中频电炉在铸造车间的发展和节能
工频电炉和中频电炉的区别
工频感应炉与中频感应炉区别
一、工频感应炉
工频感应炉是以工业频率的电流(50或60赫兹)作为电源的感应电炉。工频感应电炉已发展成一种用途比较广泛的冶炼设备。它主要作为熔化炉用来冶炼灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和合金铸铁。此外，还作为保温炉使用，同前，工频感应炉已代替冲灭炉成为铸造生产方面的主要设备，和冲天炉相比，工频感应炉具有铁水成分和温度易于控制、铸件中的气体与夹杂物的合量低、不污染环境、节约能源和改善了劳动条件等许多优点。因此，近年来工频感应炉得到迅速发展。工频感应炉全套设备包括四大部分。
1．炉体部分
冶炼铸铁的工频感应炉炉体部分由感应炉(两台，一台用于冶炼，另一台备用)、炉盖、炉架、倾炉油缸、炉盖移动启闭装置等组成。
2．电气部分
电气部分由电源变压器、主接触器、平衡电抗器、平衡电容器、补偿电容器和电气控制台等组成。
3．水冷系统
冷却水系统包括电容器冷却，感应器冷却和软电缆冷却等。冷却用水系统是由水泵和循环水池或冷却塔以及管道阀门等组成。
4．液压系统
液压系统包括油箱、油泵、油泵电机、液压系统管道与阀门和液压操作台等。
二、中频感应炉
中频感应炉所用电源频率在150一10000赫兹范围内的感应炉称为中频感应炉，其主要频率在150一2500赫兹范围。国产小频感应炉电源频率为150、1000和2500赫兹三种。
中频感应炉是一种适用于冶炼优质钢与合金的特冶设备，和工额感应炉相比具有以下优点：
1)熔化速度快，生产效率高。中频感应炉的功率密度大，每吨钢液的功率配置比工频感应炉约大20一30％。因此，在相同条件下中频感应炉的熔化速度快，生产效率高。
铸造车间各熔炼用炉的介绍
工业炉
在铸造车间，有熔炼金属的冲天炉、感应炉、电阻炉、电弧炉、真空炉、平炉、坩埚炉等下面介绍一下各种炉子的特点及应用。
一、冲天炉
冲天炉，是铸造生产中熔化铸铁的重要设备，将铸铁块熔化成铁水后浇注到砂型中待冷却后开箱而得到铸件。冲天炉是一种竖式圆筒形熔炼炉，分为前炉和后炉。前炉又分为出铁口，出渣口，炉盖前炉缸和过桥。后炉又分为三个部分，顶炉，腰炉和炉缸。腰炉与热风围管分开，修炉之后合上，用泥巴密封。顶炉上是热交换器。主要用于铸铁件生产，也用以配合转炉炼钢，因炉顶开口向上，故称冲天炉。
简介
一种竖式圆筒形熔炼铸铁的铸造设备。主要用于铸铁件生产，也用以配合转炉炼钢，有时还用来化铜，因炉顶开口向上，故称冲天炉。
工作过程
冲天炉的工作过程：先将一定量的装入炉内作为底焦，它的高度一般在一米以上。点火后，将底焦加至规定高度，从风口至底焦的顶面为底焦高度。然后按炉子的熔化率将配好的石灰石、金属炉料和层焦按次序分批地从加料口加入。在整个开炉过程中保持炉料顶面在加
料口下沿。经风口鼓入炉内的空气同底焦发生燃烧反应，生成的高温炉气向上流动，对炉料加热，并使底焦顶面上的第一批金属炉料熔化。熔化后的铁滴在下落到炉缸的过程中，被高温炉气和炽热的焦炭进一步加热，这一过程称为过热。随着底焦的烧失和金属炉料的熔化，料层逐渐下降。每批炉料熔化后，燃料由外加的层焦补充，使底焦高度基本上保持不变，整个熔化过程连续进行。应用领域：冲天炉主要应用于钢铁、冶金、矿山等行业。
炉料中的石灰石在高温炉气的作用下分解成石灰和二氧化碳。石灰是碱性氧化物，它能和焦炭中的灰分和炉料中的杂质、金属氧化物等酸性物质结合成熔点较低的炉渣。熔化的炉渣也下落到炉缸，并浮在铁水上。
铸造工厂的环保与节能
（． １ 天津冶金职业技 术学院， 天津
３０ ０ ；． ０４ ０２ 机械工业第四设计研 究院， 河南 洛阳 ４ １３ ） ７０ ９
摘要 ： 铸造是能耗 大户 ， 铸造方 面的环境保护 ， 不仅 与工艺有 关， 而且 与铸造装备有很 大的关 系， 文主要介 本
绍 了我国铸造 企业 的环保现状 、 采取 的措施及发展前景 。
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发达国家铸 造厂用 于环保的投资 占整个投资
砂量 。 ２３ 铸 造装备 方 面措 施 ．
公 司 、 Ｋ公 司 、意 大利 Ｉ Ｇ ＭＦ公 司等 国际一 流 的设
备。在铸造方面 ， 造型的能耗不算太高， 但以下方面
与能耗关系密切。 １设备 可靠性 ）
设备 可靠 性 的好 坏 ， 将直 接 影响 造型 线 的 开动
２ ０ 年第 ５期 ０８ ２ ０ 年 ｌ月 ０８ Ｏ
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研
究
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中频炉结构节能原理分析
中频炉结构节能原理分析
作者：杨靖
来源：《中国科技博览》2018年第16期
[摘要]目前能源的利用方式成为人们关注的热点，节能环保的意义越来越突出。中频谐振式感应炉技术已经相当成熟。随着我国电力供应环境的改善及环保要求的提高，发展和扩大感应加热的规模，改变铸造行业耗能高的现状符合当前形势。随着感应加热装置功率的进一步提高，如何节能的问题将更加突出，由于中频谐振电炉用户多，因此对其节能的研究具有很大的意义。
[关键词]中频炉节能熔炼
中图分类号：S955 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）16-0291-01
1 中频炉主电路节能原理分析
1.1 逆变主电路对比分析
我们知道，中频感应电炉中，根据逆变线路感应圈负载和补偿电容的连接方式，可分为串联逆变和并联逆变两种中频感应电源。虽然我国并联谐振中频电炉占据着工业熔炼设备很大比例，但是已经投入使用的串联谐振电炉的运行情况显示，串联感应电炉系统具有节能优势。并联逆变电源，工频电压经整流得到的可调直流电压，经电抗器Z，滤波后，进入单相桥式并联逆变器，其作用有三：使直流电流连续，纹波小；限制中频电流进入工频电网，起隔离中频交流的作用；逆变失败时，限制故障电流，电抗器近似认为是恒流源。
串联逆变电源，工频电压经整流得到的直流电流，经电容Cj滤波后，进入单相半桥桥式串联逆变器。电容Cy除了滤波，还为中频电流提供旁路，为此C，的容量必须足够大，可近似认为逆变器的直流电源为恒压源。
1.2 根据谐振方式不同的节能分析
在并联谐振时，由电源输入的电流很小，电感和电容上的电流却很大，均为为电源输入电流的Q倍，而电压都等于逆变器的输出电压。在串联谐振中，电容和电感两端的电压相等，均为逆变输出电压的Q倍，流过电感和电容的电流等于逆变器的输出电流。
中频感应电炉在铸铁车间的应用
把 其变成 平滑 直流 电 ， 后 由逆 变器 逆变 成单 相 最 中频 。 生产 中常用 的 中频 电源 可分 为 串联 谐振 和
并联谐振两种 ： 并联谐振 电源因为补偿 电容器和
电炉 的感 应线 圈 自成振 荡 回路 ， 在相 同 的逆变 电
力半导体器件 的条件下容易做到更大的功率 ； 串 联谐振中频电源因为其独特 的功率调节方式 ， 可 以实 现一拖 二 （ 拖 三 ） 出 ， 一 输 连续 生产铁 液 而受
整流 器把 工频 电整 流成 脉动 直流 电 ， 用滤 波 器 再
可靠性高，能通过调制协调器实现远程操作 ， 并 可与加料系统 、 光谱仪系统等相连 ， 实现熔化过
程 的全部 自动 化 。
２ 中频感应 电炉在现代铸铁 车间的
广泛 应 用
最近几年 ，国 内几家 大型铸造企业 在新建铸 铁车间项 目时 ， 均采用 了中频感应 电炉进行熔炼［ ５ １ 。 不 同厂家 根据车 间生产纲领 、 类型 、 大件质 铸件 最 量等 因素 选择 了不 同型号 的中频感应 电炉 ，具体 情况详见表 １ 。 以济 南某 机床 公 司铸造 车 间设计 为例 ：０ ７ ２０
节省材 料 消耗 和人 工成本 。
感应器结构 、 变频技术 、 集成控制 、 循环冷却技术
等诸 多方 面都取 得 了令 人 瞩 目的成就 ＿ ５ ＿ 。
工频电炉和中频电炉的差别
工频感应炉与中频感应炉区别
一、工频感应炉
工频感应炉是以工业频率的电流(50或60赫兹)作为电源的感应电炉。工频感应电炉已发展成一种用途比较广泛的冶炼设备。它主要作为熔化炉用来冶炼灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和合金铸铁。此外，还作为保温炉使用，同前，工频感应炉已代替冲灭炉成为铸造生产方面的主要设备，和冲天炉相比，工频感应炉具有铁水成分和温度易于控制、铸件中的气体与夹杂物的合量低、不污染环境、节约能源和改善了劳动条件等许多优点。因此，近年来工频感应炉得到迅速发展。工频感应炉全套设备包括四大部分。
1．炉体部分
冶炼铸铁的工频感应炉炉体部分由感应炉(两台，一台用于冶炼，另一台备用)、炉盖、炉架、倾炉油缸、炉盖移动启闭装置等组成。
2．电气部分
电气部分由电源变压器、主接触器、平衡电抗器、平衡电容器、补偿电容器和电气控制台等组成。
3．水冷系统
冷却水系统包括电容器冷却，感应器冷却和软电缆冷却等。冷却用水系统是由水泵和循环水池或冷却塔以及管道阀门等组成。
4．液压系统
液压系统包括油箱、油泵、油泵电机、液压系统管道与阀门和液压操作台等。
二、中频感应炉
中频感应炉所用电源频率在150一10000赫兹范围内的感应炉称为中频感应炉，其主要频率在150一2500赫兹范围。国产小频感应炉电源频率为150、1000和2500赫兹三种。
中频感应炉是一种适用于冶炼优质钢与合金的特冶设备，和工额感应炉相比具有以下优点：
1)熔化速度快，生产效率高。中频感应炉的功率密度大，每吨钢液的功率配置比工频感应炉约大20一30％。因此，在相同条件下中频感应炉的熔化速度快，生产效率高。
中频感应电炉铸造生产工艺大气污染物产排污分析
薛 红 云 （ 山西凯尔环保科技有限责任公司
山西太原
０ ３ ０ ０ ０ ６ ）
随着各种设备铸件需求量的增加和环境保护的需要 ，以中频 感应 电炉替代 冲天炉的铸造企业越来越 多，虽然中频感应炉取代 冲天炉一定程度上减轻 了污染 ，但这类企业在生产 过程 中仍然对 环境有一定 的影响 ，特别是生产过程中多个环节产 生大气污染物 排放 ， 排放点多且分散不易收集 ， 处理不 当厂区无组织排放量仍然 很大 ， 不仅影响现场工人 的身体健康 ， 而且对周围大气环境影响明 显 。因此在项 目建设之前应进行环境影响评价 ， 提出合理的环保措
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锻造节能中频电炉
11
锻造节能中频电炉结构简介 一、电源部分 频率在超音频频段（20－30）KHZ之间加热电源可用全固态IGBT超 音频感应加热电源，全固态电源由于其设备占地小节水性能好， 整机效率高，输出电压安全系数高等诸多优点。 二、机械部分 机械控制采用可编程序控制器（PLC）控制，控制度高，动作准确， 加热方式采用旋转行进增加了杆身温度的均匀性。
24
并联谐振：P=V并×I并；P=750×I并； I并= P/750；
串联谐振：P=V串×I串；P=1500×I串； I串= P/1500；
（V串 以最小3倍直流电压计算3×500=1500） 则I串=；我们知道感应线圈的损耗只与线圈的电阻相关， 假设线圈的电阻为R，则损耗功率为： P=I2R；P并=I2并R ；P串=I2串R= = 因此可见在相同的功率与相同的感应线圈的情况下，串联 谐振感应线圈的损耗最多只有并联谐振感应线圈的。因此， 串联谐振输出电路的损耗约占整机功率的 5%-10%，所以串 联谐振变频的中频感应加热设备的整机效率为80%-90%。
S300
低压桥
低压桥起动条件
逆变器
来自S300
负载电路
全控
来自S300
半控
IMF
来自S300
S300 S300MF
U
P.L.C.CABUET PROFIBUS
坚持节能减排、深化循环再利用实现铸造可持续发展
１砂再生 日
电炉代替冲天炉
时风集 团一 次性投资３０ 余万 元 ，拆除５ ００ 个铸造
时风每年 引进擦洗砂及优 质水洗砂约５ 左右 ，每 万ｔ 吨擦洗砂价格２０ ８ 余元 ， 加上废砂外运成本 ， 砂成本每年
在 １０ 余万元 ，同时铸造废砂中的粘土 、煤粉等粉尘及 ８０ 树脂等 有机物对大气、土壤及地下水均造成污染。２ ０ ０８
铸件轻量化
电炉熔 炼 同比冲天炉熔炼 所得的铸 铁强度提 高了
１％￣ ０ ０ ２ ％，铸件在材质上有 了保证 ，同时改造 的铸造 自
动化造型线具有合箱精度和砂型硬度高等特 点，铸件尺 寸精度得到了有 力保证。在铸件产品设计上 ，优化铸件 结构 ，在模具设计上减少加 工余量 。一个车 间在调整前 后对 比，铸件综合重量下 降１％， 月即可节约原材料 ６ 单 ４０ ０余吨 ，节省材料１０ ６余万元 。
全球金融危机 ，时风集团将 主动采取措施 ，应对金融危
机对实体经济的影响。啊 Ｗ
参 加 兰 箜 垫型 ： 磊 工热工 竺 墅 ｌ Ⅱ
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车间的１台７／ ５ ｃ 冲天炉，全部更换为中频感应电炉， ｈ
使用 电炉后 ， 每年 节约２ 万ｔ ， 近万吨石灰石 ， ． 焦炭 ５ 这意味着向大气 中少排放 １ ５ Ｏ ， １５ｔ ０和万 ． 万ｔ ２０ Ｓ ２ ２ Ｃ
中频炉资料
感应熔炼技术在铸铁生产中的应用和发展
熔炼技术是铸铁生产的关键环节之一，其设备以前一般采用冲天炉较多。一个时期以来，感应熔炼炉得到迅速发展，在电力充足的情况下，日渐取代冲天炉。目前，无芯工频感应炉容量已达110 t，有芯工频感应炉容量则高达270 t。近年来，中频感应炉的发展及其所呈现的优越性，给铸铁生产注入了新的活力。
12种感应熔炼炉
目前，在铸铁生产中应用最多最普遍的感应熔炼炉有工频感应炉和中频感应炉。
工频感应炉能使金属熔化和升温，且加热均匀烧损少，便于调节铁液的成分、污染小。但工频感应炉熔化冷料速度慢、不利于造渣、冷炉启动需启动块、生产不够灵活、故一般常用于金属和合金的重熔与升温。另外，工频感应炉功率因数低，需配置大量补偿电容器，也增加了占地面积和设备投资。
中频感应炉则电效率和热效率高、熔炼时间短、省电、占地面积较少、投资较低，易于实现过程自动化和具有生产灵活性。
中频感应炉适合熔炼铸铁，特别适合熔炼合金铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。它对炉料的适应性也较强，炉料的品种和块度可在较宽的范围内变动。应该指出，虽然中频感应炉优点较多，发展较快，但工频感应炉则在铁液贮存、保温、调整合金成分和过热升温等方面，仍不失为1种良好的设备，尤其是作为高炉、冲天炉等熔炼炉的双联用炉仍然得到广泛应用。世界上最着名最大的离心球墨铸铁管生产厂家，法国的木松桥公司就采用工频感应炉与高炉双联工艺，而日本久保田公司则采用工频感应炉与冲天炉双联工艺。首钢铸造厂早在80年代初，就在国内首先采用了工频感应炉与高炉或冲天炉双联工艺，试制成功连续铸造铸态球墨铸铁管，并在以后的生产提供着高温优质铁液，一直延用至今，效果良好。
中频炉、中频电炉的优势特点
中频炉、中频电炉的优势特点
中频炉是一种将工频50HZ交流电转变为中频（300HZ以上至1000HZ）的电源装置，把三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的中频电流，供给由电容和感应线圈里流过的中频交变电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流。由于中频感应加热的原理为电磁感应，其热量在工件内自身产生，普通工人用中频电炉上班后十分钟即可进行锻造任务的连续工作，不需烧炉专业工人提前进行烧炉和封炉工作。由于该加热方式升温速度快，所以氧化极少，中频加热锻件的氧化烧损仅为0.5%，煤气炉加热的氧化烧损为2%，燃煤炉达到3%，中频加热工艺节材，每吨锻件和烧煤炉相比至少节约钢材原材料20-50千克。中频炉加热速度快、中频炉生产效率高、中频炉氧化脱炭少、中频炉延长模具寿命、中频炉工作环境优越、中频炉提高工人劳动环境和公司形象、中频炉无污染、中频炉低耗能、中频炉熔炼速度快、中频炉节电效果好、烧损少、能耗低、中频炉自搅拌功能、熔炼温度及金属成分均匀、中频炉电加热作业环境好、中频炉启动性能好，空炉、满炉均可达到100%启动。
中频炉的节约特点
●加热速度快、生产效率高、氧化脱炭少、节省材料与成本、延长模具寿命
由于中频感应加热的原理为电磁感应，其热量在工件内自身产生，普通工人用中频电炉上班后十分钟即可进行锻造任务的连续工作，不需烧炉专业工人提前进行烧炉和封炉工作。由于该加热方式升温速度快，所以氧化极少，中频加热锻件的氧化烧损仅为0.5%，煤气炉加热的氧化烧损为2%，燃煤炉达到3%，中频加热工艺节材，每吨锻件和烧煤炉相比至少节约钢材原材料20-50千克。其材料利用率可达95%。由于该加热方式加热均匀，芯表温差极小，所以在锻造方面还大大的增加了锻模的寿命，锻件表面的粗糙度也小于50um工艺节能，中频加热比重油加热节能31.5%～ 54.3%，比煤气加热节能5%～40%。加热质量好，可降低废品率1.5%，提高生产率10%～30%，延长模具寿命10%～15%。
中频炉使用建议及炼钢说明
中频炉使用建议及炼钢说明
1中频炉装设熔断器保护
应对每个单台中频电炉电容器设置熔断器保护，要求熔丝的额定电流不得大于被保护电容器额定电流的1.3倍，这样可避免某台电容器发生故障时，因得不到及时切除而引起群爆事故的发生。
2中频炉加强巡视、检查、维护
并联电容器应定期停电检查，每个季度至少1次，主要检查电容器壳体、瓷套管、安装支架等部位是否有积尘等污物存在，并进行认真地清扫。检查时应特别注意各联接点的联接是否牢固，是否松动；壳体是否鼓肚、渗(漏)油等。若发现有以上现象出现，必须将电容器退出运行，妥善处理。
3严格控制运行电压
中频炉并联电容器的运行电压，必须严格控制在允许范围之内。即并联电容器的长期运行电压不得大于其额定电压值的10%，运行电压过高，将大大缩短电容器的使用寿命。随着运行电压的升高，并联电容器的介质损耗将增大，使电容器温度上升，加快了电容器绝缘的老化速度，造成电容器内绝缘过早老化、击穿而损坏。此外，在过高的运行电压作用之下，电容器内部的绝缘介质会发生局部老化，电压越高，老化越快，寿命越短。
并联电容器长期运行电压若高于其额定电压的20%，其使用寿命将是正常情况的0.3倍左右。
所以，应根据当地电网运行电压的实际情况，合理选择额定电压值，使其长期运行电压不大于电容器额定电压值的1.1倍，当然实际运行电压过低也是十分不利的，因为并联电容器所输出的无功功率是与其运行电压的平方成正比的。若运行电压过低，将使电容器输出的无功功率减少，无法完成无功补偿的任务，失去了装设并联补偿电容器应起的作用。所以在实际运行中，一定要设法使并联电容器的运行电压长期保持在其额定电压的95%～105%，最高运行电压不得大于其额定电压值的110%。
铸造生产中的节能与环保
统开的不合理 、冒口太大等 ，造成 了产品的 生产效率低 ，浇 、冒口又作为回炉料重新人 炉熔化 ，造成能源的浪费。 在熔炼的过程 中炉前控制能力 比较差 ， 往往都是依靠经验 ，缺乏现代化的分析测试 手段 ，因而容易造成批量性的报废 。例如对 合金化学成分及含气量检查 ，往往都是在浇 注完成之后对试样或本体取样进行检查 ，若 不合格则易造成整炉次 的报废。如果能够合 理地提高炉前控制的手段及能力 ，则可以大 大提高产 品的合格率和能源的利用率 。
件。近年来 ，我 国铸造业取得 了飞跃式的发 展， 铸件产量跃居世界首位。为了满足 国内 外对铸件毛坯及终端制品 日 益增长的需求 ， 中国铸件产量还有继续增长之势。 目前我国机械工业 的能耗约占全国总能 耗 的 ６％ ５ ，铸造行业又占机械工业总耗能的 ２％ ３ ％ ５ 一 ０ ，然而铸造行业能源的平均利用率 只有 １％。据报道 ：我国在铸造生产中，材 ７ 料和能源的投入 占产值的 ５％ ７％ 我 国每 ５ ～ ０， 生产 １ 吨铸件 ， 约散发 ５ 公斤粉尘 ， ｏ 熔炼和
电炉熔炼
• 3．3接地系统 • 中频感应电炉在进行土建设计的时候，需 • 要同时考虑配置电气设备接地系统，对需要 接地的电气设备进行可靠的接地。坩埚式感 应电炉运行过程中，往往因种种原因在炉衬 中形成裂纹而导致漏炉事故。
• 4感应电炉的环保 • 与冲天炉相比，感应电炉利用电能，涡旋 • 加热，不燃烧焦炭，无CO、SO：和氮氧化物 的排放其排放的烟气和粉尘大幅度减少。另 外的环保问题还有烟尘、噪声、谐波和磁场 等方面。
（3）按铸造用途分类 感应电炉按用途分 类，可分为熔化炉、保温炉和浇注炉3类。
8.1.2感应电炉的工作原理
• （1）电磁感应与感应加热 在一个电路围绕 的区域内存在交变磁场时，电路两端就会产生 感应电动势，感应电动势的大小等于磁通变化 率。若磁通按正弦变化，则电动势E的有效值 可用下式表示：E=4.44fNΦ .
• 2．3谐波控制的发展 • IGBT串联谐振电源采用二极管整流，任何功 率下功率因数都在0．95以上，可控硅串联谐 振电源功率因数也在0．9以上。并联谐振电 源的功率因数比较低，在满功率情况下才能 达0．8～0．9。另外还有不可避免的谐波， 对电网构成了一定的污染，电源功率越大， 这种问题越突出。新一代电源必须是高功率 因数、低谐波的电源。目前发展的技术：多 重化整流技术、全控功率管加上矩阵控制或 PWM控制等技术、串联线路、斩波技术等。同 时也催生了电源谐波的滤除和功率因数补偿 的消谐装置的开发和生产。
绿色铸造技术的现状及发展趋势
绿色铸造技术的现状及发展趋势
1 国外铸造行业环保现状及特点
国外铸造行业十分注重环保。由于环保法规日益严格，迫使美、德、日等发达国家对环保问题极其重视，并投入了大量的人力、物力和资金开展了环保工程的建设。美、德、日等国家的企业熔炼设备一般选用中频感应电炉，但在一些特殊情况下，热风水冷冲天炉也得到一定程度应用，主要原因在于其充分利用了烟气的物理热以及化学潜热，改善了一般冲天炉的冶金条件；由于采用排烟回收的再燃烧方式提高了炉温，因此节约了焦炭，减少了有害气体的排放；合金熔炼广泛采用铸造专用焦炭和炉料预净化技术；造型工部基本采用噪声低的静压气冲造型机和挤压造型机代替老式的震动式和多触头微震造型机；制芯工部则采用效率高的树脂砂制芯，制芯机日益现代化，如使用冷芯制芯机实现自动运行，由机器人进行砂芯搬运等；浇注工序基本实现了机械化和半自动化，并且工人免受了高热烘烤，劳动条件得到极大改善；砂处理工部基本使型砂得到了封闭运行；普遍采用旧砂再生和其他处理技术，四废（废砂、废渣、粉尘、废气）的排放量少于我国排放量的1/10；一系列新兴的铸造成型技术（如金属型、壳型、消失模铸造等）用于铸件生产，与砂型铸造相比，铸造环境得到很大改观；铸造企业的设计者清洁化生产意识很强，将铸造车间最常用的皮带运输机尽量封闭起来，并采用密封性能较好的斗式提升机，大大缩短了回砂路程。
2我国铸造生产技术水平
我国铸造行业的生产技术水平比发达国家落后大约20 年，无法满足国民经济快速发展的需要。在我国，铸造业是汽车、装备制造、钢铁、石化、电力等支柱产业的基础，是关系国计民生的重要行业。在机械制造装备中，铸件占整机重量的比例很高，如内燃机大约占80%，液压件、泵类机械占50%～60%、拖拉机占50%～80%。汽车中的关键部件几乎由铸造而成；而矿山、电站、冶金等重大设备均依赖于大型铸锻件。我国铸造生产企业主要分布在东部，西部较少。从铸造产业结构来看，企业既有从属于主机生产厂的铸造分场或车间，也有专业铸造厂，还有大量的乡镇铸造厂。就生产水平和规模来看，既有机械化程度高、工艺先进、年产数万吨铸件的大型铸造厂，也有设备简陋、手工操作、工艺落后、年产百余吨铸件的小型铸造厂。近几年，由于受能源、环境因素和劳动力价格的影
某铸造厂中频感应电炉除尘系统运行故障诊断与建议
１ 尘 源 序 号
表 １ 该 套 中频 电炉 除 尘 系 统 技 术 参 数
名称 内容 ３ １ｔ 套 ２中频感 应 电炉 ３ 制 生 产 且 ３ 电 炉 同 时 工 详见 图 １ 班 套 备 注
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发 动 机铸 件 生 产企 业 帮 助 解 决 电炉 除 尘 问 题 。该 厂 位 于 山西 省 运 城 市 ，成 立 于 １ ９ 年 ，是 一 家合 ９７
２
除尘器 布袋 尺寸 ： １５ｘ ； ３ ４
造 ，详见 图２ 滤料 ：易 清灰 针刺 毡 ；
脉 冲阀 ：Ｙ 一 ２ ２套 Ｚ６型 ４
除 尘 干管 ：西 ｌ ０ ｍｍ；三 个 除 尘 干 管 装 有 Ｏ０ ３ 除尘 管路
电炉 ，配有 １ 布 袋 除尘 系统 。 自２ １年初 开始 ， 套 ００ 该 套 除 尘 系 统 运 行 情况 出现 问题 ，工 况 较 差 ，外 溢 的烟 尘 污 染 了 整个 熔 炼 工 部 ，尤 其 以 电炉 加 料 时 最 为 严 重 ，烟 尘 扩散 到相 邻 的造 型 、制 芯 等 工 部 ，对 车间生 产环 境影 响很大 。
≥９ ６ ≥８ ３ ． ．
笔 者 首 先 根 据 车 间 现 场 情 况 进 行 了经 验 分 析 ，捕集 罩 的 烟尘 捕 集 效 果 不 好 ，可 能 是 由于 系 统 抽 风 量不 足 导致 的 ，造 成 系统 抽 风 量 不 足 的 主
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10 冶金作业特性
熔液无多次过 热现象
熔液存在多次 过热现象
这是由于工频炉须实行残液熔 化作业，每次浇注后坩埚内须 留存 1/3 左右的残留熔液
11
故障诊断及保护功 能
完全，强
部分
中频电炉可以实现自我故障诊 断和保护，减少维修时间和工 作量
与计算机连网可能 12 性
可以
困难
中频炉可与计算机熔化过程自 动控制管理系统连接
4） 减小中频电源对于电网的高次谐波的污染措施； 固态中频电源由整流器和逆变器二部分组成，由于整流器的存在，输入电流（变压
器二次电流）将不再是正弦波。因此，固体中频电源在工作时产生的谐波电流不可避免 地会注入电网，造成电压正弦波形畸变，使电能质量下降，影响其它用电设备的正常工 作。现代化的铸造车间大都具有较大的生产能力，因此电炉的功率也较大（目前国内生 产的感应电炉用中频电源已达 5000~6000kW 以上），其工作时产生的谐波电流对于电网 的影响已经成为受严重关注的问题。
关键词：中频电炉、节能、铸造
1. 中频电炉在现代化铸造生产中的地位及其发展方向 Leabharlann Baidu代机械制造技术和冶金技术的飞速发展对铸件提出了优质、精化和节能等要求，高性能的
球铁铸件、蠕状石墨铸铁及铝合金铸件等优质铸件的大量应用，使得感应电炉在现代化铸造生产
中的地位日益显得重要。铸造车间改造和新建铸造车间中，感应电炉的改造或添置往往被放在首
表2
谐波 次数
3 5 7 9
11
13 15 17 19 21 23 25
THD
不同工况下各次谐波电流和总电压谐波畸变率
电流
(A)
450 kW 运行 1.78 1.09 0.35 0.25
2.34
1.18 0.10 0.08 0.19 0.25 0.50 0.44
0.79
800 kW 运行 2.80 1.02 0.34 0.41
3.33
2.10 0.17 0.06 0.68 0.66 0.54 0.44 总电压谐波畸变率（%） 0.71
国标允许值 20 20 15 6.8
9.3
7.9 4.1 6.0 5.4 2.9 4.5 4.1
4
5） 实现熔化周期内恒功率输出的技术； 在并联线路的中频电源感应电炉系统中实现熔化周期内恒功率输出对于提高电炉的
先考虑的位置。因此，“感应电炉的选型”是一个值得大家重视的课题。关于该课题不准备在本文 中详细论述，有兴趣的读者可以参阅发表在《 现代铸造》第*期的《铸造车间感应电炉的选型》
一文。
高效、可靠和作业灵活的中频感应电炉的制造技术的发展在提高和确立感应电炉在铸造生产
中的重要地位的过程中起到了不可低估的作用。从下表 1 可以看出，与已经问世近百年的传统的 工频感应电炉相比，无论从技术性能和作业性能还是从投资方面来说，中频感应电炉具有无可争
中频电炉在铸造生产中的发展和节能
颜文非 （西安机电研究所 710075）
摘要
本文结合作者多年从事中频感应电炉研制开发的经验，阐述了中频感应电炉在现代化铸造 生产中的重要地位，并从先进性、稳定性及可靠性、节能、环保、自动化及工艺适应性等方面 对其发展方向作了论述和讨论。本文还结合我国的能源价格现状对在中频炉、冲天炉、冲天炉 -感应炉双联三种熔化工艺的经济性作了较详细的分析，指出双联熔化工艺目前在我国仍有相 当大的优势。文章最后从中频炉自身和配套工艺装备二方面提出了中频电炉可以采取的节能措 施。
5
化、熔液成分和温度控制、熔化-保温-浇注工序之间的熔液平衡等各环节环环相扣。这 些繁重而细致的工作已经不是人力能胜任。
基于我所开发的全数字化控制技术，我所与 1998 年研制开发成功了国内首个 CBMM 感应电炉计算机熔化管理软件，该软件已经在国内 10 余家铸造厂的感应电炉上得到应 用。CBMM 计算机熔化控制管理系统的主要功能如下：
140 120 100
80 60 40 20
0
0
500
1000
功率密度 (kW/t)
1500
熔化时间 (min.)
3） 提高中频电源的稳定性、可靠性及安全性； 中频电炉是铸造车间的主要设备，而中频电源的稳定性、可靠性及安全性尤其是流
水作业铸造生产线正常和稳定工作的保证。为了提高中频电源的稳定性和可靠性，我所
为适应现代化铸造生产在节能、安全、环保、自动化及良好的工艺适应性等方面的要求，近
年来，中频感应电炉制造技术在如下几方面作了很大努力，并已取得了成功和进展：
1） 双向供电电源的开发与应用；
双向供电电源的优点有：
z 配备双向供电电源的感应电炉的功率利用系数高，理论上可达 1.00 （传统的一电一
炉配置方案的功率利用系数仅为 0.75，甚至更低），从而大幅度地提高了电炉的生产
在这方面采取了如下多项先进技术： z 具有自动故障诊断功能的全数字化的主控制板； z 快速反应的电流、电压传感器替代了传统的电流、电压互感器，使得主控板有足够
的时间来处理异常状况，保护电器元器件的安全； z 在主控板与主电路的高压部分采用光纤信号传输技术，完全阻断高压部分对于主控
板的损害； z 采用进口的大功率的逆变器件，提高中频电源的可靠性。
对于电网的高次谐 13 波污染
有
无
中频电源对于电网的高次谐波 污染可以采取措施减小或消除
14 电源占用空间比率
30 ~ 40%
100%
15 总投资比率
85 ~ 90%
100%
注 1．以批料熔化法作业的中频炉可以每次将熔液倒空，冷炉启炉时不需要起熔块，对加料块尺寸和状态限制
小，炉料过热时间短。这些都是以残液熔化法作业的工频炉所缺乏的优势。
率；在相同功率配置条件下，最高可提高生产率达 30%；
z 能够连续不间断地提供铁水，与铸造生产线配合作业的工艺适应性强；
z 二台电炉可同时作业，仅配备单台电源和一台变压器和冷却装置，主变压器的安装容
量和占用空间也小，电网功率因数高。
我所于 1998 年研制开发成功的 CS 系列一拖二中频感应电炉及随后开发成功的 C A
评论 每吨炉容的配置功率密度允许 值随频率变化，见表 2 见注 1 指料快大小、炉料干燥程度等 加料要求 由于中频炉的功率密度大，热 损失小，熔化时间短，其总效 率较高 工频炉的功率调节还涉及三相 平衡的调节，较复杂
1
6 功率自动调节
可以
困难
功率自动调节功能是实现节能 模式作业和恒功率输出的前提
中频炉的搅拌效应大小随频率
如上所述，感应电炉正向配置高功率密度的方向发展。这对于整个熔化工艺过程的 各个环节的控制以及电炉外围辅助设备的性能提出了更高的控制要求。为了使电炉的高 功率配置充分发挥作用，防止熔液过热，实现节能作业，计算机控制的应用已经是十分 必要。
再者，现代化铸造车间高节奏的生产节拍要求从原材料的管理、配料计算、配料优
z 多台电源远程集中控制功能 (包括工作参数显示和设定)； z 运行数据( 检测点温度、电气参数等)显示和记录； z 异常状况记录 z 温度--时间曲线自动运行 (用于烧结炉衬)，控制曲线用户可编程 z 功率--时间曲线自动运行 (用于预热炉衬)，控制曲线用户可编程 z 自动称重和合金配料管理
z 定量定温度自动熔化（节能运行模式）
2
功率增大时，电炉的工作频率降低，从而增强了坩埚内的铁液的搅拌反应。
图1 2） 配置高功率密度的电炉的开发和应用；
电炉的工作频率愈高，其允许功率密度值愈高。二者之间的关系可从下图 2 看出。由 于同样容量的电炉配置高功率后，其单位时间内输入到炉料中的有效能量增加，熔化时间 降低（见图 3），使得电炉的总效率得以提高，熔化单耗也降低。此外，具有同样生产能 力的此类电炉的容量小，占有空间也小，总投资也有所减少。这就是为什么近年来国外大 力发展此类电炉的原因。
4
及余下各次谐波电流的数值，从而基本上满足了国家标准中对于电能质量的要求。 下表 2 是华东电力试验研究院对我所于 1998 年研制生产的感应熔铝炉的 900kW 中
频双向供电电源的谐波测试报告。该系统在不同工况下各次谐波电流和总电压谐波畸变 率均低于上述国家标准规定数值，说明所采取的措施行之有效，可以作为以后设计的重 要参考资料。同时，也表明该系统设计在降低和消除固态变频电源高次谐波对电网的污 染方面的技术先进性
系列一拖二中频感应电炉均深得国内铸造业的欢迎，仅去年就销售出 22 套，这二个系列
的累计销售量占该类型感应电炉的国内总持有量的 1/3。
此外，我所研制开发的 IGBT 串联逆变双向供电电源还具有独特的与铸造工艺适应的
频率-功率特性，详见下图 1。如图所示，该型式电源的工作频率随功率上升而下降。众所
周知，感应电炉坩埚内铁液的搅拌力大小与工作频率的平方根大小成反比。因此，当电炉
图2 功率密度与频率的关系
频率(Hz), 电炉容量(t) 1000 500 250 125 50
< 100 t < 60 t < 18 t <6t
< 1.5 t
0 500 1000 1500 允许配置功率密度(Kw/t)
功率密度(kW/t)
3
熔化时间(min.)
图3， 熔化时间与功率密度关系图（铸铁和铸钢）
中频固态电源对于电网的谐波干扰程度主要取决于它向电网的公共连接点注入的谐 波是否超过国家颁布的标准（见 GB/T14549-93, 电能质量·公用电网谐波）。减少抑制 电源向电网公共连接点注入谐波电流的主要措施有：
z 增加电源的整流相数。该措施可以消除 5、7、17、19 次谐波； z 装设谐振滤波器，将主要谐波电流滤除，如装设 5、7、11 次滤波器; z 改变供电点，将中频电源接到短路容量较大的公用电网上。 我所在治理中频电源对于电网的高次谐波的污染措施方面积累了丰富的经验，主要 在电源变压器和整流器部分采取了有效措施，消除 5 次和 7 次谐波电流并降低了 11 次
生产率和降低熔化单耗具有很大的意义，它也是中频电炉的一个重要的性能指标。因此， 目前国内中频感应电炉制造厂纷纷投入技术力量攻克此技术课题。我所在全数字化控制 技术的基础上，通过整流和逆变的双控技术（智能功率控制算法），已经能够实现全熔 化周期内 90%以上时间的恒功率输出。 6） 实现计算机管理和节能运行模式；
表1
中频与工频无心感应电炉的性能比较（以铸铁为例）
序号
比较指标
1 功率密度
2 熔化作业方法
3 对加入炉料要求
4 熔化单耗
5 功率调节范围
中频感应电炉 工频感应电炉
600 ~ 1400 kW/t 批料熔化法
300 kW/t 残液熔化法
要求小
要求高
500 ~ 540 kWh/t 540 ~ 600 kWh/t 0~100%无级调节 有级调节
CBMM 熔化管理软件按预定的时间间隔将中频电源和电炉的工作参数存入硬盘。在典型 情况下(每分钟保存一次时)，CBMM 软件可以保存长达 5 年的工作参数。这些参数可以随时 调出供显示或打印。这也为企业的质量管理体系提供了完善的作业档案。
2． 目前国内中频电炉的能耗指标分析 中频电炉在铸铁、铸钢及有色金属熔化等方面的国内外熔化单耗指标（kWh/t ） 比较，
变化而逆向变化。因此，对于
7 熔液的搅拌效应
可调
大且固定 铝合金熔化可以通过提高工作
频率来减小熔液的搅拌，降低
铝液在熔化过程中的氧化烧损
实现节能模式作业 8 的可能性
能
不能
以节能模式运行的电炉除了节 能外，尚可以避免熔液的过热
实现恒功率输出的 9 可能性
能
困难
实现熔化周期内恒功率输出可 以提高电炉的生产率，降低熔 化单耗
目前，国外制造的中频感应熔化炉的功率密度通常配置到 600~800 kW/t,，小容量熔 化炉的功率密度配置可高达 1000 kW/t 以上。国内制造的中频感应熔化炉的功率密度通常 配置到 600 kW/t 左右，从制造技术来说，配置更高的功率密度并没有什么大的困难。目 前主要受到炉衬的使用寿命和生产管理及配套设备二个因素的限制。因为在高功率密度情 况下工作的炉衬受到强烈的熔液搅拌效应的冲刷，对炉衬的要求相应提高，目前国内的炉 衬质量尚未能与之相适应。此外，由于配置高功率密度的感应熔化电炉的生产能力大，需 要配置相应的自动化加料装置；否则电炉的功率利用系数将大大降低，失去高功率密度的 意义。
议的优势地位。这使得它自上世纪的 80 年代后期起在欧、美等发达国家得到广泛应用，基本上替 代了传统的工频感应电炉。自 90 年代中期起，随着我国电子技术的飞速发展，大功率的国产固态 中频电源也已得到成功的开发、生产和应用。因此，传统的工频感应电炉在我国也已逐渐从销售
市场上消失，铸造车间内现存的工频感应电炉也在技术改造中逐步被中频感应电炉替代。