中頻感應熔煉爐工作頻率在50Hz-10kHz 之間,需用變頻器予以調頻。中頻感應熔煉爐以其電效率和熱效率高、熔煉時間短、耗電較省、占地較少、投資較低、生產靈活和易于實施過程自動化等, 比工頻感應熔煉爐更有優(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,并對爐料的適應性較強, 爐料的品種和塊度可在較寬范圍內變動。中頻感應熔煉爐具備其它鑄鐵熔煉用爐沒有的優(yōu)點, 使其近年來得到令人矚目的發(fā)展,并在鑄鐵生產中廣泛采用。  

1、可控硅變頻器 

中頻感應熔煉爐的發(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節(jié)和保護功能。中頻感應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; 將中頻感應熔煉爐功率密度提高到1000kW/ t , 能使熔化期縮短到35min。感應熔煉爐的熔化率依爐子的容量而變化, 一般中頻感應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 容量的爐子則可達到18-21t/ h 的熔化率; 而采用工頻感應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。可見中頻感應熔煉爐的熔化率遠大于工頻感應熔煉爐, 這就可在選擇鑄鐵生產熔煉設備時以小代大, 使用較小容量的中頻感應熔煉爐代替較大容量的工頻感應熔煉爐, 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, 對于連續(xù)作業(yè)、生產能力較大的鑄鐵生產廠家十分有利。將中頻感應熔煉爐用于連續(xù)鑄造和離心鑄造球墨鑄鐵管生產的鐵液熔煉, 以它代替沖天爐, 或與高爐、沖天爐進行雙聯(lián), 其生產能力將可得到充分發(fā)揮。

  中頻感應熔煉爐電效率和熱效率高, 不但提高了熔化率、縮短了熔化時間, 其單位電耗也相應降低。與工頻感應熔煉爐相比, 其電耗可從700kW?h/ t 降低到515-580kW?h/ t。有關資料表明, 在考慮爐渣的熔化和過熱所需能量損失的情況下, 中頻感應熔煉爐冷啟動時, 單位電耗為580kW?h/ t , 熱爐操作時,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、爐體結構

  隨著中頻感應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, 爐體結構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、效率和生產率高、噪音小、易于維護檢修等許多優(yōu)點。  重型鋼殼爐與框架爐不同, 它有一個開有多個較大檢查口的高強度環(huán)形鋼殼, 爐子運行時, 檢查口是關閉的, 檢查時每個檢查口均可打開。重型鋼殼爐內部結構結實, 可以避免傾爐出鐵澆注時可能引起的變形, 延長了爐襯壽命。而且由于封閉的堅固鋼殼及其內部可增加吸音隔離材料, 使得工作噪音大大降低。結實的鋼殼還能夠有效地保護感應線圈避免飛濺金屬的危險, 使爐子在運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固的鋼殼, 而且設計了專門用于感應熔煉爐的厚壁管結構線圈, 并通過正確選擇感應線圈的匝間距離, 使得線圈的轉換效率最高、電阻最小。一方面, 厚壁管感應線圈載流面積大、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,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線圈延伸并超過爐襯底部的加長線圈設計, 從而使得從爐體頂部到底部的爐料負載與磁場的藕合非常均勻, 提高了能量轉換效率,也減少了因磁場產生的攪拌力對底部爐襯的影響。

  3、生產

  中頻感應熔煉爐在生產安排上有較大的彈性, 熔化操作有較大的靈活性。工頻感應熔煉爐, 要求不間斷地工作, 每爐鐵液也不宜倒空, 因為間斷工作會增加冷啟動, 而冷啟動不但增加熔化時間和能耗, 而且每次都還必須使用啟動塊。中頻感應熔煉爐在間斷短時間使用時, 則不需使用啟動塊就可進行冷啟動, 鐵液也可從爐內倒空, 更換爐料十分方便, 利于實現(xiàn)短時間內的材質更換, 便于生產組織安排, 這對于主要承擔一些非標準設備的制造, 而鑄件需求量大、批量小、品種較多的鋼鐵冶金行業(yè)中的機修廠的生產創(chuàng)造了有利條件。

4、除渣與修爐

  中頻感應熔煉爐生產率高, 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輸車里。該方法既快捷又方便。中頻感應熔煉爐工作一個爐役后, 必須進行修爐。為了縮短更換爐襯耐火材料的停爐時間, 必須采用機械化手段, 振動筑爐機和爐襯推出機就成了大型中頻感應熔煉爐的主要配件。爐襯推出機可在爐襯耐火材料未完全冷卻時將其推出, 進一步縮短了修爐時間, 改善了勞動環(huán)境。

 5、雙供電電源

  中頻感應熔煉爐的一個突破性發(fā)展是用一套供電系統(tǒng)向兩臺爐體供電, 實現(xiàn)了無生產間隔作業(yè)的工作制度。實踐證明, 一臺感應熔煉爐的總有效功率通常在整個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。如果澆注時間較長, 利用率只有50% 左右, 要想達到所需的生產率, 電源設備的額定功率須是利用率為90% 的118 倍。為了解決這個問題, 研制成功了一種雙電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用兩個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。每一個換流器均可單獨控制, 能夠將總有效功率以任意比例分配給兩臺爐體。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。  這種電源能實現(xiàn)同時向兩臺爐體送電, 完全避免了切換開關或另加一套電源, 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,從而實現(xiàn)了熔煉和保溫兩功能。當一臺爐體處于維修狀態(tài)時, 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

 中頻感應熔煉爐采用計算機控制系統(tǒng), 自動化程度較高。大功率中頻感應熔煉爐, 熔化期較短、過熱率較大, 只有采用計算機控制系統(tǒng), 才能發(fā)揮設備的潛力, 并對工廠和操作人員提供有效保護。目前, 大型中頻感應熔煉爐已裝備了比較完整的計算機輔助監(jiān)視和控制系統(tǒng), 其主要功能包括：

( 1) 當爐子坩堝中的鐵液達到預編程溫度時, 保證自動降低爐子功率;

( 2) 監(jiān)測、計算和控制鐵液溫度;

( 3) 為新爐襯提供自動燒結程序;

( 4) 確定達到鐵液要求的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果和電源、爐體運行過程的各種信息的。如果非正常狀態(tài)啟動了報警系統(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, 以便進行故障處理,也可與打印機相連接進行打印保留。通過熔煉管理系統(tǒng), 可獲得各種診斷信息, 并進行一系列其它功能的操作。

 7、結語

 中頻感應爐的發(fā)展及其所呈現(xiàn)的優(yōu)越性，給鑄造生產注入了新的活力。中頻爐具有體積小、重量輕、效率高及有利環(huán)境等優(yōu)點，使其迅速取代燃煤爐、燃氣爐、燃油爐及普通電阻爐，是新一代的金屬加熱設備。