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點, 使其近年來得到令人矚目的發展,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控電子線路為變頻器提供了各種控制調節和保護功能。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供應, 對于連續作業、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, 其生產能力將可得到充分發揮。

  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, 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,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, 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中的機修廠的生產創造了有利條件。

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, 改善了勞動環境。

 5、雙供電電源

  中頻感應熔煉爐的一個突破性發展是用一套供電系統向兩臺爐體供電, 實現了無生產間隔作業的工作制度。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。該系統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,從而實現了熔煉和保溫兩功能。當一臺爐體處于維修狀態時, 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, 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, 才能發揮設備的潛力, 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視和控制系統, 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量;

( 5) 具有一臺自動冷啟動裝置。

  熔煉管理系統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。如果非正常狀態啟動了報警系統, 熔煉管理系統將提供問題所在,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, 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

 中頻感應爐的發展及其所呈現的優越性，給鑄造生產注入了新的活力。中頻爐具有體積小、重量輕、效率高及有利環境等優點，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。