鑄造車間感應電爐的選型

鐘毅

摘 要：闡述中頻電爐在現(xiàn)代化鑄造車間中日趨廣泛的應用。討論電爐選型時需要著重考慮的各種因素：電爐容量及功率大小與工藝需求的關系，電源類型、電源與電爐的配置等與工藝需求的關系。著重對目前感應電爐選型時比較容易混淆的電爐熔化率與生產(chǎn)率的關系展開了深入的討論。此外，對選型時需要考慮的系統(tǒng)功能完整性、安全性、先進性、經(jīng)濟性以及對環(huán)保的適應性也作了詳細的論述。

關鍵詞：鑄造車間;感應電爐;選型

1.中頻感應電爐在現(xiàn)代化鑄造車間中得到日趨廣泛的應用

隨著固態(tài)中頻電源技術的快速發(fā)展，其變換效率已逐步提高到目前的96～97%，它的操作安全性已完全能滿足生產(chǎn)的需要，而它的投資成本卻逐年下降到已低于工頻電源，再考慮到它在使用上的眾多優(yōu)點，使得它基本上替代了傳統(tǒng)的工頻感應電爐。隨著我國電子技術的飛速發(fā)展，大功率的國產(chǎn)固態(tài)中頻電源也已得到成功的開發(fā)、生產(chǎn)和應用。鑄造車間內現(xiàn)有的工頻感應電爐也在技術改造中逐步被中頻感應電爐替代。

2.電爐容量和功率的確定

電爐容量的確定要考慮許多工藝因素，但是基本上應滿足二個條件，一是滿足最大鑄件的澆注重量需要，二是與工藝對鐵水的需求量相符合。由于中頻電爐的功率密度配置較大，當其配置功率密度大于600 kW/t時，其熔化能力基本上可以做到每爐次的熔化時間在一小時以內。

3.電源類型的選擇

中頻電源的類型主要有二類：具有并聯(lián)逆變電路的固體電源及具有串聯(lián)逆變電路的固體電源。

在我國的鑄造行業(yè)中，習慣對配置可控硅（SCR）全橋并聯(lián)逆變固體電源的中頻感應電爐通常俗稱為中頻爐。而對配置（IGBT）或（SCR）半橋串聯(lián)逆變固體電源的中頻感應電爐通常俗稱為變頻爐。二種固體電源適用范圍如下：

4.中頻電源與電爐的配置

采用中頻無心感應電爐實現(xiàn)批料熔化法可以使電源的輸出功率從爐料被加熱起至澆注前保持在最大的負載水平。但是在其后的澆注作業(yè)周期及其它非生產(chǎn)性作業(yè)周期（例如撇渣、取樣、等待化驗結果等），系統(tǒng)中沒有功率輸出或者僅需少量功率輸出，以保持一定的澆注溫度。

5.電爐熔化率與生產(chǎn)率的關系

電爐制造商在樣本或技術規(guī)格上提供的電爐熔化能力數(shù)據(jù)是熔化率。電爐的熔化率是電爐本身的特性，它與電爐的功率大小及電源類型有關，與而生產(chǎn)作業(yè)制度無關。而電爐的生產(chǎn)率則除了與電爐本身的熔化率性能有關外，還與熔化作業(yè)制度有關。通常，熔化作業(yè)周期內存在一定的空載輔助時間，如：加料、撇渣、取樣化驗和等待化驗結果（與化驗手段有關）、等待澆注等。這些空載輔助時間的存在減少了電源的功率輸入，即減低了電爐的熔化能力。

6.電爐選型時對系統(tǒng)的各項功能的評估

作為鑄造車間的重要熔化設備，感應電爐的投資在鑄造車間的總投資中占有不小的比例。因此，電爐系統(tǒng)的選型除了上面需要考慮的各類因素外，尚應結合鑄造車間本身的投資規(guī)模、技術先進性、管理水平等背景對所選的電爐系統(tǒng)的安全性、先進性、經(jīng)濟性、對環(huán)保的適應性等系統(tǒng)的各項功能作一個全面的分析和評估。以下對上述幾個方面略作討論：

系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)的機械方面的完整的保護功能應該具備：閉式冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的采用，冷卻水溫度及流量的監(jiān)控和報警，應急冷卻水柜和管路的設置、液壓系統(tǒng)的安全措施（軟管破裂保護措施、雙液壓泵的配置、阻燃油的采用），爐體的鋼架結構堅固性。系統(tǒng)的電氣方面完整的保護功能有：功能完備和可靠的全數(shù)字化控制板和故障自診斷功能、爐襯檢測（或漏爐檢測）功能、電源（包括電容器等）的可靠冷卻措施等。

系統(tǒng)的先進性。它應與整個鑄造車間的設備先進程度及管理水平背景相匹配。采用全數(shù)字化控制系統(tǒng)的中頻電源將大大提高電爐系統(tǒng)的作業(yè)（包括爐襯壽命和熔化作業(yè)）穩(wěn)定性和可靠性。此外，近年來在鑄造業(yè)逐漸被廣泛接受和采用的功率共享電源系統(tǒng)（俗稱一拖二電爐系統(tǒng)）、電源的遠程控制系統(tǒng)、電爐的計算機熔化過程自動控制管理系統(tǒng)、舊爐襯快速推出機構、爐襯搗筑質量穩(wěn)定的錘擊式氣動筑爐機、鐵水自動稱量系統(tǒng)、爐襯自動烘爐控制系統(tǒng)等先進裝置也大大提高了電爐系統(tǒng)的作業(yè)穩(wěn)定性和可靠性，體現(xiàn)了鑄造車間的技術和管理水平的先進性，也為鑄造生產(chǎn)的質量管理體系提供了有效的手段。

系統(tǒng)的經(jīng)濟性。應該全面、合理地評估選用先進電爐系統(tǒng)所支付的較高的一次性投資額與該系統(tǒng)的較低的日常運行、維護費用及生產(chǎn)率提高之間的關系?？蓮囊韵聨讉€方面來評估這種關系：

a） 根據(jù)因先進的熔化單耗指標計算得到電爐每年運行費用的節(jié)約數(shù)值來評估投資額差價的回收周期;

b）根據(jù)先進的電爐系統(tǒng)性能，如電源功率共享系統(tǒng)所具有較高的功率/作業(yè)利用系數(shù)所引起的相同功率配置情況下電爐生產(chǎn)率的提高來評估整體經(jīng)濟效益的大小;

c）從先進的和安全性好的電爐系統(tǒng)在日常維護方面減少的費用以及設備使用壽命提高二方面進行投資的綜合評估;

d）從采用具有先進功能的裝置，如爐襯自動烘爐控制系統(tǒng)和錘擊式氣動筑爐機，提高了爐襯壽命，降低的作業(yè)方面的各項成本來評估其經(jīng)濟性。

環(huán)境的改善?，F(xiàn)代化的鑄造車間大都具有較大的生產(chǎn)能力，因此電爐的功率也較大，這可能對電網(wǎng)帶來高次諧波的污染。中頻固態(tài)電源對于電網(wǎng)的諧波干擾程度主要取決于它向電網(wǎng)的公共連接點注入的諧波是否超過國家頒布的標準。減少抑制電源向電網(wǎng)公共連接點注入諧波電流的措施有：

a） 增加電源的整流相數(shù)。該措施可以消除5、7、17、19次諧波;

b）裝設諧振濾波器，將主要諧波電流濾除，如裝設5、7、11次濾波器;

c）改變供電點，將中頻電源接到短路容量較大的公用電網(wǎng)上。

此外，某些工藝條件下的有色金屬和鑄鐵熔化所產(chǎn)生的煙霧和粉塵也對環(huán)境產(chǎn)生污染。此時，排煙罩的設置對于環(huán)境的改善是必要的。

7.結語

中頻爐是否合理選型，是檢驗鑄造車間設計成敗的主要指標之一，通過本文對鑄造車間感應電爐選型的介紹，希望對鑄造車間建設感應爐的選擇有所借鑒。