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中频感应电炉在铸铁车间的应用

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而使铁液比较纯净。感应电炉作为熔化设备在铸 铁熔炼和双联熔炼中已有几十年的历史,我国制 造和应用工频炉及中频炉也有了丰富的经验,在 (1)中频感应电炉铁液的熔炼损耗小,需要 的修炉次数、辅助材料及操作工人也少,可明显 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_。 (2)中频感应电炉熔炼出炉温度高,能够提 高铁液的质量,有利于提高产品的力学性能;同 时,铁液化学成分易被控制在规定的范围内,有 害元素s含量低,能够保证产品使用性能良好。 (3)中频感应电炉操作步骤少而有序,全部 是“按钮式”操作,生产组织灵活,劳动效率高,工 人劳动强度显著降低。 (4)控制系统可实现全数字化,反应速度快, 1 中频感应电炉的发展及特点 铸铁车间使用的感应电炉按照其交流电的 频率可分为中频感应电炉和工频感应电炉。自 20世纪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 我国已逐渐被中频感应电炉替代。目前,我国中 频电炉行业发展非常迅猛,国产设备的技术水平 与国外先进水平相当。就中频电源来说,主电路 采用的都是交流一直流一交流的换流方式,即先用 整流器把工频电整流成脉动直流电,再用滤波器 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[51。 不同厂家根据车间生产纲领、铸件类型、最大件质 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:2007 把其变成平滑直流电,最后由逆变器逆变成单相 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(一拖三)输出,连续生产铁液而受 到用户的青睐。 中频感应电炉具有如下特点: 年底进行可行性研究报告编制,建议熔炼采用中 频感应电炉,而客户考虑到生产习惯坚持选用一 表l 中频感应电炉应用实例 Tab.1 Application examples of medium frequency induction furnace 74 l现代铸铁2012/1 套8 t和一套15 t冲天炉;2008年做初步设计, 由于客户对国内铸造行业进行了大量调研,但又 考虑到工业园区供电能力问题,提出改一套冲天 炉为电炉;2009年4月在厂房结构已经开始设 计的情况下,客户通过进一步调研并与当地电力 部门沟通,决定彻底取消冲天炉,改用中频感应 电炉,见图1。 由此可见,随着铸件质量和环保要求的不断 提高,中频感应电炉在铸铁车间有着广泛的应用 和良好的发展趋势。 3 中频感应电炉的安全设施 中频感应电炉的安全防护至关重要,特别是 炉子设备自身的安全设施及维护保养,对于实现 铸造车间的安全生产非常关键。 3.1冷却水系统 中频电源、感应线圈、水电缆等都需要用水 进行冷却,因此水对于炉子设备至关重要。由于 冷却水故障而造成的炉子设备损坏的几率是较 高的,因为被冷却的器件大多是带电体,如晶闸 管、感应线圈、水电缆等,所以直接冷却这些器件 的冷却水必须符合设计规定。中频电炉的冷却水 泵站要配两台规格相同的主水泵(一用一备),并 且必须配有应急冷却水系统。当电网供电中断造 成主水泵不能工作时,应急冷却水系统可为炉体 提供冷却,避免炉体损坏。 3_2液压系统 中频感应电炉的液压系统用于倾炉倒出熔 化的金属液以及炉盖的开启和关闭,为保证工作 可靠,电炉的液压站应配置两台规格相同的主泵 (一用一备)。同时,倾动机构的供电要满足二级 负荷,当电网供电中断时,如有必要可用此应急 系统将炉内的金属液倒出,以免凝固在炉内。 3.3漏炉检测报警系统 安装漏炉检测报警装置是保证中频感应电 炉安全使用的必要措施,可以防止事故扩大。目 前,主要有两种方式:一种是用不锈钢片安装在 感应线圈的内侧,作为第二电极;6~7根不锈钢 丝做成的爪子与液态金属接触,作为第一电极; 如果金属液渗过炉衬接触到不锈钢片,则漏炉检 测报警装置发出漏炉报警。另一种是感应报警, 运用感应电流的变化判断漏电情况。 3.4备用储存槽 每一个炉体都必须配备一个在紧急情况下 使用的储液槽,这个备用储液槽能够容纳炉体中 所有的液态金属。重要的是,决不能有水进入这 个备用储液槽,否则当液态的金属流进槽中时将 存在爆炸的危险。 3.5中频电炉维护保养规程 定期清除电源柜内积尘;定期检查水管接头 扎结是否牢靠;定期更换或清洗中频电炉相关设 备的关键部件;定期对装置进行检修;定期检查 负载的接线是否良好,绝缘是否可靠。 4 中频感应电炉的环保问题 中频感应电炉的环保问题主要涉及到烟尘、 噪声、谐波和磁场等方面。 4.1 除尘 中频感应电炉冶炼过程中产生的烟尘会污 染环境,影响工人健康,需用除尘系统将其排放 到室外。感应电炉在熔炼过程中烟尘相对冲天炉 和电弧炉而言较少,感应电炉烟气净化也主要是 粉尘治理,通常普遍采用袋式除尘器,并常设有 集烟罩或集烟环与除尘管道相连。 中频电炉常用的除尘形式有:炉口除尘环、 整罩式除尘炉盖(见图2)、低位伞形移动罩(见 图3)等。炉口除尘环捕获烟尘的能力相对较差, 但适合采用电磁吸盘或人工加料的方式,因此在 不大于5 t的炉子上用得较多。整罩式除尘炉盖 及低位伞形移动罩的能力较好,需与加料车配合 2012/1现代铸铁J 75 使用,通常用于规格较大的炉子。 4.2噪声 在中频感应电炉的运行过程中,噪声主要产 生于中频电源、炉体和液压泵。当前,大多数中频 电炉的设备布置都把中频电源、炉体、液压泵站 和水泵站等放置在工作平台下面(半地下的地坑 内),这对于减少工作平台上操作工位处的噪声, 改善l丁人的操作环境起到很大的作用。功率密度 高的炉子在运行时,由于感应线圈、磁轭等部件 的震动和噪声相对较大,若有必要,其炉体结构 可采取一些减少噪声的措施,如炉壳内壁衬垫隔 音材料、维修孔盖板加橡胶垫以及在炉体结构件 的空腔内加填充物等。 4.3谐波治理 大功率中频感应电炉冶炼时产生大量高次 谐波,其中以11、13次为主,干扰上级供电变压 器的安全运行。为了消除影响,在电炉进线电压 侧加装滤波补偿装置,可以将大量的谐波成分滤 掉。另外,采用多相整流的方式,如6相12脉冲 76现代铸铁2012/1 整流、12相24脉冲整流以及整流变压器的绕组 采取移相等措施,也可大幅减少中频电炉的谐波 干扰。 4.4电磁场 中频感应电炉的电磁场对工作环境产生的 危害是工人感觉不到的,但在设计熔炉时要特别 注意磁场的导向分布,使由散射磁场产生的磁危 害尽可能保持较低水平。为此,中频电炉需用磁 轭来磁场向外发散,该磁轭的大小可由熔炉 的功率和工作频率来确定,只有这样设计的感应 式坩埚炉才能达到在工作环境中允许的低磁通 量密度值。 5 结语 铸铁熔炼设备在我国的发展大致经过了三 个阶段:第一个阶段是2005年之前,主要以冲天 炉熔炼为主导,中频感应电炉多应用于冲天炉+ 中频感应电炉双联熔炼;第二个阶段是2005年~ 2008年之间,冲天炉熔炼逐步向中频感应电炉 熔炼过渡,在进行铸铁车间设计时如何选择熔炼 设备争议较大;第三个阶段是2008年之后,大型 铸铁件生产企业主要以中频感应电炉熔炼为主 导,中频感应电炉得到了广泛应用。 正确选择熔炼设备对生产的综合效益影响 很大。中频感应电炉因适合熔炼各种铸铁,尤其 适合熔炼合金铸铁和球墨铸铁,近年来在铸铁车 间的应用比例越来越高,特别是随着焦炭等铸造 原材料的涨价以及环保要求的越来越严格,中频 感应电炉的优势越来越明显。 参考文献 fl1宋强,王录才,张明.冲天炉与感应电炉熔炼的对比分析 .首 届全国现代铸造装备与技术交流大会论文集『c1.2010:28—32. [2]GB8959—2007,铸造防尘技术规程[s]. 【3】刘筑雄,张家平,宋高举.铸造防尘技术觇程指南【M].北京:机 械_[业出版社,2008:9. [4]曹华新.中频感应电炉的节能环保与安全防护fJ1.金属加丁, 2009,(19):24—27. [5】朱吉禄.铸铁熔炼的新发展【JJ.中国铸机,1995,(2):3—8. 虢 (编辑:王峰,E—mail:xdzt_wf@fawfc.COm; 编审:周亘,E-mail:zhougen_embx@163.corn) 

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