第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

對于黑色金屬的熔煉而言， 行業(yè) 內(nèi)已有較成熟的產(chǎn)品，其中工頻鑄鐵熔化爐已形成1.5、3、5、7、10、15、20t的系列產(chǎn)品其基本技術(shù)性能和主要技術(shù)參數(shù)接近發(fā)達(dá)國家的同類產(chǎn)品。隨著國內(nèi)鑄造 行業(yè) 規(guī)模經(jīng)濟(jì)的成和發(fā)展，我國電爐 行業(yè) 在30~50t容量工頻無芯化鐵爐領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)和解決關(guān)鍵配套件工作也應(yīng)提到議事日程上來。但更重要的是，大容量工頻無心爐受到熔池最大攪拌、駝峰高度、爐襯沖刷、噪聲等各方面限制，比功率密度不可能太高，因而大力發(fā)展200Hz~600Hz大容量高比功率的變頻無心爐已成為當(dāng)今世界無心爐領(lǐng)域的一種發(fā)展趨勢。

國外的感應(yīng)爐大公司如AjAX公司、ABB公司、PILLAR公司、應(yīng)達(dá)公司，單臺電源功率2500kW~3000kW的中頻無心爐技術(shù)已相當(dāng)成熟。8000kW~10000kW的中頻電源和配套的無心爐已投入現(xiàn)場運(yùn)行，大有逐步將工頻無心化鐵爐擠出市場的動向。近幾年，上海、南京、邯鄲、四川從應(yīng)達(dá)、彼樂、ABB等國外爐子公司引進(jìn)了十幾臺4~15t級的變頻鑄鐵熔煉爐。我國電爐 行業(yè) 已開發(fā)出容量為2~3t、更大的功率為1500kW左右的中頻鑄鐵熔煉爐。有些企業(yè)已基本掌握2500kW~3000kW中頻電源的關(guān)鍵技術(shù)，但仍不能完全滿足鑄造 行業(yè) 對大容量、高功率、200Hz~600Hz頻段的中頻爐的需求。所以通過自主開發(fā)，引進(jìn)部件關(guān)鍵元器件以及中外合作等形式，迅速突破2000kW~10000kW大功率電源的關(guān)鍵技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，對滿足國內(nèi)市場的需求有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程

1、電爐構(gòu)造

電爐設(shè)備通常是成套的,包括電爐爐體,電力設(shè)備（電爐變壓器、整流器、變頻器等），開閉器，附屬輔助電器（阻流器、補(bǔ)償電容等），真空設(shè)備，檢測控制儀表（電工儀表、熱工儀表等），自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，爐用機(jī)械設(shè)備（進(jìn)出料機(jī)械、爐體傾轉(zhuǎn)裝置等）。

1）電爐爐體一般有爐膛、爐蓋、導(dǎo)磁體、感應(yīng)線圈、熔溝等部分。立式爐爐蓋的啟閉一般由手動操作提升機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。傾爐機(jī)構(gòu)多采用液壓裝置，用兩個液壓柱塞缸傾動。

2）電氣部分包括調(diào)壓變壓器，相平衡裝置，補(bǔ)償電容器組，控制柜等。工頻有芯感應(yīng)電爐一般作為前爐使用。由于它能提供成分恰當(dāng)、溫度適宜的定量鐵液，已是近代大批量鑄件生產(chǎn)和高速生產(chǎn)線上必不可少的熔煉設(shè)備。

2、電爐電路及原理

電爐電路一般由電源及電氣控制系統(tǒng)、爐體、傳動裝置及水冷系統(tǒng)等部分組成。

工業(yè)用頻率的交流電，事先通過整流器和平滑器轉(zhuǎn)換成平滑的直流電，再在逆變換器變換成所需的頻率。作為中頻感應(yīng)電爐，這樣的頻率變換方式有并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振兩種方式。兩者在功能上明顯的不同點(diǎn)是輸出功率的調(diào)整部位。前者是在整流器，而后者則是在逆變換器(變頻器)。以前，鑄鐵熔煉用中頻感應(yīng)電爐大都采用并聯(lián)諧振方式。而在最近則大都轉(zhuǎn)變?yōu)橛么?lián)諧振方式。伴隨通電時間頻率與輸出功率的負(fù)荷匹配特性。虛線為并聯(lián)形，實(shí)線為串聯(lián)形。并聯(lián)諧振方式對爐內(nèi)負(fù)荷變動的追隨性不好，在熔煉初期的輸出功率如虛線所示的那樣彎曲過度，不可能按額定功率投入。而串聯(lián)諧振方式則能與爐內(nèi)負(fù)荷變動相適應(yīng)，振蕩頻率如圖中實(shí)線那樣，可強(qiáng)制性變換，因此在熔煉作業(yè)開始時就可以投入連續(xù)的額定功率。應(yīng)當(dāng)說明的是，串聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)是指理想狀態(tài)，在實(shí)際熔煉作業(yè)中必須有效控制才能接近這種狀態(tài)。

串聯(lián)諧振電路圖

3、筑爐

1)耐火材料

電爐因爐型、熔煉金屬種類、爐內(nèi)部位的不同，應(yīng)選擇與其適應(yīng)的耐火材料。熔煉鑄鐵時，鐵液容易鉆人耐火材料，因而不用耐火磚而使用干式施工的粉狀耐火材料。對于無芯感應(yīng)電爐，由于爐子結(jié)構(gòu)限制了爐襯厚度，爐襯又受到急冷急熱及鐵液攪拌的影響，因而選用有一定熱穩(wěn)定性和耐火度高的硅質(zhì)或熔凝硅石質(zhì)。當(dāng)有高溫熔煉和高耐火度要求時，可使用高鋁質(zhì)或鎂質(zhì)耐火材料。對于工頻有芯感應(yīng)電爐，因經(jīng)常存儲鐵液并必須長時間保證爐襯壽命，在熔化室的耐火材料以高鋁質(zhì)為主，而感應(yīng)器部分因承受更高的溫度則宜選用高純度的高鋁質(zhì)、鎂質(zhì)—尖晶石質(zhì)的耐火材料。

耐火材料的粒度分布雖然由提供材料的廠家獨(dú)自選擇，但粒度組成不適當(dāng)?shù)脑?，充填性差，也不能得到結(jié)實(shí)的燒結(jié)層。一般應(yīng)控制60μm以下微細(xì)粒子的配比，以盡可能抑制玻璃化的速度。對于使用高硅質(zhì)耐火材料的感應(yīng)電爐，為了提高燒結(jié)性能、高溫強(qiáng)度及抗侵蝕能力，可根據(jù)熔煉溫度的要求在耐火材料中添加適量的無水硼酸。但是，在爐頂附近的耐火材料，由于熔煉時不與鐵液接觸，加上裝人金屬爐料時對其撞擊而容易損壞。為了增加該處的強(qiáng)度，在耐火材料中可適當(dāng)增加無水硼酸的加人量。

2）筑爐施工

筑爐是從爐體解體后開始的。通常根據(jù)爐村及絕緣材料的損壞程度解體至圖7所示的石棉板或水冷線圈的內(nèi)側(cè)。若解體至水冷線圈內(nèi)側(cè)，必須檢修線圈水泥。線圈變形和水泥自身的熱變形，易使線圈水泥的一部分產(chǎn)生龜裂或脫落。線圈水泥大都使用濕狀的鋁釩土水泥。筑爐施工用的型模應(yīng)是無銹和圓整的。另外在周圍開適量的小孔。這樣，燒結(jié)時耐火材料中的水分可以從此逸出。爐周圍應(yīng)打掃干凈，以防砂土、草屑等異物混人耐火材料之中。筑爐工的口袋要掏凈，連工作鞋都要用耐火粉擦去粘附的泥砂。筑爐工具都要經(jīng)除銹處理。做好以上的準(zhǔn)備工作后才能按如下的程序筑爐。

（1）筑爐底

筑爐底常用叉形搗固棒搗實(shí)。從爐頂測量深度后將過剩的耐火材料刮去，并用水平儀校水平，以使型模垂直放入。放入型模后，用專用量尺測定型模位置。使型模與線圈水泥之間的間隙均一。然后用塞塊塞住。在型模底部，工頻感應(yīng)電爐裝入起熔塊，而中頻感應(yīng)電爐則裝人如生鐵那樣的表面積少而易于通入感應(yīng)電流的金屬爐料，以防止型模位移。

（2）筑爐壁

爐壁筑爐施工最易產(chǎn)生分層之處是爐底部位的傾斜部。為此，該處的筑爐應(yīng)特別小心并以手工搗固為好。搗實(shí)前應(yīng)先將底層的搗結(jié)層劃毛。筑爐壁可用手工搗實(shí)，也可用振動器搗實(shí)。在用人手搗實(shí)時，因搗實(shí)力因人而異，常以4-6人組成一組，繞著圈交替搗實(shí)。每層耐火材料稱重后均勻加人，一般厚度為6070mm，搗實(shí)時間為10-15min。在采用振動器搗實(shí)時，一般先搗型模的一側(cè)。當(dāng)振動器碰著型模的時候，應(yīng)由下而上作兩次以上的移動，才進(jìn)行下面的連續(xù)移動。

2）燒結(jié)

采用酸性耐火材料的工頻感應(yīng)電爐通常由冷料熔煉的方式燒結(jié)。電爐在使用中性而燒結(jié)較難的干式耐火材料時，在與金屬爐料之間有可能產(chǎn)生電弧而使型模局部熔化、損壞，以至于在未燒結(jié)時就滑落。為此，如有幾座爐時，最好利用別的爐子的鐵液來進(jìn)行燒結(jié)。酸性耐火材料燒結(jié)時，為了防止耐火材料的急劇膨脹，最好至573℃石英變態(tài)溫度時，以100℃/h以下的慢速升溫。在爐料熔化后可以100℃/h左右的速度升溫。當(dāng)使用熔凝硅石質(zhì)耐火材料時，可用200℃/h的快速升溫。燒結(jié)的保溫溫度，硅石質(zhì)耐火材料最低1500℃，一般比通常的熔煉溫度高20—30℃。但在使用熔凝硅石質(zhì)耐火材料時，則以1580—1600℃的溫度進(jìn)行保溫。升溫至目標(biāo)溫度，保持1-3h燒結(jié)就完成。為了能使?fàn)t壁上部都得到燒結(jié)，燒結(jié)時的鐵液量可比爐容量超出10%。此外，應(yīng)當(dāng)指出，燒結(jié)用的金屬爐料應(yīng)使用少銹的，鍍鋅鋼板不能使用。燒結(jié)開始時，金屬爐料加至線圈高度那樣或再多些，在這些爐料熔化后再適時裝人金屬爐料，以避免僅僅是爐內(nèi)下部的局部升溫。

第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析

1、智能化

發(fā)展運(yùn)用最新程序和熱處理數(shù)據(jù)庫，計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)和控制技術(shù)，采用高度柔性化、智能化的綜合控制和管理系統(tǒng)于工業(yè)電爐及其生產(chǎn)線。未來的設(shè)備操作者僅需將待處理的工件數(shù)量、圖樣輸入計(jì)算機(jī)，整套設(shè)備將自行處理出高質(zhì)量的產(chǎn)品。

目前已實(shí)現(xiàn)了整個系統(tǒng)實(shí)時多項(xiàng)目操作控制。如控制裝料量、運(yùn)行速度、溫度、碳勢等，可實(shí)現(xiàn)多臺群控系統(tǒng)，全屏幕監(jiān)視及控制分批進(jìn)料之動態(tài)。能完全工藝程序控制，可儲存若干個工藝。能完全記錄設(shè)備運(yùn)行狀況中所檢測到的工藝參數(shù)（零件號、材料、溫度、氣氛等），送計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理并存儲記錄?？呻S時調(diào)閱和打印。可貯存十年的記錄。

2、設(shè)備容量大型化

對提高生產(chǎn)效率有利，但應(yīng)注意配套以提高效益。小型爐除鑄造或生產(chǎn)特種鋼外，一般因成本高將被淘汰，如中國規(guī)定新爐應(yīng)在70t以上。

3、高效節(jié)能

電爐的生產(chǎn)效率、電耗和電極耗等指標(biāo)尚有改善余地，但在降低電耗方面除考慮供電條件外，還應(yīng)考慮電價和代用燃料的價格關(guān)系，以利于降低總成本而取得更大效益。
 

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