中頻感應(yīng)熔煉爐工作頻率在50Hz-10kHz 之間,需用變頻器予以調(diào)頻。中頻感應(yīng)熔煉爐以其電效率和熱效率高、熔煉時(shí)間短、耗電較省、占地較少、投資較低、生產(chǎn)靈活和易于實(shí)施過程自動化等, 比工頻感應(yīng)熔煉爐更有優(yōu)勢。它適合熔煉各種鑄鐵, 特別適合熔煉合金鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵,并對爐料的適應(yīng)性較強(qiáng), 爐料的品種和塊度可在較寬范圍內(nèi)變動。中頻感應(yīng)熔煉爐具備其它鑄鐵熔煉用爐沒有的優(yōu)點(diǎn), 使其近年來得到令人矚目的發(fā)展,并在鑄鐵生產(chǎn)中廣泛采用。
1、可控硅變頻器
中頻感應(yīng)熔煉爐的發(fā)展得益于可控硅變頻器的使用。這種變頻器通過直流中間回路, 用電子裝置將三相交流電頻率轉(zhuǎn)換為所需的頻率, 其效率95%-98%。新一代變頻器采用數(shù)控電子線路為變頻器提供了各種控制調(diào)節(jié)和保護(hù)功能。中頻感應(yīng)熔煉爐使用的變頻器額定功率不斷提高, 9000kW 變頻器連接在12t 的爐子上, 鐵液的熔化率為18t / h; 將中頻感應(yīng)熔煉爐功率密度提高到1000kW/ t , 能使熔化期縮短到35min。感應(yīng)熔煉爐的熔化率依爐子的容量而變化, 一般中頻感應(yīng)熔煉爐熔化鐵液的熔化率為0.14-35t / h。例如, 使用2t 容量的爐子, 可得到2 -2.38t/ h 的熔化率, 使用12t 容量的爐子則可達(dá)到18-21t/ h 的熔化率; 而采用工頻感應(yīng)熔煉爐熔化冷料的熔化率是: 115t 爐為0.75t/ h、3t 爐為1.5t/ h、5t爐為2.5t/ h、10t 爐為4t / h?？梢娭蓄l感應(yīng)熔煉爐的熔化率遠(yuǎn)大于工頻感應(yīng)熔煉爐, 這就可在選擇鑄鐵生產(chǎn)熔煉設(shè)備時(shí)以小代大, 使用較小容量的中頻感應(yīng)熔煉爐代替較大容量的工頻感應(yīng)熔煉爐, 既減少了占地面積, 又降低了投資, 也保證了鐵液的連續(xù)供應(yīng), 對于連續(xù)作業(yè)、生產(chǎn)能力較大的鑄鐵生產(chǎn)廠家十分有利。將中頻感應(yīng)熔煉爐用于連續(xù)鑄造和離心鑄造球墨鑄鐵管生產(chǎn)的鐵液熔煉, 以它代替沖天爐, 或與高爐、沖天爐進(jìn)行雙聯(lián), 其生產(chǎn)能力將可得到充分發(fā)揮。
中頻感應(yīng)熔煉爐電效率和熱效率高, 不但提高了熔化率、縮短了熔化時(shí)間, 其單位電耗也相應(yīng)降低。與工頻感應(yīng)熔煉爐相比, 其電耗可從700kW∙h/ t 降低到515-580kW∙h/ t。有關(guān)資料表明, 在考慮爐渣的熔化和過熱所需能量損失的情況下, 中頻感應(yīng)熔煉爐冷啟動時(shí), 單位電耗為580kW∙h/ t , 熱爐操作時(shí),單位電耗為505- 545kW∙h/ t , 如果連續(xù)加料操作,則單位電耗僅為494kW∙h/t。
2、爐體結(jié)構(gòu)
隨著中頻感應(yīng)熔煉爐功率密度的不斷提高, 對爐子的安全性、爐襯壽命和噪音等要求越來越高, 爐體結(jié)構(gòu)的合理性也越來越為人們所重視, 其中重型鋼殼爐具有耐久性強(qiáng)、效率和生產(chǎn)率高、噪音小、易于維護(hù)檢修等許多優(yōu)點(diǎn)。 重型鋼殼爐與框架爐不同, 它有一個(gè)開有多個(gè)較大檢查口的高強(qiáng)度環(huán)形鋼殼, 爐子運(yùn)行時(shí), 檢查口是關(guān)閉的, 檢查時(shí)每個(gè)檢查口均可打開。重型鋼殼爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí), 可以避免傾爐出鐵澆注時(shí)可能引起的變形, 延長了爐襯壽命。而且由于封閉的堅(jiān)固鋼殼及其內(nèi)部可增加吸音隔離材料, 使得工作噪音大大降低。結(jié)實(shí)的鋼殼還能夠有效地保護(hù)感應(yīng)線圈避免飛濺金屬的危險(xiǎn), 使?fàn)t子在運(yùn)行過程中具有最大的安全性。為有效地隔熱保溫并提高爐襯壽命, 重型鋼殼爐還于頂部和底部分別設(shè)置了冷卻環(huán), 起到了均勻爐襯溫度、降低熱膨脹作用。低能耗、高強(qiáng)度的不銹鋼冷卻環(huán),大大提高了爐子效率。
重型鋼殼爐不僅有堅(jiān)固的鋼殼, 而且設(shè)計(jì)了專門用于感應(yīng)熔煉爐的厚壁管結(jié)構(gòu)線圈, 并通過正確選擇感應(yīng)線圈的匝間距離, 使得線圈的轉(zhuǎn)換效率最高、電阻最小。一方面, 厚壁管感應(yīng)線圈載流面積大、壁厚均勻, 不易發(fā)生因電弧和膨脹引起的破壞; 另一方面, 線圈采用特殊的支撐系統(tǒng), 每一匝都被牢牢鎖緊, 剛性好, 減少了由于電磁力引起的震動, 大大延長了爐襯的使用壽命。另外, 這種感應(yīng)線圈的周圍覆蓋了59%的磁軛, 有效地改變了磁場的分布; 同時(shí),隔離緩沖墊也降低了噪音和振動, 增加了磁軛的效率。重型鋼殼爐還采用感應(yīng)線圈延伸并超過爐襯底部的加長線圈設(shè)計(jì), 從而使得從爐體頂部到底部的爐料負(fù)載與磁場的藕合非常均勻, 提高了能量轉(zhuǎn)換效率,也減少了因磁場產(chǎn)生的攪拌力對底部爐襯的影響。
3、生產(chǎn)
中頻感應(yīng)熔煉爐在生產(chǎn)安排上有較大的彈性, 熔化操作有較大的靈活性。工頻感應(yīng)熔煉爐, 要求不間斷地工作, 每爐鐵液也不宜倒空, 因?yàn)殚g斷工作會增加冷啟動, 而冷啟動不但增加熔化時(shí)間和能耗, 而且每次都還必須使用啟動塊。中頻感應(yīng)熔煉爐在間斷短時(shí)間使用時(shí), 則不需使用啟動塊就可進(jìn)行冷啟動, 鐵液也可從爐內(nèi)倒空, 更換爐料十分方便, 利于實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)的材質(zhì)更換, 便于生產(chǎn)組織安排, 這對于主要承擔(dān)一些非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的制造, 而鑄件需求量大、批量小、品種較多的鋼鐵冶金行業(yè)中的機(jī)修廠的生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。
4、除渣與修爐
中頻感應(yīng)熔煉爐生產(chǎn)率高, 熔化期可縮短到35min 左右, 為了最大限度地利用爐子的功率, 必須盡可能快地除渣。利用撇渣器或人工除渣, 效果差、時(shí)間長、勞動條件惡劣。為此, 提出了將爐子后傾出渣的方法,即將爐體后傾20-25°, 通過爐體頂部后邊的開槽把爐渣倒入運(yùn)輸車?yán)铩Ｔ摲椒瓤旖萦址奖?。中頻感應(yīng)熔煉爐工作一個(gè)爐役后, 必須進(jìn)行修爐。為了縮短更換爐襯耐火材料的停爐時(shí)間, 必須采用機(jī)械化手段, 振動筑爐機(jī)和爐襯推出機(jī)就成了大型中頻感應(yīng)熔煉爐的主要配件。爐襯推出機(jī)可在爐襯耐火材料未完全冷卻時(shí)將其推出, 進(jìn)一步縮短了修爐時(shí)間, 改善了勞動環(huán)境。
5、雙供電電源
中頻感應(yīng)熔煉爐的一個(gè)突破性發(fā)展是用一套供電系統(tǒng)向兩臺爐體供電, 實(shí)現(xiàn)了無生產(chǎn)間隔作業(yè)的工作制度。實(shí)踐證明, 一臺感應(yīng)熔煉爐的總有效功率通常在整個(gè)熔化期不能充分利用, 在測定鐵液溫度、取樣、除渣、出鐵, 尤其在澆注的情況下, 都要降低功率或切斷電源。如果澆注時(shí)間較長, 利用率只有50% 左右, 要想達(dá)到所需的生產(chǎn)率, 電源設(shè)備的額定功率須是利用率為90% 的118 倍。為了解決這個(gè)問題, 研制成功了一種雙電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用兩個(gè)相同的換流器和電容器組, 每臺爐體使用一組, 但都用共同的整流器和變壓器來供電。每一個(gè)換流器均可單獨(dú)控制, 能夠?qū)⒖傆行Чβ室匀我獗壤峙浣o兩臺爐體。這種系統(tǒng)除對一臺爐體保溫提供充足電力外, 其余功率都可用于另一臺爐體熔化鐵液。 這種電源能實(shí)現(xiàn)同時(shí)向兩臺爐體送電, 完全避免了切換開關(guān)或另加一套電源, 不必在熔煉過程中將電源切換到保溫爐體上, 以便保持必要的澆注溫度,從而實(shí)現(xiàn)了熔煉和保溫兩功能。當(dāng)一臺爐體處于維修狀態(tài)時(shí), 電源可與此爐隔離, 而只給另一臺爐體供電, 也增加了安全性。
6、自動化程度
中頻感應(yīng)熔煉爐采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng), 自動化程度較高。大功率中頻感應(yīng)熔煉爐, 熔化期較短、過熱率較大, 只有采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng), 才能發(fā)揮設(shè)備的潛力, 并對工廠和操作人員提供有效保護(hù)。目前, 大型中頻感應(yīng)熔煉爐已裝備了比較完整的計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)視和控制系統(tǒng), 其主要功能包括：
( 1) 當(dāng)爐子坩堝中的鐵液達(dá)到預(yù)編程溫度時(shí), 保證自動降低爐子功率;
( 2) 監(jiān)測、計(jì)算和控制鐵液溫度;
( 3) 為新爐襯提供自動燒結(jié)程序;
( 4) 確定達(dá)到鐵液要求的C、Si 及其它添加元素的數(shù)量;
( 5) 具有一臺自動冷啟動裝置。
熔煉管理系統(tǒng)是通過易讀的顯示屏提供診斷結(jié)果和電源、爐體運(yùn)行過程的各種信息的。如果非正常狀態(tài)啟動了報(bào)警系統(tǒng), 熔煉管理系統(tǒng)將提供問題所在,并可將這些故障信息存儲起來, 以便進(jìn)行故障處理,也可與打印機(jī)相連接進(jìn)行打印保留。通過熔煉管理系統(tǒng), 可獲得各種診斷信息, 并進(jìn)行一系列其它功能的操作。
7、結(jié)語
中頻感應(yīng)爐的發(fā)展及其所呈現(xiàn)的優(yōu)越性，給鑄造生產(chǎn)注入了新的活力。中頻爐具有體積小、重量輕、效率高及有利環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，使其迅速取代燃煤爐、燃?xì)鉅t、燃油爐及普通電阻爐，是新一代的金屬加熱設(shè)備。
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