Повышение энергоэффективности металлургического оборудования за счет применения многофазных асинхронных электромеханических систем
На сегодняшний день одним из наиболее энергоемких видов производства является производство различных металлов и их сплавов. В течение последних десятилетий в этой области находят все более широкое применение электромеханические системы различного назначения (в частности, в качестве электромагнитных перемешивателей жидкого металла в металлоплавильных печах, металлоразливочных ковшах и прочем литейном оборудовании, а также в качестве электроприводов основного и вспомогательного производства — прокатного и т.д.). Причем с течением времени в данной области асинхронные частотно-регулируемые электромеханические системы в силу целого ряда их преимуществ постепенно все больше вытесняют системы других типов.
Решаемая проблема. Одним из основных путей увеличения энергоэффективности металлургического производства является совершенствование электроприводов основного и вспомогательного производства и повышение интенсивности электромагнитного перемешивания жидкого металла, находящегося в печи, что позволяет ускорить процесс плавки и повысить качество металла (сплава). В последние десятилетия на металлургических предприятиях в нашей стране и за рубежом широкое применение находят различные магнитогидродинамические (МГД) устройства. В частности, на МГД-принципе построены индукционные канальные и тигельные печи, электромагнитные перемешиватели расплавов, индукционные насосы и дозаторы жидкого металла, установки для рафинирования сплавов и другие устройства.
Однако применяющиеся в настоящее время в металлургии двух-, трех- и четырехфазные асинхронные системы не удовлетворяют всем предъявляемым к ним требованиям. В частности, к числу основных проблем, которые стоят сейчас в данной области и не могут (или в принципе, или с достаточной эффективностью) быть решены при использовании упомянутых асинхронных электромеханических систем, относятся следующие:
- в случае бесканальных электромагнитных перемешивателей жидкого металла — невозможность обеспечения требуемой интенсивности перемешивания массива жидкого металла в металлургических печах, металлоразливочных ковшах и другом литейном оборудовании;
- в системах электропривода основного и вспомогательного производства (в частности, прокатного оборудования) — недоиспользование в течение большей части производственного цикла мощности применяемых электродвигателей (полностью их мощность используется только в начале и конце этого цикла).
Предлагаемое решение. Несмотря на то, что асинхронные электроприводы и электромагнитные перемешиватели жидкого металла в металлургических печах, металлоразливочных ковшах и другом литейном оборудовании относятся к различным отраслям техники, анализ принципов их работы и электромагнитных процессов, происходящих в них, неизбежно приводит к выводу, что эти системы относятся к одному классу — к асинхронным электромеханическим устройствам (или системам), и их необходимо рассматривать с единых теоретических и конструкторских позиций (учитывая, конечно, их определенную специфику), поскольку система «МГД-устройство — массив расплавленного металла», по сути дела, представляет собой асинхронный двигатель с массивным ротором, в котором роль ротора выполняет массив расплавленного металла (точнее, названная система представляет собой, в сущности, систему электропривода с асинхронным двигателем с массивным ротором, если брать в рассмотрение не только МГД-устройство и массив расплава, но и системы питания и управления МГД-устройством).
Результаты исследований, проведенных авторами данной работы в области асинхронных электромеханических систем различного назначения, показывают, что существенное улучшение технико-экономических характеристик этих систем может быть достигнуто за счет увеличения числа их фаз (до шести и более) и применения новых, нетрадиционных способов управления. Увеличение числа фаз более четырех позволяет создать асинхронные электромеханические системы с принципиально новыми свойствами, а за счет этого улучшить ряд их технико-экономических характеристик (в частности, повысить их энергоэффективность).
Применение многофазных (с числом фаз более пяти) МГД-систем с нетрадиционным управлением позволит в процессе электромагнитного перемешивания жидкого металла непрерывно, интенсивно и кардинально менять в массиве расплава количество, конфигурацию и расположение вихревых зон (т.е. зон турбулентности) и тем самым, — достичь большей равномерности распределения компонентов расплава по всему объему его массива (за счет чего добиться лучшего качества сплава), улучшить равномерность химического состава и обеспечить требуемую структуру слитка (т.е. повысить качество выпускаемой металлургической продукции) при одновременном снижении энергозатрат за счет сокращения времени плавки.
Увеличение (более пяти) числа фаз асинхронных частотно-регулируемых электроприводов основного и вспомогательного оборудования (в частности, прокатных клетей) и использование в них соответствующих способов управления преобразователем частоты (опять таки, — нетрадиционных, но существенно отличающихся от разработанных авторами для многофазных МГД- систем) позволит улучшить их технико-экономические характеристики (в частности, повысить их энергоэффективность) за счет 100-процентного использования мощности применяемых в них электродвигателей в течение всего производственного цикла.
Дата публикации: 23.03.2012
Похожие записи:
- Плазменная электротехнология и оборудование для переработки углеродсодержащих техногенных отходов
- Локализация дефектов по интегральным сигналам акустической эмиссии
- Разработка автоматизированной системы неразрушающего контроля и диагностики металла с функцией определения остаточного ресурса
- Эксплуатационные повреждения и разрушение металла деталей горячего тракта газотурбинных установок
- Компьютерное моделирование процесса образования продуктов реакции при сжигании жидких топлив
- Новые принципы создания тепловых генераторов на основе методов импульсного сжигания углеводородов непосредственно в водном теплоносителе