鑄鐵車間應(yīng)用中頻感應(yīng)電爐的策略分析

任現(xiàn)偉

（洛陽古城機(jī)械有限公司，河南洛陽 471000）

目前在鑄鐵生產(chǎn)工藝過程中，已經(jīng)普遍地將中頻感應(yīng)電爐設(shè)備作為金屬爐料的主要熔煉設(shè)備。中頻感應(yīng)電爐可承擔(dān)金屬熔煉、爐內(nèi)調(diào)質(zhì)、高溫靜置等工作。相比沖天爐而言，中頻感應(yīng)電爐具有節(jié)能環(huán)保、熔煉成本低、過載能力強(qiáng)、不同鑄造材質(zhì)切換便捷度高以及操作簡便和節(jié)省人工等諸多優(yōu)勢[1]。在鑄鐵車間，熔煉技術(shù)工作需要遵照科學(xué)、合理的方式，并根據(jù)所生產(chǎn)鑄件的技術(shù)要求展開。因此，在應(yīng)用中頻感應(yīng)電爐過程中，必須對設(shè)備各個系統(tǒng)的特征、運(yùn)作方式全面的進(jìn)行解讀。

1 中頻感應(yīng)電爐的優(yōu)勢及特點(diǎn)

啟動中頻感應(yīng)電爐并進(jìn)入工作狀態(tài)后，設(shè)備根據(jù)指令開始進(jìn)入自身預(yù)熱模式，通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生熱量，在相對較短的時間內(nèi)可進(jìn)入連續(xù)加熱模式。與以往沖天爐使用焦炭燃燒的熱量來對爐料進(jìn)行熔煉的過程相比，焦炭在燃燒過程中經(jīng)過熱傳遞導(dǎo)致能量大量損耗，熔解效率很難大幅度提升，同時焦炭燃燒易產(chǎn)生大量的煙塵和廢氣[2]，部分企業(yè)因排放達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)，對工作人員及環(huán)境造成了惡劣的影響。采用中頻感應(yīng)電爐鑄造模式與傳統(tǒng)沖天爐鑄造模式形成了鮮明的對比。中頻感應(yīng)電爐通過無接觸加熱和電磁攪拌作用使?fàn)t料熔解并保持一定的可供材質(zhì)處理與最終澆注設(shè)定的過熱溫度，并可使煙塵、廢氣和噪音的排放降至最低，全面改善了工作環(huán)境。

中頻感應(yīng)電爐對金屬爐料進(jìn)行加熱熔解時，金屬液處理過程中消損比減少，提高了金屬爐料的有效利用率。中頻感應(yīng)電爐設(shè)備易于操作，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，降低了對人工的依賴。中頻感應(yīng)電爐因其是感應(yīng)線圈加熱模式，可精確控制熔煉溫度，并可大幅提高金屬液的過熱溫度。因可實現(xiàn)爐內(nèi)迅速調(diào)質(zhì)處理，金屬液的化學(xué)成分也可得到精準(zhǔn)控制[3]。熔煉過程中除渣操作簡便，使得用于澆注的金屬液更加純凈，從根本上減少了鑄件渣孔、縮松等鑄造缺陷的產(chǎn)生，提升鑄件質(zhì)量的同時大幅度地降低了鑄件的廢品率。另外，隨著近些年來熔煉設(shè)備的快速發(fā)展，中頻感應(yīng)電爐機(jī)械化和電子化程度越來越高，未來，熔煉過程有望實現(xiàn)全自動化控制。

2 中頻感應(yīng)電爐設(shè)備防護(hù)

鑄鐵車間生產(chǎn)任務(wù)繁重時，中頻感應(yīng)電爐可晝夜不停的持續(xù)工作，在這樣情況下，應(yīng)加大對中頻感應(yīng)電爐設(shè)備的養(yǎng)護(hù)，提高運(yùn)行效率。在進(jìn)行更換冷卻液時，應(yīng)保證冷卻液不含雜質(zhì)；對設(shè)備零件相互滑動的部位進(jìn)行潤滑保養(yǎng)時，應(yīng)選用符合設(shè)備使用指南的潤滑油脂；對感應(yīng)器裝置應(yīng)及時進(jìn)行清潔，防止感應(yīng)器裝置觸點(diǎn)氧化發(fā)生短路等故障；定期對各類管線進(jìn)行檢查，清理污垢，防止設(shè)備因散熱不暢導(dǎo)致爐體停止工作；保持機(jī)器內(nèi)部環(huán)境整潔，防止電路操控主板及零部件落入灰塵[4]；保持感應(yīng)器主板與變壓器接觸點(diǎn)接觸良好等預(yù)防性防護(hù)工作。按照作業(yè)指導(dǎo)書的要求執(zhí)行正確的設(shè)備防護(hù)工作使中頻感應(yīng)電爐設(shè)備持續(xù)保持良性運(yùn)行。

3 鑄鐵車間中頻感應(yīng)電爐設(shè)備的安全系統(tǒng)

3.1 中頻感應(yīng)電爐設(shè)備冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是保證設(shè)備持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的主要前提，因為中頻主控電源、電磁感應(yīng)線圈等需要冷卻水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行降溫。目前導(dǎo)致機(jī)器不能進(jìn)行正常工作的主要原因是水循環(huán)故障，由于設(shè)備內(nèi)大多數(shù)帶電元器件需要進(jìn)行冷卻，所以冷卻水的規(guī)格和冷卻水的加入量以及加入時機(jī)都必須符合設(shè)備要求。中頻感應(yīng)電爐設(shè)備冷卻水循環(huán)系統(tǒng)一般有兩個水泵基站，一個水泵基站在生產(chǎn)正常工作狀態(tài)時運(yùn)行，另一個水泵基站處于備用狀態(tài)，并配備應(yīng)急式冷卻循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)工業(yè)用電發(fā)生斷電狀況，致使水泵基站不能進(jìn)行正常工作時，設(shè)備內(nèi)電子元器件溫度升高，應(yīng)急式冷卻循環(huán)系統(tǒng)將進(jìn)入工作狀態(tài)，防止設(shè)備原件燒損。

3.2 中頻感應(yīng)電爐設(shè)備液壓系統(tǒng)

中頻感應(yīng)電爐設(shè)備在金屬液出爐時，通過液壓傳動系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)，執(zhí)行爐體傾轉(zhuǎn)和爐門開關(guān)指令。為保持設(shè)備工作穩(wěn)定性，鑄鐵車間內(nèi)中頻感應(yīng)電爐設(shè)備液壓系統(tǒng)應(yīng)配備兩臺相同性能的液壓泵，一臺液壓泵在生產(chǎn)正常工作狀態(tài)時運(yùn)行，另一臺液壓泵處于備用狀態(tài)。當(dāng)工業(yè)用電發(fā)生斷電狀況時，主液壓泵停止工作，及時啟動備用液壓泵，將中頻感應(yīng)電爐內(nèi)剩余金屬液導(dǎo)出，防止因斷電時間過長剩余金屬液凝固在設(shè)備中，導(dǎo)致無法進(jìn)入工作狀態(tài)，盡量降低斷電帶來的損失。

3.3 中頻感應(yīng)電爐爐襯自檢系統(tǒng)

在中頻感應(yīng)電爐使用過程中，隨著時間的推移，爐襯材料因長期與高溫金屬液直接接觸導(dǎo)致自然性耗損越來越多，造成爐壁變薄等現(xiàn)象，嚴(yán)重時將導(dǎo)致中頻感應(yīng)電爐發(fā)生漏爐事故。目前，鑄造用電爐熔煉設(shè)備均安裝有爐襯自檢裝置，可減少漏爐事故的發(fā)生率。自檢裝置通過將具有高導(dǎo)電性能鋼片安裝在電磁感應(yīng)線圈內(nèi)側(cè)，作為通電回路正極，通過高導(dǎo)電性能鋼絲與金屬溶液相接觸，作為通電回路負(fù)極。在中頻感應(yīng)電爐運(yùn)行過程中，一旦發(fā)生金屬液通過爐壁滲透出來與高導(dǎo)電性鋼片發(fā)生直接接觸時，整個通電回路進(jìn)入到工作狀態(tài)，觸發(fā)自檢裝置發(fā)出警報。自檢裝置是通過設(shè)備內(nèi)元件電磁感應(yīng)變化來發(fā)出警報的，所以鑄鐵車間通過電爐設(shè)備自檢系統(tǒng)，可減少甚至杜絕漏爐事故的發(fā)生率。

4 鑄鐵車間熔煉過程

4.1 鑄鐵熔煉程序與原則

鑄鐵金屬液原材料配料的選取一般有兩種，一是采用回爐料+廢鋼+生鐵進(jìn)行配料，生產(chǎn)普通鑄鐵；二是使用廢鋼+增碳劑進(jìn)行配料，生產(chǎn)合成鑄鐵。

由于廢鋼的大量應(yīng)用，使得金屬液的含碳量非常低。根據(jù)實際鑄造工藝，鑄鐵對碳元素的要求普遍較高，一般都控制在3.3%～3.9%之間，因此需要對鐵液進(jìn)行增碳處理。增碳劑通常與廢鋼、回爐料和生鐵一起被加入到電爐中進(jìn)行熔化，需要觀察并確定爐內(nèi)增碳劑的吸收率，并通過碳硅分析儀或光譜儀對鐵液實際碳含量進(jìn)行檢測，當(dāng)確定實際含碳量不足時，應(yīng)在清除爐內(nèi)熔渣后，根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)書的要求再添加適量的增碳劑，并通過升溫攪拌作用使碳元素完全熔解和充分吸收。

向爐內(nèi)投放金屬爐料的過程中，應(yīng)將電爐熔煉噸位控制在不超出額定整體容納量的10%，以防爐壁變薄熔煉過多金屬液導(dǎo)致諸如熔煉效率低下、爐襯負(fù)荷過大造成的不良后果發(fā)生。根據(jù)生產(chǎn)具體鑄鐵件的工藝要求，金屬液出爐溫度一般應(yīng)控制在1500～1530℃范圍內(nèi)，確保能夠彌補(bǔ)因球化或蠕化，以及孕育和金屬液轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的溫度損失，滿足最終所需的澆注溫度。

4.2 對原材料的要求

目前，很多鑄造企業(yè)通常采用在廢鋼熔液中加入增碳劑的方法生產(chǎn)合成鑄鐵，這樣的鑄鐵具有高韌性和高強(qiáng)度等性能優(yōu)勢。首先，在投入生產(chǎn)前，必須通過化學(xué)分析法對廢鋼化學(xué)成分進(jìn)行分析，選取適合生產(chǎn)鑄件所需的廢鋼。同時，應(yīng)確保廢鋼所含的雜質(zhì)盡可能的少。穩(wěn)定性較高的高品質(zhì)廢鋼，可減少除渣和調(diào)質(zhì)的難度。其次，必須充分的認(rèn)識和掌握將要被使用的廢鋼中所含的S、P、Mn等化學(xué)元素的實際含量，特別是阻礙石墨化和反球化等元素的實際含量，以此作為配料的依據(jù)。如果含硫元素較高，而又脫硫不充分時，所生產(chǎn)出的鑄件在高溫下易產(chǎn)生熱脆或熱裂等缺陷，并可使球化等級偏低，影響基體組織，進(jìn)而削弱鑄件的機(jī)械性能。而含磷較高時，在低溫下鑄件易產(chǎn)生冷脆等缺陷。原材料中所含的Mn元素可提升鑄件的淬透性、耐磨性等，并可強(qiáng)化珠光體含量。

增碳劑所含灰分、水分、硫元素、雜質(zhì)等也要進(jìn)行嚴(yán)格控制，盡可能地選取雜質(zhì)含量少、吸收率偏高的增碳劑，以提高中頻感應(yīng)電爐的熔煉效率和穩(wěn)定最終鑄件的綜合性能。

5 結(jié)論

綜上所述，文章對中頻感應(yīng)電爐的優(yōu)勢與特點(diǎn)進(jìn)行了簡要的分析，提出了中頻感應(yīng)電爐冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、設(shè)備自檢系統(tǒng)的重要性，對中頻感應(yīng)電爐防護(hù)措施以及鑄鐵生產(chǎn)熔煉過程進(jìn)行了總結(jié)。電爐設(shè)備在進(jìn)行鑄鐵生產(chǎn)過程中，對廢鋼等原材料應(yīng)根據(jù)具體鑄件的要求合理、適量地選取，根據(jù)爐內(nèi)鐵液的實際含碳量，使用增碳劑進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。生產(chǎn)技術(shù)人員應(yīng)隨著電爐技術(shù)的不斷進(jìn)步，充分掌握電爐設(shè)備的電熱效率、爐內(nèi)設(shè)備的溫控性、電磁變頻等技術(shù)的應(yīng)用，為提升熔煉設(shè)備的運(yùn)行效率和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件做好技術(shù)保障。