淺談中頻電爐的節(jié)能減耗

1、淺談中頻電爐的節(jié)能減耗吉林大學(xué)南嶺校區(qū)高級(jí)工程師 張加平中頻電爐是一種將工頻交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再將直流電轉(zhuǎn)換成較高頻率交流電的變頻電子設(shè)備，利用交流電在螺管線圈中的交變，讓處于螺管線圈中頻爐感應(yīng)圈內(nèi)的鐵磁物質(zhì)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，進(jìn)而產(chǎn)生焦耳熱，達(dá)到加熱和熔化爐料的目的。因此，提高變頻設(shè)備的效率、提高電磁能與焦耳熱能轉(zhuǎn)換效率，是中頻電爐節(jié)能減耗的基本構(gòu)成。序號(hào)熔化金屬類別國外指標(biāo)國內(nèi)實(shí)際指標(biāo)國家或行業(yè)指標(biāo)備 注1鑄鐵（1500）500KWh/t550900KWh/t545750KWh/t110t爐容2鑄鋼（1600）600KWh/t6201100KWh/t560789KWh/t15t爐容3鋁及鋁合（

2、700）500KWh/t550800KWh/t545675KWh/t0.45t爐容4銅（1250）400KWh/t450800KWh/t510570KWh/t110t爐容中頻電爐的電耗用每噸鋼水消耗的電量計(jì)算，單位是KWh/t。下表，是國內(nèi)外中頻電爐電耗列表，國內(nèi)指標(biāo)是現(xiàn)場(chǎng)記錄，國外指標(biāo)是銷售人員的介紹。嘗試從以下幾個(gè)方面淺談中頻電爐的節(jié)能減耗。一、 中頻電爐器件結(jié)構(gòu)隨著固態(tài)中頻變頻電源控制技術(shù)的快速發(fā)展以及電子開關(guān)器件的優(yōu)質(zhì)、低價(jià)，其電效率的轉(zhuǎn)換已逐步提高到目前的9697%。作為金屬保溫和熔化設(shè)備，企業(yè)對(duì)中頻電爐的選擇，是高可靠、高效率、低成本?，F(xiàn)下，中頻變頻電源制造和維修，電子開關(guān)器件選用

3、國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)可控硅，電抗器選用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)矽鋼片、采用大口徑盤式繞組優(yōu)化設(shè)計(jì)制造，濾波、補(bǔ)償電容采用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)電熱電容器，所有連接用銅牌、水電纜選用優(yōu)質(zhì)足徑銅板和纜線，感應(yīng)線圈爐體選用1號(hào)紫銅異型方管。大量的運(yùn)行實(shí)踐證明，這是中頻電爐高可靠、高效率、低成本運(yùn)行的硬件保證。特別是1噸以上的中、大型中頻爐，越是大型中頻爐，優(yōu)選國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的器件和材料，可靠、高效、低成本的效果越明顯。二、 中頻電爐高功率密度配置功率密度是指中頻電爐每噸容量所配備的電源功率數(shù)。送入中頻電爐的電功率可以分為兩部分，一部分是在工件的加熱過程中轉(zhuǎn)化為熱能，是有用功，另一部分是供電線路的銅耗，使感應(yīng)圈、水電纜發(fā)熱，熱量又被冷卻水帶走，這部

4、分功率是無用功。顯然，中頻電爐熔化速度越快，無用功消耗越小，電爐功率密度配置得高，熔化速度就快。500Kg以下的中頻電爐，供電功率與爐容公斤數(shù)的比例可達(dá)到0.92，例如，500Kg爐體配備450KW，200Kg爐體配備350KW，這樣，可以在4524min內(nèi)熔清鐵水。1噸以上的爐體，常規(guī)的配備是每噸鐵水配備600KW中頻電功率，例如，2噸爐體配備1250 KW，5噸爐體配備3500 KW，10噸爐體配備6000 KW，20噸爐體配備12000 KW，這樣，可以在6070min內(nèi)熔清鐵水。現(xiàn)代的中頻電爐高功率密度配備，使中頻電爐得到高的熔化率，得到低的電耗?，F(xiàn)下，在制造技術(shù)、器件的水平上，為中頻

5、電爐配置更高的功率密度沒有困難。之所以不能配備的更高，主要受到爐襯的使用壽命和生產(chǎn)管理及配套設(shè)備二個(gè)因素的限制。因?yàn)樵诟吖β拭芏认鹿ぷ鞯臓t襯受到強(qiáng)烈的高溫熔液攪拌沖刷，對(duì)爐襯的材料性能提出更高要求，必須選用低導(dǎo)熱系數(shù)、低膨脹系數(shù)、高穩(wěn)定系數(shù)、高耐火度的優(yōu)質(zhì)爐襯材料，目前，國內(nèi)尚沒有更合適的爐料材料，尚沒有建立起合理有效的供應(yīng)銷售服務(wù)系統(tǒng)，第二，由于配置高功率密度的感應(yīng)熔化電爐熔化周期短，必需配置相應(yīng)的自動(dòng)化加料裝置，例如，采用電磁吸盤，采用釣鉤數(shù)顯自動(dòng)稱量機(jī)構(gòu)，在鑄造工部，原材料的管理、配料計(jì)算、配料優(yōu)化、熔液成分快速分析檢驗(yàn)系統(tǒng)、溫度控制、防止熔液過熱設(shè)施、熔化-保溫-澆注每個(gè)工序之間的合理

6、平衡等等各個(gè)環(huán)節(jié)，工作量繁雜巨大，技術(shù)和設(shè)備的科技成分含量高，已經(jīng)不是人力能夠勝任，必須采用計(jì)算機(jī)控制和管理系統(tǒng)，拆除舊爐襯必須采用液壓推出，筑制新爐襯采用震動(dòng)筑爐機(jī)械， 否則電爐的功率利用系數(shù)將大大降低，失去高功率密度配備的意義。三、 熔化用中頻電爐的恒功率控制 熔化周期內(nèi)，使中頻電功率始終自動(dòng)跟蹤控制在截流、截壓容許的最大數(shù)值上。大的功率密度保證很短的時(shí)間內(nèi)，使中頻電壓升到額定值，直流電流盡快恒定在最大的額定值，保證中頻電源始終工作在0.92以上的功率因數(shù)，工作于滿功率熔化。這，一方面要求中頻電源具備完善的恒功率控制、具備P.I.D電流電壓雙閉環(huán)控制，又要求操作爐工合理及時(shí)加料，及時(shí)搗打爐

7、料，如果電爐在熔化過程的起始階段不能大功率送電，功率因素低，而熱耗并不減少，能耗就高。所以電爐能否保持高功率因素向爐內(nèi)送電，也是能耗高低的區(qū)別，也是企業(yè)是否能“環(huán)保”運(yùn)行的一項(xiàng)指標(biāo)。四、 保溫中頻電爐的應(yīng)用 大噸位鐵水的保溫，一直以來是有芯工頻電爐的一統(tǒng)天下，成功地用無芯中頻電爐作為大噸位的保溫電爐，是我國的創(chuàng)舉?，F(xiàn)下，50噸的鐵水保溫?zé)o芯中頻電爐已在運(yùn)行。可控硅無芯中頻電爐作保溫電爐用，較比有芯工頻爐有很大的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過二十年的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，也證明了此工藝的可行性和經(jīng)濟(jì)性。下表是無芯中頻感應(yīng)電爐與有芯工頻感應(yīng)電爐的性能比較（以鑄鐵為例）序號(hào)比較指標(biāo)中頻感應(yīng)電爐工頻感應(yīng)電爐評(píng) 論1功率密度600

8、 1400 kW/t300 kW/t 每噸爐容的配置功率密度允許值隨頻率變化，2熔化作業(yè)方法批料熔化法殘液熔化法3對(duì)加入爐料要求要求小要求高指料快大小、爐料干燥程度等加料要求4熔化單耗500 540 kWh/t540 600 kWh/t由于中頻爐的功率密度大，熱損失小，熔化時(shí)間短，其總效率較高5功率調(diào)節(jié)范圍0100%無級(jí)調(diào)節(jié)有級(jí)調(diào)節(jié)工頻爐的功率調(diào)節(jié)還涉及三相平衡的調(diào)節(jié)，較復(fù)雜6功率自動(dòng)調(diào)節(jié)可以困難功率自動(dòng)調(diào)節(jié)功能是實(shí)現(xiàn)節(jié)能模式作業(yè)和恒功率輸出的前提7熔液的攪拌效應(yīng)可變大且固定中頻爐的攪拌效應(yīng)大小隨頻率變化而逆向變化。因此，對(duì)于鋁合金熔化可以通過提高工作頻率來減小熔液的攪拌，降低鋁液在熔化過程中

9、的氧化燒損8實(shí)現(xiàn)節(jié)能模式作業(yè)的可能性能不能以節(jié)能模式運(yùn)行的電爐除了節(jié)能外，尚可以避免熔液的過熱9實(shí)現(xiàn)恒功率輸出的可能性能困難實(shí)現(xiàn)熔化周期內(nèi)恒功率輸出可以提高電爐的生產(chǎn)率，降低熔化單耗10冶金作業(yè)特性熔液無多次過熱現(xiàn)象熔液存在多次過熱現(xiàn)象這是由于工頻爐須實(shí)行殘液熔化作業(yè)，每次澆注后坩堝內(nèi)須留存1/3左右的殘留熔液11故障診斷及保護(hù)功能完全，強(qiáng)部分中頻電爐可以實(shí)現(xiàn)自我故障診斷和保護(hù)，減少維修時(shí)間和工作量12與計(jì)算機(jī)連網(wǎng)可能性可以困難中頻爐可與計(jì)算機(jī)熔化過程自動(dòng)控制管理系統(tǒng)連接13對(duì)于電網(wǎng)的高次諧波污染有無中頻電源對(duì)于電網(wǎng)的高次諧波污染可以采取措施減小或消除14電源占用空間比率30 40%100%1

10、5總投資比率85 90%100%以批料熔化法作業(yè)的中頻爐可以每次將熔液倒空，冷爐啟爐時(shí)不需要起熔塊，對(duì)加料塊尺寸和狀態(tài)限制小，爐料過熱時(shí)間短。這些都是以殘液熔化法作業(yè)的工頻爐所缺乏的優(yōu)勢(shì)，目前，工頻感應(yīng)爐向大容量發(fā)展已基本停止。然而，可控硅中頻爐、IGBT等新器件、串聯(lián)諧振新變頻制式中頻電爐的發(fā)展則方興未艾。大噸位中頻保溫電爐配合中頻熔化電爐或者配合煉鐵高爐，組成鐵水的熔化、保溫系統(tǒng)，是節(jié)能減排的優(yōu)越選擇?？梢源蠓鹊慕档蛧嵑?，可以大幅度的減低污染的排放，減少投資，減少設(shè)備安裝空間，為產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、為生產(chǎn)工藝的選擇、為作業(yè)人員的靈活調(diào)劑提供優(yōu)越的設(shè)備。有資料顯示，用大噸位的中頻保溫電爐配合其他的

11、熔化設(shè)備，噸耗可以節(jié)約2540%。保溫用中頻電源要求具備有較低的熔化功能， 要求具備每分鐘可以過熱鐵水2530 /min速率，要求在保溫過程中的任何功率下，功率因數(shù)始終大于92%，要求具備準(zhǔn)確的測(cè)溫調(diào)溫的功能，因?yàn)椋F水1500保溫超過1小時(shí)，會(huì)造成鐵水的白口化，這要求，隨時(shí)的監(jiān)控鐵水溫度，及時(shí)的降低鐵水溫度，這只能有賴于保溫用中頻電源的先進(jìn)、智能化和計(jì)算機(jī)化。傳統(tǒng)的有芯工頻保溫電爐沒有這些功能。國內(nèi)用可控硅組成的串聯(lián)諧振變頻電源，在6000KW以下的功率范疇內(nèi)，技術(shù)是先進(jìn)可靠的，設(shè)備運(yùn)行是可靠的，符合上述技術(shù)要求。而45噸的可控硅中頻保溫電爐，恰好在此功率范疇內(nèi)，所以，大噸位的中頻保溫電爐，

12、選擇可控硅串聯(lián)諧振電源是優(yōu)先的選擇。五、較大爐容中頻電爐的高電壓工頻供電 如前所述，1噸以上的中頻電源功率密度600KW/t。假如，2噸中頻電爐，配備電源功率是1250KW，如果采用工頻380V供電，直流輸出電壓，380×1.35513V中頻電壓513×1.4718V直流電流1250÷5132437A假如，由電熱電容和爐體組成諧振負(fù)載槽路的Q值是10，平壓結(jié)構(gòu)時(shí)，諧振槽路的電流是，2437×1024370A可見，巨大的電流造成制造和安裝成本上升，造成焦耳熱能的無功損失。如果采用工頻850V供電，直流輸出電壓，850×1.351147.5V中頻電

13、壓1147.5×1.41606.5V直流電流1250÷1147.51089A電熱電容和爐體組成諧振負(fù)載槽路的Q值是10，平壓結(jié)構(gòu)時(shí)，諧振槽路的電流是，1089×1010890A可見，流經(jīng)水冷電纜和感應(yīng)圈的電流減少到原來的0.45倍 。所以，2噸以上爐容的中頻電源，工頻供電采用高電壓570V、660V、750V、900V、1250V等交流供電是節(jié)能減耗的好措施。這一方面得益于現(xiàn)代電子開關(guān)器件的優(yōu)越性能，另一方面要求，企業(yè)單位所在地的供電局從節(jié)能減排的大前提出發(fā)，配合企業(yè)單位做好供電工作。六、中頻電爐供電的工頻供電系統(tǒng)，無功補(bǔ)償兼奇次諧波治理技術(shù)、設(shè)備可控硅并聯(lián)諧振制

14、式變頻電源，通過調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。因此，在工頻供電系統(tǒng)中產(chǎn)生奇次諧波，變頻器的特征諧波頻譜計(jì)算公式，n=kP±1式中 n奇次諧波數(shù)P整流器脈動(dòng)數(shù)；K正整數(shù)，K=1、2、3、對(duì)于輸出三相單一繞組供電的整流變壓器，直流輸出脈動(dòng)六波頭，特征諧波5、7、11、13次等，對(duì)于輸出三相雙繞組供電的整流變壓器，直流輸出脈動(dòng)12波頭， 特征諧波11、13、23、25次等。在可控硅的全控橋觸發(fā)中，由于存在非對(duì)稱觸發(fā)等原因，可能會(huì)產(chǎn)生其它次數(shù)的非特征諧波，但是主要以特征次諧波為主。高次諧波嚴(yán)重的污染供電網(wǎng)，導(dǎo)致電能質(zhì)量下降，增加設(shè)備損耗，降低功率因數(shù)。在常規(guī)低壓無功電容補(bǔ)償裝置中，諧波電流

15、被補(bǔ)償電容放大，引起接觸器燒毀，電容器鼓肚，電容器組無法正常投運(yùn)，導(dǎo)致負(fù)載功率因數(shù)長(zhǎng)期低下，造成企業(yè)支付高額的力率調(diào)整電費(fèi)。1000KW以上的中大型中頻電爐宜采用直流輸出脈動(dòng)12波頭或24脈動(dòng)波頭的變頻裝置，這樣可以避開低于11次或低于23次的諧波污染。對(duì)于1000KW以下（不含1000KW）的中頻電爐，多采用直流輸出脈動(dòng)6波頭的變頻裝置，其工頻供電的低壓無功補(bǔ)償裝置，采取把同容量補(bǔ)償電容由角形接法改用星形接法，電流與電壓取樣改接于高壓側(cè)的CT和PT等措施，可以正常投運(yùn)。為中頻電爐配備無功補(bǔ)償兼具諧波治理的設(shè)備，要安裝在為變頻電源供電的電源變壓器的同一側(cè)，對(duì)于用電企業(yè)單位，如果有多臺(tái)變壓器，有

16、多種設(shè)備或生產(chǎn)線，如果生產(chǎn)工藝或者按裝空間允許的話，應(yīng)盡量把產(chǎn)生諧波的所有設(shè)備（又稱為有源負(fù)荷）集中按裝到一臺(tái)或某幾臺(tái)變壓器上，把其余不產(chǎn)生諧波的設(shè)備集中按裝到其余變壓器上，這樣，諧波治理僅僅針對(duì)裝有有源負(fù)荷的變壓器，而其余變壓器上只須按裝普通低壓補(bǔ)償電容器裝置，整體投資會(huì)大大下降。相反，如果把所有有源負(fù)荷全部分散到所有變壓器上的話，盡管每臺(tái)變壓器上諧波電流含有率不是太大，諧波電壓也略低于國家標(biāo)準(zhǔn)，但是按裝普通電容器柜對(duì)無功進(jìn)行補(bǔ)償后，這些電容器會(huì)把原有的諧波電流放大到不能容忍的程度，母線諧波電壓立即超標(biāo)。從測(cè)量到的很多用戶看，一般諧波電流能放大到34倍以上，造成諧波電壓總畸變率上升到原來的2

17、倍以上。個(gè)別用戶5次諧波電流達(dá)到90，諧波電壓總畸變率達(dá)到14！為了解決諧波問題，就要每臺(tái)變壓器上都加裝無源濾波裝置，整體投資會(huì)大大增加。對(duì)一定容量的中頻電爐，其輸出功率越接近滿功率，高次諧波影響就越小, 功率因數(shù)越高，其輸出功率較小時(shí), 高次諧波與工頻基波的比值較大,所以在中頻爐運(yùn)行時(shí), 應(yīng)盡可能使它工作運(yùn)行在滿功率。中頻電爐諧波分量強(qiáng)度大，成分復(fù)雜，并隨熔煉材料及熔煉過程的變化而變化，這為無功補(bǔ)償兼諧波治理設(shè)備參數(shù)的設(shè)計(jì)帶來很多不確定因素。因此，必須認(rèn)真地審慎進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真等過程，設(shè)備制造要采用優(yōu)質(zhì)可靠的元器件。為了凈化供電網(wǎng)絡(luò)，為了降低企業(yè)用戶的運(yùn)行費(fèi)用，無功補(bǔ)償兼

18、諧波治理設(shè)備要做到與中頻爐同設(shè)計(jì)，同安裝，同使用。 七、提高中頻電爐的熔化率，雙供電電源與控制系統(tǒng)的應(yīng)用采用一臺(tái)等容量或稍大容量工頻整流變壓器帶動(dòng)兩套變頻電源系統(tǒng)向2臺(tái)爐子供電。實(shí)踐證明，1臺(tái)感應(yīng)爐的總有效功率通常在整個(gè)熔化期不能被充分利用，在鐵水測(cè)溫、取樣化驗(yàn)、調(diào)整成份、除渣出鐵、尤其是在澆注的情況下，都要降低功率或切斷電源。如果澆注周期較長(zhǎng)，利用率只有5070%左右，企業(yè)要達(dá)到所需要的生產(chǎn)率，需要增加中頻電爐的數(shù)量，增加工頻供電負(fù)荷量，這造成先期投資增加和后期運(yùn)行費(fèi)用的巨大支出。采用一電源一爐體一變壓器制式的中頻電爐，一爐體熔清鐵水準(zhǔn)備澆注，其變頻電源功率立即降低到保溫，此時(shí)，另1套變頻電

19、源帶動(dòng)另一臺(tái)裝滿新爐料的爐體做滿功率熔化，中頻電爐熔化利用率達(dá)到100%。這種配備可以向2臺(tái)爐子單獨(dú)送電也可以同時(shí)送電，避免了切換開關(guān)，不必在熔煉中將電源切換到保溫爐子上以保持必要的澆注溫度。大型爐容中頻電爐烘爐時(shí)間長(zhǎng)，采用一電源一爐體一變壓器的制式，即使在1臺(tái)爐子烘爐時(shí)，也能保證另1臺(tái)爐子正常生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)鐵液的及時(shí)連續(xù)供應(yīng)，提高生產(chǎn)率，提高設(shè)備利用率，降低能耗，實(shí)現(xiàn)了烘爐不停產(chǎn)。大功率中頻電爐在降低功率保溫時(shí)，功率因數(shù)很低，然而，大功率中頻電爐基本是倍圧制式工作，在作保溫時(shí)可以把倍壓轉(zhuǎn)換成平壓，從而將功率降低到1/4，再輔以無功補(bǔ)償兼諧波治理設(shè)備，可以保證功率因數(shù)合格。應(yīng)當(dāng)指出，如前所述，

20、國內(nèi)6000KW、1 0噸爐容以內(nèi)的可控硅串聯(lián)諧振中頻電爐技術(shù)與成套設(shè)備已趨于可靠，國內(nèi)的外資廠家已有8000KW、30噸可控硅串聯(lián)諧振中頻電爐在運(yùn)行?？煽毓璐?lián)諧振中頻電爐可以實(shí)現(xiàn)向兩個(gè)爐體無機(jī)分配功率即一拖二功能， 但是，設(shè)備的價(jià)格是昂貴的。這需要企業(yè)在投資和回報(bào)之間做出選擇。八、根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)的綱領(lǐng)，合理的配備中頻電爐容企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的單件重量，企業(yè)要達(dá)到的產(chǎn)能和是否具備高爐等熔化設(shè)施，是選擇爐容的依據(jù)。在滿足條件的前提下，爐容以選擇較大的為宜。這是因?yàn)椋^大的爐容熱損失小，噸鋼水電耗低，綜和運(yùn)行成本低，污染排放小。九、中頻電爐系統(tǒng)的布置和安裝 工頻供電變壓器、中頻電源變頻柜、電熱電容

21、器、爐頭等裝置的布置，最好是一字排開，在充分的考慮運(yùn)行、維修、監(jiān)護(hù)的空間后，距離越近越好。變頻電源柜體距電熱電容器的距離要盡可能的短。這是因?yàn)?現(xiàn)下，重載啟車控制技術(shù)很完善，很可靠。過長(zhǎng)的連接距離，增加費(fèi)用，增加電能損耗，甚至，不能啟動(dòng)運(yùn)行。連接選用多股銅芯絞線軟連接，大爐容選用水冷電纜，水冷電纜導(dǎo)電率選用12A/cm2以下。這種連接，安全、可靠、靈活、占地面積小。爐體和電熱電容匯流銅牌連接，采用水冷電纜直接連接，假如，一定要安裝電動(dòng)換爐開關(guān)，也要將水冷電纜直鏈在電動(dòng)換爐開關(guān)定觸頭加長(zhǎng)銅牌上。目地，盡量的減少安裝銅牌的長(zhǎng)度，減少運(yùn)行的熱耗，降低安裝成本。由于中頻電流強(qiáng)烈的集膚效應(yīng)，安裝銅牌宜選

22、用薄而寬的銅板，以57mm厚的銅板為優(yōu)選，假如導(dǎo)電截面積不夠，可以在銅板上焊接方銅管，既可以加強(qiáng)薄銅板的強(qiáng)度又可以通水加強(qiáng)冷卻。十、中頻電爐的水冷卻擯棄在地下或地上制備冷卻水池的做法，采用玻璃鋼開式冷卻塔或采用全封閉內(nèi)循環(huán)軟水閉式冷卻塔，或則在變頻電源系統(tǒng)采用閉式冷卻塔，在爐體系統(tǒng)采用開式冷卻塔，是必須的選擇。水資源越來越珍貴，采用冷卻塔為中頻電爐提供水冷卻，用水量少，用水可以基本無損耗的循環(huán)使用，用水可以容易的進(jìn)行集中水質(zhì)處理，可使中頻電爐由于水冷卻產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕、物理結(jié)垢、雜物瘀塞等慣病減少或杜絕。將中頻爐的變頻系統(tǒng)和爐體系統(tǒng)的水冷卻分開運(yùn)行的做法，是節(jié)能減耗的好方法。大量的運(yùn)行實(shí)踐證明

23、，中頻電爐的運(yùn)行故障，70%是由于冷卻水故障引起的。選擇中頻電爐時(shí)，首先選擇好冷卻水方式，安裝中頻電爐時(shí)，優(yōu)質(zhì)可靠的制備冷卻水系統(tǒng)，是保證中頻電爐長(zhǎng)期可靠運(yùn)行、節(jié)能減排的重要的條件。由于可控硅等電子器件的過熱能力較弱，所以，用于冷卻變頻系統(tǒng)冷卻水出水溫度不要超過40，爐體系統(tǒng)是整個(gè)中頻電爐系統(tǒng)發(fā)熱量最大的部分，是冷卻水用量最大的部分，爐體系統(tǒng)的冷卻水出水溫度最好在55，較高的爐體出水溫度可以大幅度的降低鐵水的噸耗，又為爐體較高的出水溫度的余熱轉(zhuǎn)換利用提供物質(zhì)條件。這要求，爐體過水用軟膠管選用較高耐熱的優(yōu)質(zhì)膠管。有的企業(yè)單位，中頻電爐系統(tǒng)全部采用優(yōu)質(zhì)的全不銹鋼結(jié)構(gòu)全封閉內(nèi)循環(huán)軟水閉式冷卻塔，安裝

24、系統(tǒng)全部采用不銹鋼管路和優(yōu)質(zhì)銅閥門，運(yùn)行實(shí)踐證明，杜絕拉冷卻水故障，實(shí)現(xiàn)中頻電爐高可靠、高效率、高節(jié)能、低排放運(yùn)行。在北方采用室外玻璃鋼開式冷卻塔，最好采用逆流式冷卻塔，雖然效率較橫流式冷卻塔稍低，但是，由于封閉嚴(yán)密，外泄水沒有，在冬季運(yùn)行，不結(jié)冰瘤子，更可靠方便。北方采用玻璃鋼開式冷卻塔，安裝時(shí)要保證可以將塔底水池內(nèi)的水放干凈，要在室內(nèi)配備合適的冷卻儲(chǔ)水箱，流進(jìn)玻璃鋼冷卻塔內(nèi)的帶壓水經(jīng)冷卻后，開口零壓自流入冷卻儲(chǔ)水箱，再由連接儲(chǔ)水箱的水泵將冷卻水打入冷卻系統(tǒng)，保證北方冬季用冷卻水不結(jié)冰。中頻電爐備用冷卻水源，采用柴油機(jī)冷卻泵系統(tǒng)較為合適。在停水停電時(shí)，啟動(dòng)備用的柴油機(jī)冷卻泵，既經(jīng)濟(jì)又可靠。當(dāng)

25、多臺(tái)中頻電爐共用一套水冷系統(tǒng)時(shí)，水泵宜選較大的容量和較大的電動(dòng)機(jī)功率，需要為水泵電動(dòng)機(jī)配備變頻器，采用橫壓供水控制技術(shù)，可以可靠的實(shí)現(xiàn)橫壓供水，節(jié)能減耗。中頻電爐的冷卻水系統(tǒng)要安裝在獨(dú)立的封閉房間內(nèi)，可以避免鑄造車間內(nèi)腐蝕性氣體和粉塵的污染腐蝕，又有利于管理和維修，在北方，房間內(nèi)要做好防寒保溫，特別是采用全封閉內(nèi)循環(huán)軟水閉式冷卻塔時(shí)，在冬季一定要十分重視防寒保溫，可以在閉式冷卻塔冷卻水內(nèi)混入一定比例的防凍液，確保閉式冷卻塔內(nèi)的蛇形盤狀銅管不結(jié)冰損壞。在北方，中頻電爐的冷卻水安裝，在管路系統(tǒng)中設(shè)計(jì)做出最低點(diǎn)，在最低點(diǎn)處安裝放水閥門，可以在節(jié)假日休息時(shí)，將冷卻管路內(nèi)的水放干凈，避免凍害。如前所述，

26、較高溫度的爐體出水，可以用換熱器將熱能轉(zhuǎn)換出來，作為熱水使用，或者直接的將熱水導(dǎo)入熱水使用處，使熱能循環(huán)使用，節(jié)能減排。這需要，為冷卻水系統(tǒng)配備自動(dòng)補(bǔ)充水設(shè)備。十一、中頻電爐爐襯的制作和節(jié)能減排中頻電爐的爐襯使用次數(shù)，直接的制約著企業(yè)的生產(chǎn)效率，是節(jié)能減排的重要環(huán)節(jié)。首先要選擇優(yōu)質(zhì)的爐襯材料。熔化灰鐵、球鐵鐵液一般選用二氧化硅為骨料配粘結(jié)劑硼酸等的酸性爐料。原則是，選用低導(dǎo)熱系數(shù)、低膨脹系數(shù)、高穩(wěn)定系數(shù)、高耐火度的優(yōu)質(zhì)爐襯材料，最好選取專業(yè)爐襯材料廠配制好的“搗打料”。爐襯材料生產(chǎn)國外廠家有聯(lián)礦(天津)、拉法基樂法(上海)等，國內(nèi)廠家有（湖北）華高，高能（武漢）等；需要什么種類和牌號(hào)的材料只需

27、要提供給供應(yīng)商所在單位熔煉合金種類、最高使用溫度等參數(shù)即可。爐襯材料使用前，必須檢查是否回潮結(jié)塊，否則要么停用，要么將潮濕料僅僅用于修筑爐嘴，否則容易導(dǎo)致爐襯局部裂紋、剝落。筑爐前，對(duì)包括水冷系統(tǒng)、感應(yīng)線圈、磁軛、支撐膠木、絕緣涂料、耐火膠泥做認(rèn)真的檢查和處理。要求，各個(gè)部件之間必須連接穩(wěn)固，各通電元件本身無隱患、保持規(guī)定的距離，通水元件本身及連接無滲漏，通電線圈上必須無多余金屬殘留物且涂刷專用線圈涂抹料(絕緣材料)；銅管線圈內(nèi)側(cè)圓周之間必須要涂抹專用耐火膠泥，耐火膠泥在線圈內(nèi)部形成的柱(錐)面必須光滑，不允許出現(xiàn)凸凹點(diǎn)、使之在線圈每匝之間形成良好的連續(xù)填充，凡涂抹料、耐火膠泥在筑爐前必須干燥

28、，可以自然停留2448h晾干，也可以晾干12h后置人坩堝模小功率10kW左右烘烤12h烘干。達(dá)到盡量減少因?yàn)闋t體的絕緣(膠木發(fā)煙、匝間短路和感應(yīng)線圈吸附鐵豆)、漏電、爐體內(nèi)圓柱(錐)面影響爐襯自然收縮產(chǎn)生裂紋等意外事故，而導(dǎo)致難以判斷的停爐、拆爐。爐襯耐火材料的厚度對(duì)電能是否能高效的熔化鐵水有很大的影響。一般的選擇是小爐（1噸以下）90毫米/75毫米，1噸以上90/125毫米，國外見過220毫米（20噸）的。爐底的高度和感應(yīng)器底部高度是否相匹配，影響電效率和爐襯壽命，并不是越高越好，底面高度超過有效線圈100毫米時(shí)，底部耐火材料會(huì)因?yàn)楦袘?yīng)攪拌力作用，強(qiáng)力沖刷底部，急劇降低使用壽命。太低會(huì)有生產(chǎn)

29、安全隱患。需要有正確的高度。一般小爐在200/250毫米，大爐有350/450毫米。一般情況下生產(chǎn)灰鐵或者球鐵的中頻爐的爐底侵蝕不大(大約3050 mm)，可以按壓著最下面一匝感應(yīng)線圈上沿為準(zhǔn)。筑爐用坩堝，在上面的1/3尺寸內(nèi)，根據(jù)爐襯厚度，確定外徑尺寸，作成圓柱形，余下的部分，采用3度錐度制成。圓錐過渡處一定要圓滑。整個(gè)坩堝模的高度應(yīng)為爐底爐襯上平面至爐沿平面垂直高度距離加上高過爐沿平面約50 mm的高度，這個(gè)高度有利于后面的滿爐鐵液燒結(jié)爐襯，具體高度以不影響合上爐蓋為準(zhǔn)。坩堝底面與側(cè)面的轉(zhuǎn)角處的尺寸和形狀是至關(guān)重要的。因?yàn)榛诣F、特別是球鐵在高溫(1 5001 550)下此處易產(chǎn)生“大象腳”

30、侵蝕，而且此處的耐火膠泥層直徑也較小，所以此處是可能穿爐的“薄弱環(huán)節(jié)”。這個(gè)地方的轉(zhuǎn)角應(yīng)該平緩圓滑，轉(zhuǎn)角梯度由一次改為不低于二次。在坩堝模底及側(cè)壁上應(yīng)按200300 mm的間距鉆出呈菱形分布的小孔，這有利于烘烤階段爐襯材料中水分的排出和增大電阻，提高發(fā)熱烘烤效果?？椎闹睆皆? mm左右較好，太小則排氣效果不好，太大則導(dǎo)致筑爐時(shí)爐襯材料從孔中大量泄出。坩堝模底部平面不能向內(nèi)凹進(jìn)，最好水平，要么由中心向外凸出1 mm左右，以免筑爐后底部有氣隙和結(jié)構(gòu)性應(yīng)力導(dǎo)致烘烤燒結(jié)時(shí)“底爆”。坩堝用58mm低碳結(jié)構(gòu)鋼焊接成型，焊縫必須打磨光滑不留銳角，坩堝的外圓尺寸公差及同心度嚴(yán)格限制在5 mm以內(nèi)，備用坩堝模應(yīng)

31、在使用前除銹。使用成套的振動(dòng)筑爐工具，嚴(yán)格的執(zhí)行安全的筑爐工藝，是大型中頻電爐襯獲得優(yōu)質(zhì)爐襯的條件。科學(xué)的烘烤、燒結(jié)爐襯，是獲得長(zhǎng)壽命爐襯的關(guān)鍵條件。烘爐前制訂烘烤、燒結(jié)工藝，并用熱電偶、溫度數(shù)字顯示儀進(jìn)行監(jiān)控。總的原則是低溫階段慢升溫，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，燒結(jié)階段溫度要比平時(shí)最高出鐵溫度高5080左右，燒結(jié)時(shí)間保溫23h。低溫階段900以前升溫速度為136min，這有利于爐襯材料吸附水和結(jié)晶水的逸出，在900左右保溫23 h后石英穩(wěn)定發(fā)生相變，否則，升溫過快將導(dǎo)致石英急劇相變，內(nèi)應(yīng)力過大將導(dǎo)致以后爐襯開裂、剝落，急劇降低爐襯壽命及使用安全。高溫?zé)Y(jié)做到位，有利于在爐襯的徑向上從內(nèi)到外形成各占13厚度

32、的燒結(jié)層、過渡層、松散層，這樣爐襯既有一定抗高溫侵蝕性能，又有較好的強(qiáng)度和韌性。在烘烤前，向爐內(nèi)投入510 kg的石英玻璃碎屑，可使坩堝表面形成一定厚度的耐侵蝕的燒結(jié)釉質(zhì)層。下表是某一臺(tái)3噸中頻電爐烘爐的時(shí)間列表。升溫使用時(shí)間總計(jì)使用時(shí)間升溫速率90011小時(shí)11小時(shí)829002小時(shí)13小時(shí)0900 11003小時(shí)16小時(shí)100 110014002小時(shí)18小時(shí)15014002小時(shí)20小時(shí)0140015801小時(shí)21小時(shí)18015802小時(shí)23小時(shí)0中頻電爐良好的操作方法對(duì)爐襯壽命也很重要。要求爐料的塊度不得太大，爐料小批量多批次加入，堅(jiān)決避免爐內(nèi)蓬料，投料過程中，減少爐料對(duì)爐壁、爐底的沖擊。爐

33、內(nèi)留的鐵液在不影響金屬過熱性能和加料不飛濺的情況下應(yīng)適當(dāng)多些，但不宜超過15%，有利中頻爐快速熔化，提高功率因數(shù)，避免鐵料直接撞擊爐底。每次出鐵后電爐應(yīng)平放，減少爐內(nèi)鐵液對(duì)后壁的輻射烘烤和重力對(duì)整體爐壁的不均勻作用。為減少爐襯因?yàn)榉磸?fù)驟熱驟冷的熱疲勞導(dǎo)致開裂，連續(xù)開爐對(duì)爐襯壽命的延長(zhǎng)是相當(dāng)重要的，但是由于突發(fā)性事件導(dǎo)致電爐停電，造成爐內(nèi)的鐵液冷凝后重新啟爐的情況難以避免。發(fā)生這種情況，從新熔化開始時(shí)，必須將爐體合上爐蓋并向前傾斜15°左右，以低于電爐的保溫功率開始送電，在冷凝金屬?zèng)]有軟化之前不得提高功率，因?yàn)榇藭r(shí)升溫太快將導(dǎo)致金屬的膨脹嚴(yán)重超過爐襯的膨脹而導(dǎo)致金屬凝塊將爐襯拉裂，最終

34、導(dǎo)致穿爐等嚴(yán)重事故，冷凝金屬軟化后可以將功率升到保溫功率左右，直到冷凝金屬上面的金屬殼被下面的液體金屬熔穿，此時(shí)可將爐體放平，以較高的功率升溫熔化。在很多鑄造廠現(xiàn)場(chǎng)，都能發(fā)現(xiàn)電爐在不停電狀態(tài)下出液。不安全不說，從能源和熔化工藝上講也是錯(cuò)誤的。大型的中頻電爐，感應(yīng)圈分成雙向反并聯(lián)的上下兩個(gè)部分，當(dāng)爐內(nèi)金屬液面低于上部感應(yīng)器的一半以下時(shí)，由于電阻的變化，上部感應(yīng)器不再有工作電流通過，而全部集中在下部感應(yīng)器上。下部金屬液產(chǎn)生過熱，沖刷爐壁，爐襯壽命急劇下降。因此，鐵水出液，最好是停爐出液，起碼，在鐵水出液時(shí)，也要及時(shí)降低功率?？茖W(xué)的筑打爐襯，科學(xué)合理地使用好爐襯，爐襯使用可以達(dá)到200300爐次以上。是中頻電爐節(jié)能減耗的重要途徑。十二、中頻電爐爐料對(duì)能耗高低的影響不管是新生鐵（由其是新鐵）還是舊（銹）鐵，尤其表面是否有白色石灰質(zhì)都會(huì)影響噸耗，影響爐襯的使用壽命?；貭t料，金屬切屑，所有氧化物含量大的爐料都會(huì)大量吸收電能。如果有5%的雜物，就有5%的電能熔化這些雜物，而且會(huì)給合金，爐襯帶來危害。鑄造廠對(duì)新鐵、廢鋼、澆冒口進(jìn)行凈化拋丸處理節(jié)約了能源，并排除銹雜物對(duì)鑄件帶來的不良影響。中頻電爐爐料的塊度太大或太小都會(huì)影響電爐的電效率，和熔化質(zhì)量，塊度越大，速度會(huì)越慢，而且金屬液的均勻程度會(huì)不穩(wěn)定。一般以200/300毫米塊度為合適。爐體內(nèi)預(yù)留金屬液會(huì)幫助提高一部分電