鑄造車間感應(yīng)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(yīng)用。討論電爐選型時(shí)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(guān)系，電源類型、電源與電爐的配置等與工藝需求的關(guān)系。著重對(duì)目前感應(yīng)電爐選型時(shí)比較容易混淆的電爐熔化率與生產(chǎn)率的關(guān)系展開了深入的討論。此外，對(duì)選型時(shí)需要考慮的系統(tǒng)功能完整性、安全性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性以及對(duì)環(huán)保的適應(yīng)性也作了詳細(xì)的論述。

關(guān)鍵詞：鑄造車間;感應(yīng)電爐;選型

1.中頻感應(yīng)電爐在現(xiàn)代化鑄造車間中得到日趨廣泛的應(yīng)用

隨著固態(tài)中頻電源技術(shù)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(diǎn)，使得它基本上替代了傳統(tǒng)的工頻感應(yīng)電爐。隨著我國(guó)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大功率的國(guó)產(chǎn)固態(tài)中頻電源也已得到成功的開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用。鑄造車間內(nèi)現(xiàn)有的工頻感應(yīng)電爐也在技術(shù)改造中逐步被中頻感應(yīng)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(yīng)滿足二個(gè)條件，一是滿足最大鑄件的澆注重量需要，二是與工藝對(duì)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(dāng)其配置功率密度大于600 kW/t時(shí)，其熔化能力基本上可以做到每爐次的熔化時(shí)間在一小時(shí)以內(nèi)。

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(guó)的鑄造行業(yè)中，習(xí)慣對(duì)配置可控硅（SCR）全橋并聯(lián)逆變固體電源的中頻感應(yīng)電爐通常俗稱為中頻爐。而對(duì)配置（IGBT）或（SCR）半橋串聯(lián)逆變固體電源的中頻感應(yīng)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(wú)心感應(yīng)電爐實(shí)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(fù)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(yàn)結(jié)果等），系統(tǒng)中沒(méi)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(guān)系

電爐制造商在樣本或技術(shù)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(guān)，與而生產(chǎn)作業(yè)制度無(wú)關(guān)。而電爐的生產(chǎn)率則除了與電爐本身的熔化率性能有關(guān)外，還與熔化作業(yè)制度有關(guān)。通常，熔化作業(yè)周期內(nèi)存在一定的空載輔助時(shí)間，如：加料、撇渣、取樣化驗(yàn)和等待化驗(yàn)結(jié)果（與化驗(yàn)手段有關(guān)）、等待澆注等。這些空載輔助時(shí)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(shí)對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能的評(píng)估

作為鑄造車間的重要熔化設(shè)備，感應(yīng)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(yīng)結(jié)合鑄造車間本身的投資規(guī)模、技術(shù)先進(jìn)性、管理水平等背景對(duì)所選的電爐系統(tǒng)的安全性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、對(duì)環(huán)保的適應(yīng)性等系統(tǒng)的各項(xiàng)功能作一個(gè)全面的分析和評(píng)估。以下對(duì)上述幾個(gè)方面略作討論：

系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)的機(jī)械方面的完整的保護(hù)功能應(yīng)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(bào)警，應(yīng)急冷卻水柜和管路的設(shè)置、液壓系統(tǒng)的安全措施（軟管破裂保護(hù)措施、雙液壓泵的配置、阻燃油的采用），爐體的鋼架結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性。系統(tǒng)的電氣方面完整的保護(hù)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(cè)（或漏爐檢測(cè)）功能、電源（包括電容器等）的可靠冷卻措施等。

系統(tǒng)的先進(jìn)性。它應(yīng)與整個(gè)鑄造車間的設(shè)備先進(jìn)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(lái)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(yuǎn)程控制系統(tǒng)、電爐的計(jì)算機(jī)熔化過(guò)程自動(dòng)控制管理系統(tǒng)、舊爐襯快速推出機(jī)構(gòu)、爐襯搗筑質(zhì)量穩(wěn)定的錘擊式氣動(dòng)筑爐機(jī)、鐵水自動(dòng)稱量系統(tǒng)、爐襯自動(dòng)烘爐控制系統(tǒng)等先進(jìn)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(shù)和管理水平的先進(jìn)性，也為鑄造生產(chǎn)的質(zhì)量管理體系提供了有效的手段。

系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)該全面、合理地評(píng)估選用先進(jìn)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(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用及生產(chǎn)率提高之間的關(guān)系。可從以下幾個(gè)方面來(lái)評(píng)估這種關(guān)系：

a） 根據(jù)因先進(jìn)的熔化單耗指標(biāo)計(jì)算得到電爐每年運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)約數(shù)值來(lái)評(píng)估投資額差價(jià)的回收周期;

b）根據(jù)先進(jìn)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(lái)評(píng)估整體經(jīng)濟(jì)效益的大小;

c）從先進(jìn)的和安全性好的電爐系統(tǒng)在日常維護(hù)方面減少的費(fèi)用以及設(shè)備使用壽命提高二方面進(jìn)行投資的綜合評(píng)估;

d）從采用具有先進(jìn)功能的裝置，如爐襯自動(dòng)烘爐控制系統(tǒng)和錘擊式氣動(dòng)筑爐機(jī)，提高了爐襯壽命，降低的作業(yè)方面的各項(xiàng)成本來(lái)評(píng)估其經(jīng)濟(jì)性。

環(huán)境的改善。現(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(duì)電網(wǎng)帶來(lái)高次諧波的污染。中頻固態(tài)電源對(duì)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(diǎn)注入的諧波是否超過(guò)國(guó)家頒布的標(biāo)準(zhǔn)。減少抑制電源向電網(wǎng)公共連接點(diǎn)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(shè)諧振濾波器，將主要諧波電流濾除，如裝設(shè)5、7、11次濾波器;

c）改變供電點(diǎn)，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(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。此時(shí)，排煙罩的設(shè)置對(duì)于環(huán)境的改善是必要的。

7.結(jié)語(yǔ)

中頻爐是否合理選型，是檢驗(yàn)鑄造車間設(shè)計(jì)成敗的主要指標(biāo)之一，通過(guò)本文對(duì)鑄造車間感應(yīng)電爐選型的介紹，希望對(duì)鑄造車間建設(shè)感應(yīng)爐的選擇有所借鑒。