无芯中频感应电炉的发展及其应用

2015-10-31袁洪志

金属加工(热加工) 2015年7期

关键词：炉衬电炉系统

■袁洪志

无芯中频感应电炉的发展及其应用

■袁洪志

根据当前国内无芯中频感应电炉的生产制造及其应用情况，对其发展趋势、市场形势及面临的问题、选型及策略、节能减排措施、维护保养、日常管理经验，以及炉衬材料的发展等问题进行了分析综述。

随着无芯中频感应电炉（以下简称中频电炉）熔炼技术、铸造工艺技术、炉衬材料的发展进步，以及节能环保等行业准入条件越来越高，铸造业向着集中化、大型化的方向发展，对中频电炉的要求也越来越高，从而促进了中频电炉制造技术及其应用技术的发展进步。

一、中频电炉的优势及发展趋势

（1）中频电炉的优势中频电炉具有易于变换熔炼品种，熔炼温度容易控制，化学成分均匀且易于调整，便于控制熔炼质量，操作灵活简便，功率密度大，熔炼速度快，热效率高，起熔方便，人工成本较低，以及节能环保等优势。

（2）中频电炉的发展趋势

我国加入世贸组织后，欧美日等发达国家在我国大量购买铸件，国内铸造行业快速发展，对中频电炉的需求量直线上升，世界一流的电炉制造商由于价格、服务、备件昂贵等原因，在我国的市场份额正在缩小，国内中频电炉的生产和应用技术飞速发展，使得一些产品已接近或达到世界先进水平，虽然还有差距，但由于价格合理，服务质量好而占有了相当的市场份额，并走向国际市场。铸造行业对熔炼设备的经济性、节能环保、熔炼质量、自动化程度，以及操作的灵活性和可靠性、维护维修的难易程度的要求越来越高，加之计算机的应用，能量供给方式持续改进，自动监控检测，极大地促进了中频电炉熔炼成套设备制造与应用技术的发展，这一趋势说明，中频电炉在铸造行业的熔炼设备中占据了主导地位。大型化、高功率密度、智能化、高可靠性、高安全性、高质量、优质服务和节能环保是中频电炉的发展趋势。

二、中频电炉应用与发展面临的问题及解决方案

1. 面临的问题

当前中频电炉应用与发展面临的问题有以下几点：

（1）稳定性、可靠性、安全性有待进一步提高。

（2）在智能化可控操作技术，包括故障分析和提示等方面需要进一步提高。

（3）综合节能环保指标多数都达不到行业准入标准的要求。

（4）包括技术参数和设备本身的结构没有统一的国家标准，零部件更是一家一个样。

（5）由于集成电路的发展，加上制造商的技术封锁，大多数用户都存在维护、维修困难的问题，一些中频电炉制造商服务没有保障，响应慢，备件非标且价格昂贵，并且由于价格竞争，电气元件的质量也令人担忧。

（6）用户在最初使用时缺乏技术指导，走很多弯路，或养成很多不良习惯。

2. 解决思路

目前，我国中频电炉产业是大而不强，多而不精，应从以下几个方面解决上述问题。

（1）制定包括技术参数、设备结构、零部件、节能环保指标等内容的国家标准。

（2）学习国际上中频电炉制造和应用的高精尖技术，提高中频电炉产品的综合质量，包括服务质量，快速响应，降低维护、维修的难易程度，提供周到的技术指导服务，让用户满意。

（3）建立科学的市场竞争机制，引导制造商以质量和信誉赢得市场，用户不要只看重价格，而应注重产品的综合质量和服务质量，质量和服务有保障才是好产品供应商。

（4）中频电炉用户在使用过程中不断总结经验，在电力、地域、原材料、电器件、维护、维修等方面向中频电炉制造商提供合理化建议，共同推动中频电炉快速发展。

3. 措施建议

由于市场经济的影响，产业结构调整对重工业的影响不亚于一场战争，市场对中频电炉的需求量急转直下，很多中频电炉制造企业面临订单少、产品积压，甚至生存难的困境，针对这种局面，有以下几点措施建议。

（1）在努力提高中频电炉产品综合质量的前提下，努力开发国内外市场，争取将进口产品挡在国门外，以质量和信誉赢得市场。

（2）在市场低迷的形势下，研发新技术、新产品，包括针对用户的应用技术培训等，向高端产品迈进，提高产品的科技含量和附加值，卧薪尝胆、蓄势待发，将中频电炉产品做精做强。

（3）很多铸造企业选择在市场低迷的形势下，进行设备改造升级，当前由于节能环保等行业准入标准及人力资源成本等原因，使用冲天炉和工频电炉的企业大都有改用中频电炉的意向，中频电炉制造企业应抓住商机，提供设备、技术、服务等产品，开拓多层面的市场格局，与用户建立长期互利共赢的合作方式，使企业谋求不断的发展和进步。

三、中频电炉的选型要点与策略

1. 选型要点

基于新技术、新材料、新工艺、新设备的不断发展应用，对中频电炉的要求也不断提高，如成型炉衬的应用，炉内预处理技术的研究应用，高强度合金铸铁的发展应用等，都对中频电炉提出了新的要求，用户在购置中频电炉选型时应考虑以下要点。

（1）根据企业的发展规划，如生产规模、铸件大小、铸件材质、作业面积、起重能力和高度，及当地电力供给情况等综合因素，合理选择电炉吨位的大小和功率密度。以生产中小型铸件为主的企业可以选择1～10t/h的中频电炉，产量大的情况可以购置两台以上形成高功率密度的作业方式，生产中大型铸件的企业，可以选择10～20t/h的中频熔炼炉，加上20～60t/h的中频保温炉，可以多包铁液同时处理，浇注大型或特大型铸件。

（2）选定以上参数后，要对电炉生产企业进行考察，在质量、节能环保、信誉、炉体、电源系统、冷却系统、倾炉系统、可靠性、耐用性、自动化程度、服务能力、响应速度、维修保养难易程度，以及技术服务指导、备件价格等15个方面进行综合评价。

2. 选型策略

（1）节能环保。平均吨电耗在550kW·h左右，配备成套的除尘烟系统，达到环保要求。

（2）炉体、电源系统、冷却系统等质量高，安全性、可靠性、耐用性好，自动化程度高，故障自动诊断提示，维修、维护复杂程度低。

（3）供应商服务能力强，响应速度快，非标零件价格合理，在多方面提供技术支持。

（4）国产中频电炉的结构形式和工作原理都大同小异，但质量和服务却有较大差别，综合质量高的产品，用户在使用过程中可以免除很多烦恼，用户都希望所使用的中频电炉产品性能稳定，故障率低，发生故障时容易排除，零部件质量过关，可以首选国内知名品牌，如果财力允许，可以选择进口品牌。

四、中频电炉的制造应用与节能环保

1. 中频电炉的制造与应用

电炉制造商应以用户需求为出发点，提高中频电炉的数字化、智能化、自动化程度，在制造过程中应注重考虑生产应用中的以下几点问题。

（1）功率的自动调节。功率因数的显示和监控，并达到节能环保等行业准入条件的要求。

（2）铁液温度的监控，冷却水温度和压力的监控。

（3）漏炉指数的显示和监控。

（4）故障的检测、分析、显示、排除及各报警系统自身的检测与分析，保证时刻灵敏好用。

（5）钢壳炉体在安装或更换水管等维修、维护作业时非常不方便，能否将作业部位做成活动的窗口，用完再用螺栓把合上，水管的进出应本着维护、维修方便，安全牢固且不宜渗水的原则。

（6）中频电炉最怕水，但又离不开水，水处理系统和冷却水系统的使用与维护是中频电炉应用的两大难题，制造商应提供使用与维护方面的技术支持。

（7）中频电炉的冷却水循环系统应配备应急水泵，柴油发电机带的水泵或者汽油机水泵也可以，有条件的可以配备一套单独的保安电源，最好以上两种停电保护措施都具备。

总之，在制造商和用户的共同努力下，让数字化、智能化、自动化技术在制造过程中提高中频电炉的品质，在使用过程中提高生产效率、安全性和铸件品质，推动中频电炉的发展。

2. 节能环保与绿色铸造

节能环保工作是一项系统工程，单靠一两项节能环保措施是不够的，需要应用多种工艺技术措施，并应将技术节能环保与管理节能环保进行有机结合，在原材料、设备、工艺和管理等方面综合掌控，才能取得良好的节能环保效果，以下是几项有效的节能环保措施。

（1）合适的炉料块度和厚度，轻薄的废钢可以打包，回炉料应清理后使用，废钢应除污锈，所有炉料应预热，准确配料。

（2）坩埚中下部炉料堆积密度越大越好，加热效率相应提高，冷料要不断地加入，以便预热，避免熔化少量铁液的现象。

（3）合理的供电制度和炉前操作技术，开始先供给60%左右的功率，待电流冲击停止后，迅速将功率增大到最大值，加速炉料熔化。

（4）控制高温精炼和出铁温度，每次出铁后炉内要剩余部分铁液，起熔方便，以便快速熔化。

（5）尽量采用连续熔炼的作业方式。

（6）缩短空载辅助作业时间，如加料、扒渣、测温、取样、等待化验、调整化学成分，以及待浇注的时间越短，生产效率越高，能耗越低。

（7）注重维护中频电源装置、炉体、冷却水系统等的正常运行，减少故障率，减少中途停炉次数，节约能耗，保障生产顺利进行。

（8）中频电炉制造商和用户应共同重视研发和使用中频电炉的节能环保配套设施，如除尘净化设备，水的循环利用，使用节能环保的原材料，提高节能环保意识，把节能环保工作做到实处，达到行业准入条件，践行绿色铸造之路。

五、中频电炉日常维护、保养及管理

1. 日常维护保养要点

每班次上岗和下班时都要对炉衬、感应线圈、水冷电缆、炉盖机构、倾炉液压缸、高压电柜、主开关柜、倾炉控制柜、中频电源柜、变压器、电抗器、液压站、鼓风机除尘系统、水处理系统、冷却水系统及漏炉报警系统进行全面检查，并在工作中实时监控各系统的工作状况是否正常。特别指出的是水处理系统的维护是一个大难题，多数用户对此重视程度不够，寿命非常短，都因堵水、结垢、漏水等原因无法修复而报废，要引起高度重视。另一个难题就是倾炉和炉盖的液压系统总是有漏油的地方，易引起着火，应特别注意维护。

2. 中频电炉的安全防护

（1）冷却水对中频电炉是至关重要的，因冷却水的故障而造成电炉设备损坏的几率是较高的，所以电炉应配备“一用一备”两台水泵，并配备应急冷却水系统，当供电中断时，可及时为炉体提供冷却水，避免造成损坏。

（2）液压倾炉系统也要配备“一用一备”两台液压泵，倾炉液压缸的进口需安装节流阀，防止炉体因液压系统失压而突然落下，当炉内存有铁液而又较长时间不能送电的情况下，若通过运行电炉熔化凝固在炉内的金属是非常危险的。因此，液压系统应配有发电机或手动泵或安保电源等应急措施，当电网供电中断时，能及时将炉内金属液倒出。

（3）可靠的接地漏炉检测报警系统是非常重要的，并应每班两次以上检查，试验其灵敏可靠性，经常检查炉衬的使用情况，方法是目测加测量，目测中下部是否有局部缺肉的地方，用“X”形尺测量其总高度和不同高度部位的直径，与坩埚比较，来判断炉衬的使用状态。

（4）配备计算机管理系统，自动对故障进行诊断分析，对电气系统、水冷系统等各系统的设置点参数进行扫描判断，且当参数异常时，发出报警信号，并能显示、分析和记录故障信息，这样故障在初始状态就会被发现，不会造成严重的设备损坏。

3. 日常管理

（1）中频电炉应配备专职的电炉电工、钳工和水处理工，在使用过程中时刻监护，且这些人员应有较高的技术水平和较强的责任心，并定期培训考核。

（2）企业应根据电炉的使用说明书和专业的操作规范制定严格周密的中频电炉使用、维护保养管理制度，并严格执行，才能确保其安全运行。

（3）不是连续作业的情况下，每次开炉前要有预热时间，低功率将炉衬和炉料预热至暗红色后，再逐步加大功率。

（4）生产上应尽量保证连续作业，同材质的连续浇注，避免不熔化满炉的情况，并保证炉料的质量和配料的准确性。

（5）中频电炉在使用过程中应对水处理系统进行一丝不苟的维护和保养，按要求进行清洗等工作，应给予高度重视，确保水质稳定，避免水冷系统发生结垢、堵塞等危险情况。

（6）中频电炉的使用、修炉、日常维护保养及维修都应有详细的记录，由主管领导定期对其环境、使用、维护、记录等情况进行检查，有奖罚制度，严格管理。

六、中频电炉用耐火材料的现状与发展前景

炉衬耐火材料的好坏和筑炉质量的好坏涉及中频电炉的熔炼成本、生产周期、安全因素等多个方面。目前，国内的炉衬材料和筑炉技术发展很快，干式捣打料、线圈胶泥和成型坩埚的出现，在很大程度上提高了中频电炉的炉衬寿命和安全性能，降低了熔炼成本，促进了中频电炉的发展进步。炉衬材料质量高，捣打技术高，成型坩埚的发展进步及其普及使用率，刚玉质干式捣打料的发展，修补炉衬材料及其技术的发展是中频电炉炉衬材料的研究方向和发展趋势。