無芯中頻感應電爐的發展及其應用

■袁洪志

無芯中頻感應電爐的發展及其應用

■袁洪志

根據當前國內無芯中頻感應電爐的生產制造及其應用情況，對其發展趨勢、市場形勢及面臨的問題、選型及策略、節能減排措施、維護保養、日常管理經驗，以及爐襯材料的發展等問題進行了分析綜述。

隨著無芯中頻感應電爐（以下簡稱中頻電爐）熔煉技術、鑄造工藝技術、爐襯材料的發展進步，以及節能環保等行業準入條件越來越高，鑄造業向著集中化、大型化的方向發展，對中頻電爐的要求也越來越高，從而促進了中頻電爐制造技術及其應用技術的發展進步。

一、中頻電爐的優勢及發展趨勢

（1）中頻電爐的優勢 中頻電爐具有易于變換熔煉品種，熔煉溫度容易控制，化學成分均勻且易于調整，便于控制熔煉質量，操作靈活簡便，功率密度大，熔煉速度快，熱效率高，起熔方便，人工成本較低，以及節能環保等優勢。

（2）中頻電爐的發展趨勢

我國加入世貿組織后，歐美日等發達國家在我國大量購買鑄件，國內鑄造行業快速發展，對中頻電爐的需求量直線上升，世界一流的電爐制造商由于價格、服務、備件昂貴等原因，在我國的市場份額正在縮小，國內中頻電爐的生產和應用技術飛速發展，使得一些產品已接近或達到世界先進水平，雖然還有差距，但由于價格合理，服務質量好而占有了相當的市場份額，并走向國際市場。鑄造行業對熔煉設備的經濟性、節能環保、熔煉質量、自動化程度，以及操作的靈活性和可靠性、維護維修的難易程度的要求越來越高，加之計算機的應用，能量供給方式持續改進，自動監控檢測，極大地促進了中頻電爐熔煉成套設備制造與應用技術的發展，這一趨勢說明，中頻電爐在鑄造行業的熔煉設備中占據了主導地位。大型化、高功率密度、智能化、高可靠性、高安全性、高質量、優質服務和節能環保是中頻電爐的發展趨勢。

二、中頻電爐應用與發展面臨的問題及解決方案

1. 面臨的問題

當前中頻電爐應用與發展面臨的問題有以下幾點：

（1）穩定性、可靠性、安全性有待進一步提高。

（2）在智能化可控操作技術，包括故障分析和提示等方面需要進一步提高。

（3）綜合節能環保指標多數都達不到行業準入標準的要求。

（4）包括技術參數和設備本身的結構沒有統一的國家標準，零部件更是一家一個樣。

（5）由于集成電路的發展，加上制造商的技術封鎖，大多數用戶都存在維護、維修困難的問題，一些中頻電爐制造商服務沒有保障，響應慢，備件非標且價格昂貴，并且由于價格競爭，電氣元件的質量也令人擔憂。

（6）用戶在最初使用時缺乏技術指導，走很多彎路，或養成很多不良習慣。

2. 解決思路

目前，我國中頻電爐產業是大而不強，多而不精，應從以下幾個方面解決上述問題。

（1）制定包括技術參數、設備結構、零部件、節能環保指標等內容的國家標準。

（2）學習國際上中頻電爐制造和應用的高精尖技術，提高中頻電爐產品的綜合質量，包括服務質量，快速響應，降低維護、維修的難易程度，提供周到的技術指導服務，讓用戶滿意。

（3）建立科學的市場競爭機制，引導制造商以質量和信譽贏得市場，用戶不要只看重價格，而應注重產品的綜合質量和服務質量，質量和服務有保障才是好產品供應商。

（4）中頻電爐用戶在使用過程中不斷總結經驗，在電力、地域、原材料、電器件、維護、維修等方面向中頻電爐制造商提供合理化建議，共同推動中頻電爐快速發展。

3. 措施建議

由于市場經濟的影響，產業結構調整對重工業的影響不亞于一場戰爭，市場對中頻電爐的需求量急轉直下，很多中頻電爐制造企業面臨訂單少、產品積壓，甚至生存難的困境，針對這種局面，有以下幾點措施建議。

（1）在努力提高中頻電爐產品綜合質量的前提下，努力開發國內外市場，爭取將進口產品擋在國門外，以質量和信譽贏得市場。

（2）在市場低迷的形勢下，研發新技術、新產品，包括針對用戶的應用技術培訓等，向高端產品邁進，提高產品的科技含量和附加值，臥薪嘗膽、蓄勢待發，將中頻電爐產品做精做強。

（3）很多鑄造企業選擇在市場低迷的形勢下，進行設備改造升級，當前由于節能環保等行業準入標準及人力資源成本等原因，使用沖天爐和工頻電爐的企業大都有改用中頻電爐的意向，中頻電爐制造企業應抓住商機，提供設備、技術、服務等產品，開拓多層面的市場格局，與用戶建立長期互利共贏的合作方式，使企業謀求不斷的發展和進步。

三、中頻電爐的選型要點與策略

1. 選型要點

基于新技術、新材料、新工藝、新設備的不斷發展應用，對中頻電爐的要求也不斷提高，如成型爐襯的應用，爐內預處理技術的研究應用，高強度合金鑄鐵的發展應用等，都對中頻電爐提出了新的要求，用戶在購置中頻電爐選型時應考慮以下要點。

（1）根據企業的發展規劃，如生產規模、鑄件大小、鑄件材質、作業面積、起重能力和高度，及當地電力供給情況等綜合因素，合理選擇電爐噸位的大小和功率密度。以生產中小型鑄件為主的企業可以選擇1～10t/h的中頻電爐，產量大的情況可以購置兩臺以上形成高功率密度的作業方式，生產中大型鑄件的企業，可以選擇10～20t/h的中頻熔煉爐，加上20～60t/h的中頻保溫爐，可以多包鐵液同時處理，澆注大型或特大型鑄件。

（2）選定以上參數后，要對電爐生產企業進行考察，在質量、節能環保、信譽、爐體、電源系統、冷卻系統、傾爐系統、可靠性、耐用性、自動化程度、服務能力、響應速度、維修保養難易程度，以及技術服務指導、備件價格等15個方面進行綜合評價。

2. 選型策略

（1）節能環保。平均噸電耗在550kW·h左右，配備成套的除塵煙系統，達到環保要求。

（2）爐體、電源系統、冷卻系統等質量高，安全性、可靠性、耐用性好，自動化程度高，故障自動診斷提示，維修、維護復雜程度低。

（3）供應商服務能力強，響應速度快，非標零件價格合理，在多方面提供技術支持。

（4）國產中頻電爐的結構形式和工作原理都大同小異，但質量和服務卻有較大差別，綜合質量高的產品，用戶在使用過程中可以免除很多煩惱，用戶都希望所使用的中頻電爐產品性能穩定，故障率低，發生故障時容易排除，零部件質量過關，可以首選國內知名品牌，如果財力允許，可以選擇進口品牌。

四、中頻電爐的制造應用與節能環保

1. 中頻電爐的制造與應用

電爐制造商應以用戶需求為出發點，提高中頻電爐的數字化、智能化、自動化程度，在制造過程中應注重考慮生產應用中的以下幾點問題。

（1）功率的自動調節。功率因數的顯示和監控，并達到節能環保等行業準入條件的要求。

（2）鐵液溫度的監控，冷卻水溫度和壓力的監控。

（3）漏爐指數的顯示和監控。

（4）故障的檢測、分析、顯示、排除及各報警系統自身的檢測與分析，保證時刻靈敏好用。

（5）鋼殼爐體在安裝或更換水管等維修、維護作業時非常不方便，能否將作業部位做成活動的窗口，用完再用螺栓把合上，水管的進出應本著維護、維修方便，安全牢固且不宜滲水的原則。

（6）中頻電爐最怕水，但又離不開水，水處理系統和冷卻水系統的使用與維護是中頻電爐應用的兩大難題，制造商應提供使用與維護方面的技術支持。

（7）中頻電爐的冷卻水循環系統應配備應急水泵，柴油發電機帶的水泵或者汽油機水泵也可以，有條件的可以配備一套單獨的保安電源，最好以上兩種停電保護措施都具備。

總之，在制造商和用戶的共同努力下，讓數字化、智能化、自動化技術在制造過程中提高中頻電爐的品質，在使用過程中提高生產效率、安全性和鑄件品質，推動中頻電爐的發展。

2. 節能環保與綠色鑄造

節能環保工作是一項系統工程，單靠一兩項節能環保措施是不夠的，需要應用多種工藝技術措施，并應將技術節能環保與管理節能環保進行有機結合，在原材料、設備、工藝和管理等方面綜合掌控，才能取得良好的節能環保效果，以下是幾項有效的節能環保措施。

（1）合適的爐料塊度和厚度，輕薄的廢鋼可以打包，回爐料應清理后使用，廢鋼應除污銹，所有爐料應預熱，準確配料。

（2）坩堝中下部爐料堆積密度越大越好，加熱效率相應提高，冷料要不斷地加入，以便預熱，避免熔化少量鐵液的現象。

（3）合理的供電制度和爐前操作技術，開始先供給60%左右的功率，待電流沖擊停止后，迅速將功率增大到最大值，加速爐料熔化。

（4）控制高溫精煉和出鐵溫度，每次出鐵后爐內要剩余部分鐵液，起熔方便，以便快速熔化。

（5）盡量采用連續熔煉的作業方式。

（6）縮短空載輔助作業時間，如加料、扒渣、測溫、取樣、等待化驗、調整化學成分，以及待澆注的時間越短，生產效率越高，能耗越低。

（7）注重維護中頻電源裝置、爐體、冷卻水系統等的正常運行，減少故障率，減少中途停爐次數，節約能耗，保障生產順利進行。

（8）中頻電爐制造商和用戶應共同重視研發和使用中頻電爐的節能環保配套設施，如除塵凈化設備，水的循環利用，使用節能環保的原材料，提高節能環保意識，把節能環保工作做到實處，達到行業準入條件，踐行綠色鑄造之路。

五、中頻電爐日常維護、保養及管理

1. 日常維護保養要點

每班次上崗和下班時都要對爐襯、感應線圈、水冷電纜、爐蓋機構、傾爐液壓缸、高壓電柜、主開關柜、傾爐控制柜、中頻電源柜、變壓器、電抗器、液壓站、鼓風機除塵系統、水處理系統、冷卻水系統及漏爐報警系統進行全面檢查，并在工作中實時監控各系統的工作狀況是否正常。特別指出的是水處理系統的維護是一個大難題，多數用戶對此重視程度不夠，壽命非常短，都因堵水、結垢、漏水等原因無法修復而報廢，要引起高度重視。另一個難題就是傾爐和爐蓋的液壓系統總是有漏油的地方，易引起著火，應特別注意維護。

2. 中頻電爐的安全防護

（1）冷卻水對中頻電爐是至關重要的，因冷卻水的故障而造成電爐設備損壞的幾率是較高的，所以電爐應配備“一用一備”兩臺水泵，并配備應急冷卻水系統，當供電中斷時，可及時為爐體提供冷卻水，避免造成損壞。

（2）液壓傾爐系統也要配備“一用一備”兩臺液壓泵，傾爐液壓缸的進口需安裝節流閥，防止爐體因液壓系統失壓而突然落下，當爐內存有鐵液而又較長時間不能送電的情況下，若通過運行電爐熔化凝固在爐內的金屬是非常危險的。因此，液壓系統應配有發電機或手動泵或安保電源等應急措施，當電網供電中斷時，能及時將爐內金屬液倒出。

（3）可靠的接地漏爐檢測報警系統是非常重要的，并應每班兩次以上檢查，試驗其靈敏可靠性，經常檢查爐襯的使用情況，方法是目測加測量，目測中下部是否有局部缺肉的地方，用“X”形尺測量其總高度和不同高度部位的直徑，與坩堝比較，來判斷爐襯的使用狀態。

（4）配備計算機管理系統，自動對故障進行診斷分析，對電氣系統、水冷系統等各系統的設置點參數進行掃描判斷，且當參數異常時，發出報警信號，并能顯示、分析和記錄故障信息，這樣故障在初始狀態就會被發現，不會造成嚴重的設備損壞。

3. 日常管理

（1）中頻電爐應配備專職的電爐電工、鉗工和水處理工，在使用過程中時刻監護，且這些人員應有較高的技術水平和較強的責任心，并定期培訓考核。

（2）企業應根據電爐的使用說明書和專業的操作規范制定嚴格周密的中頻電爐使用、維護保養管理制度，并嚴格執行，才能確保其安全運行。

（3）不是連續作業的情況下，每次開爐前要有預熱時間，低功率將爐襯和爐料預熱至暗紅色后，再逐步加大功率。

（4）生產上應盡量保證連續作業，同材質的連續澆注，避免不熔化滿爐的情況，并保證爐料的質量和配料的準確性。

（5）中頻電爐在使用過程中應對水處理系統進行一絲不茍的維護和保養，按要求進行清洗等工作，應給予高度重視，確保水質穩定，避免水冷系統發生結垢、堵塞等危險情況。

（6）中頻電爐的使用、修爐、日常維護保養及維修都應有詳細的記錄，由主管領導定期對其環境、使用、維護、記錄等情況進行檢查，有獎罰制度，嚴格管理。

六、中頻電爐用耐火材料的現狀與發展前景

爐襯耐火材料的好壞和筑爐質量的好壞涉及中頻電爐的熔煉成本、生產周期、安全因素等多個方面。目前，國內的爐襯材料和筑爐技術發展很快，干式搗打料、線圈膠泥和成型坩堝的出現，在很大程度上提高了中頻電爐的爐襯壽命和安全性能，降低了熔煉成本，促進了中頻電爐的發展進步。爐襯材料質量高，搗打技術高，成型坩堝的發展進步及其普及使用率，剛玉質干式搗打料的發展，修補爐襯材料及其技術的發展是中頻電爐爐襯材料的研究方向和發展趨勢。

七、結語

中頻電爐制造技術的發展離不開應用企業的實踐，應用企業的發展離不開中頻電爐制造企業的設備、服務和技術支持，電爐制造企業和應用企業應建立長期互利共贏的合作方式，共同推動中頻電爐制造技術和應用技術的發展進步，將中國的中頻電爐制造業和鑄造行業做精做強，是行業人的中國夢。

袁洪志，齊重數控裝備股份有限公司鑄造廠副主任，高級工程師，從事工藝設計及電爐管理工作。