“一拖多”的縱列軋機，設備能耗大幅降低；由于設備自動化程度的提高，工廠各工段工人的勞動強度大幅降低，勞動成本下降。 經過十幾條流水線的實際驗證，目前歐瑞傳動電氣有限公司的“高速線材機專用變頻器”和“縱列式連續軋機控制系統”應用在中小型線材軋機已經比較成熟；國產交流變頻器驅動系統應用于中小型線材軋機取得了階段性成功。 參考文獻、資料： 王廷溥主編：《軋鋼工藝學》，冶金工業出版社，北京，1981。 趙述曾編寫：《線材軋制》，www.baicle.com百科在線，2007。 黃華清主編：《軋鋼機械》：冶金工業出版社，北京，1980。 王廷溥主編：《軋鋼工藝學》，冶金工業出版社，北京，1981 補：《線切割機床專用變頻器》 參考文獻、資料： 牟聯常編寫：《數控快走絲電火花線切割加工工藝方法研究》，《制造技術與機床》2006年第三期 《多次切割提高快走絲線切割加工工藝指標》，中華機械網，2006年10月