3 200 kW可傾式有芯感應(yīng)電爐的系統(tǒng)組成及優(yōu)點(diǎn)

呂亞彪，熊洪波，張 春，王 勇

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司 會澤冶煉分公司， 云南 會澤 654200)

0 引言

近年來國內(nèi)煉鋅行業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)能規(guī)模不斷擴(kuò)大，在鋅熔鑄行業(yè)內(nèi)，隨著國家節(jié)能減排和環(huán)境污染治理等相關(guān)政策法規(guī)的出臺，原有的坩堝爐、反射爐等鑄造設(shè)備陸續(xù)被淘汰，而采用有芯感應(yīng)電爐。有芯感應(yīng)電爐具有生產(chǎn)效率高、適合大規(guī)模連續(xù)作業(yè)、爐溫控制穩(wěn)定、金屬燒損少、金屬回收率高等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于鋅熔鑄行業(yè)。隨著大功率噴流型感應(yīng)體的成功開發(fā)和應(yīng)用，目前新型有芯感應(yīng)電爐呈現(xiàn)出高功率、大容量的發(fā)展趨勢。

本文結(jié)合企業(yè)實際應(yīng)用情況，介紹了3 200 kW新型可傾式有芯感應(yīng)電爐的產(chǎn)品特點(diǎn)和使用情況。在全國提倡節(jié)能減排，創(chuàng)建節(jié)約型社會的進(jìn)程中，在鋅熔鑄行業(yè)中推廣該新型可傾式有芯感應(yīng)電爐意義重大。

1 可傾式有芯感應(yīng)電爐系統(tǒng)構(gòu)成

可傾式有芯感應(yīng)電爐由電爐本體、自動加料系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、排煙收塵管道、電爐控制系統(tǒng)組成。

1.1 電爐本體

電爐本體由爐殼、爐襯、感應(yīng)體、爐蓋、底座、扒渣爐門等組成，如圖1所示。

圖1 有芯感應(yīng)電爐結(jié)構(gòu)總圖

1.1.1 爐殼

本爐殼是圓形結(jié)構(gòu),由Q345R壓力容器專用鋼板卷制焊接而成。爐殼兩側(cè)開有扒渣口、測溫孔、感應(yīng)體對接法蘭，頂上有加料口，在爐體的兩端設(shè)有澆注室。爐殼表面由鋼板焊接而成的盒式加強(qiáng)筋。使?fàn)t殼焊成一個整體，防止?fàn)t殼變形。

1.1.2 爐襯

爐膛內(nèi)側(cè)(火面)采用專有的特種澆注料整體現(xiàn)場澆注而成。該材料體積密度大、氣孔率低、強(qiáng)度高、基本不收縮、在使用溫度下呈微膨脹、熱穩(wěn)定性好、耐侵蝕、抗?jié)B透，爐襯使用壽命長。在澆注料和爐殼間砌一層40 mm厚的硅鈣板和150 mm厚的粘土保溫磚[1]。

1.1.3 感應(yīng)體

本電爐的感應(yīng)體由感應(yīng)體殼體、耐火材料、鐵芯、水冷線圈、矩形水冷銅套組成，如圖2所示[2]。

圖2 感應(yīng)體結(jié)構(gòu)圖

(1)感應(yīng)體殼體由鋼板焊接而成，上部為與爐體相連接的法蘭，焊接后再經(jīng)過機(jī)加工，整個殼體為剛性良好的整體。

(2)耐火材料包括緊貼感應(yīng)體殼體鋼板內(nèi)側(cè)的一層硅鈣板及由特種搗打料整體搗筑而成的耐火襯體。該搗打料具有優(yōu)良的抗熔渣侵蝕能力、很好強(qiáng)度和體積穩(wěn)定性、良好的不浸潤性。

(3)鐵芯包括鐵芯及鐵軛，均由優(yōu)質(zhì)低損的冷軋硅鋼片疊制而成。

(4)線圈由外包有機(jī)硅粘帶，內(nèi)通水冷卻的方管繞制而成，并經(jīng)浸漆、烘干處理，絕緣耐熱等級達(dá)到H級。

(5)矩形水冷銅套由紫銅板并在其上焊有蛇形方銅管，經(jīng)壓制成型，中間接口由絕緣條連接。方管通水起到強(qiáng)制冷卻的效果。

1.1.4 扒渣爐門

在爐體兩側(cè)設(shè)有扒渣門，扒渣門為焊接件，內(nèi)襯耐火材料。扒渣門由氣缸驅(qū)動。

1.1.5 爐蓋

爐蓋由鋼板及槽鋼焊接而成，內(nèi)襯澆注料。爐蓋上預(yù)留收塵孔，便于爐膛的收塵。

1.1.6 底座

底座由鋼板焊接而成的整體支座、軸承座、軸、滾輪等組裝而成，起到支撐爐體、輔助爐體旋轉(zhuǎn)的作用。

1.2 自動加料系統(tǒng)

自動加料系統(tǒng)主要由鏈條輸送機(jī)、翻垛車、加料裝置等組成，完成鋅片的接收、輸送、加料功能，如圖3所示。

圖3 自動加料機(jī)結(jié)構(gòu)總圖

1.2.1 鏈條輸送機(jī)

鏈條輸送機(jī)主要由頭尾輪裝配、減速電機(jī)、張緊裝置、機(jī)架、鏈條等組成；頭尾輪裝配由軸承座、鏈輪、中心軸、銅套及標(biāo)準(zhǔn)件等組成；減速電機(jī)采用行星輪減速機(jī)，與頭輪裝配采用脹緊套連接，其工作效率高、傳動力矩大、連接簡潔方便。機(jī)架采用方鋼管及鋼板焊接而成；構(gòu)件簡單且穩(wěn)固。

1.2.2 翻垛車

翻垛車由行走小車、鋅片垛翻裝機(jī)構(gòu)及軌道等組成。實現(xiàn)鋅片垛接收翻轉(zhuǎn)預(yù)夾緊，并移動到加料裝置下，等待加料裝置抓取。

1.2.3 加料裝置

加料裝置由機(jī)架、升降機(jī)構(gòu)、夾具等組成，實現(xiàn)鋅片垛的夾持及進(jìn)行壓入式加料。

1.2.4 控制系統(tǒng)

加料系統(tǒng)控制系統(tǒng)由控制柜、現(xiàn)場操作箱等組成，對鏈條輸送機(jī)電機(jī)、液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，通過檢測鋅片位置、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢測進(jìn)行自動加料。

1.3 水冷系統(tǒng)

本水冷系統(tǒng)為開路循環(huán)，主要分為感應(yīng)體(包括爐體與感應(yīng)體對接喉口)水冷管道、檢測裝置和配電系統(tǒng)(包括可控硅、電抗器等)水冷管道及檢測裝置兩大部分。

感應(yīng)體線圈、水冷銅套、水冷電纜及感應(yīng)體殼體水冷是由一支總水管供至感應(yīng)體旁，再由分支路分別給各冷卻支路供水。其中線圈、銅套、水冷電纜的回水分別檢測各支路的水溫及流量。

電控柜冷卻水由一支總水管供至適當(dāng)位置，再分支路分別給各用水點(diǎn)供水。各支路回水，通過集水器集中引回回水管，各支路的水溫及流量在柜內(nèi)檢測。

各支路上均裝有閥門并且各支路可單獨(dú)控制。在總進(jìn)水管上檢測水壓，各水溫表、壓力表均含報警觸點(diǎn)。

1.4 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要用于電爐的傾轉(zhuǎn)。液壓站是由油箱、閥泵系統(tǒng)、指示儀表及管路構(gòu)成。所有閥門均裝在集成塊上，結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、維修方便并減少漏油。

1.5 排煙收塵系統(tǒng)

排煙收塵系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)、排煙收塵管道及閥門、收塵器組成。收塵管道由鋼板卷筒焊接而成。扒渣口收塵管道、爐膛收塵管道匯總接至主收塵管道。閥門為電動蝶閥。

1.6 電爐控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用西門子1200系列PLC作為控制核心，通過現(xiàn)場操作箱操作，并可以通過上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控。設(shè)備應(yīng)用大量的檢測開關(guān)及測量器件，通過對電爐電源設(shè)備、液壓設(shè)備、氣缸、電動閥等進(jìn)行控制，實現(xiàn)感應(yīng)電爐自動加料、自動控溫、輸出功率無極調(diào)節(jié)、氮?dú)獗Ｗo(hù)控制等自動化運(yùn)行。同時該系統(tǒng)具備完善的報警、數(shù)據(jù)采集、記錄、統(tǒng)計等功能。

1.7 可傾式有芯感應(yīng)電爐的性能參數(shù)

2 可傾式有芯感應(yīng)熔鋅爐的優(yōu)點(diǎn)

(1)該3 200 kW可傾式有芯感應(yīng)電爐，爐型采用為半圓形臥式爐可傾動設(shè)計，核心部件感應(yīng)體單個功率達(dá)到800 kW，且實現(xiàn)了逆變無級調(diào)功率。該電爐可實現(xiàn)不放鋅液、帶電保溫條件下快速更換感應(yīng)體，減少了故障檢修時間、實現(xiàn)設(shè)備高效作業(yè)。同時，也實現(xiàn)了爐體強(qiáng)度高、散熱損失小、減少尾氣排放及改善操作環(huán)境的目的。通過小幅轉(zhuǎn)動爐體，還可以部分清除爐膛液面上的結(jié)渣[3]。

(2)現(xiàn)國內(nèi)外有芯感應(yīng)電爐的感應(yīng)體普遍采用風(fēng)冷，冷卻效果較差，只能勉強(qiáng)適用400 kW以下感應(yīng)體,無法滿足800 kW感應(yīng)體在高功率強(qiáng)度下對高效冷卻的要求。因此該3 200 kW(由4個800 kW感應(yīng)體組成)可傾式有芯感應(yīng)電爐的感應(yīng)體采用強(qiáng)制水冷方式，能有效降低感應(yīng)體外殼及金屬襯套的溫度、同時防止鋅液滲漏到耐火材料外層的機(jī)率。

表1 可傾式有芯感應(yīng)電爐性能參數(shù)

(3)自動加料系統(tǒng)可以實現(xiàn)在密封條件下，整垛鋅片采用夾持方式無飛濺的自動加料，是實現(xiàn)大功率感應(yīng)電爐大規(guī)模生產(chǎn)的前提條件。

(4)該電爐專用控制系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠、操作方便，具有自動調(diào)節(jié)電壓、三相平衡、系統(tǒng)參數(shù)及故障自動記錄等功能。采用PLC控制系統(tǒng)控制，可確保設(shè)備安全穩(wěn)定工作，也能達(dá)到高效且節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)的目的。

3 總結(jié)

經(jīng)過生產(chǎn)實踐證明，該3 200 kW可傾式有芯感應(yīng)電爐能夠滿足150 kt/a鋅熔鑄生產(chǎn)線的產(chǎn)能需要，具有作業(yè)率高、自動化程度高、降低勞動等優(yōu)點(diǎn)，其自身的環(huán)保結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也大大改善了員工的操作環(huán)境及勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)了清潔、環(huán)保、安全、高效的大規(guī)模鋅熔鑄作業(yè)生產(chǎn)。