工频炉与中频炉详解.docx

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1、工频感应炉与中频感应炉一、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）台炼设备。它主要作为熔化炉用来）台炼灰口铸铁、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）台炼，另一台备用）、炉盖、炉

2、 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。GW系列工频炉本系列GW工频无芯感应熔化炉可供熔化各种碳素钢、铸铁和特种铸铁（炼钢脱氧剂等）， 增加排烟装置还可熔化铜及铜合金。本系列熔化炉其额定容量从0.2510T共七个规格。特点：1、使用可靠，操作简单，停电时机械方式可用手动倾炉2、熔化速度快，

3、节省能源，且无污染3、金属烧损少，劳动条件好4、电路结构简单，节省场地，易于维护组成：（GW-1.5-420）炉体：一台/两台；炉前控制柜：一台；主接触器补偿柜：一台；液压站：一台（液压方式）；电器设备：三台，倾炉控制柜：一台（液压方式） 水冷电缆：24条。GW-1.5-420工频无芯感应焰化炉（增强型）在脱氧剂生产的应用GW系列工频无芯感应熔化炉，目前已被广泛使用在许多炼钢脱氧剂生产厂家，并得到广泛 的好评。仅，本溪冶炼厂，就购买我厂GW系列工频无芯感应熔化炉达8套，其中GW-1.5 吨工频无芯感应熔化炉（增强功率）有7套，3吨工频无芯感应熔化炉有1套，年产值可达 3亿多元，因此我厂生产该种

4、型号电炉在同行业中，作为生产脱氧剂的主要设备，在节能， 产量等各方面，为同行业领先者，对生产脱氧剂感兴趣的客户，可带领实地考察，提供生产 咨询，和技术上指导。广销全国地区，如：辽宁本溪、鞍山，河南南阳，河北邯郸，内蒙古包头。GW系列工频无芯感应熔化炉主要技术参数:型号坩埚容 量t额定功 率 kw频率变压器 容量KVA熔化率t/h额定 电压 V单位电 耗 kwh/t最高工作温度C冷却水耗用 量m /hGW-0.25-1700.25170502500.1838070016002.0GW-0.5-2000.5200503150.3838064016003.2GW-0.75-2500.75250504

5、000.5738062016004.5GW-1.5-4201.5420506301.138052016008.0GW-3-75037505012501.6380500160010GW-5-1100511005016001.9380500160019GW-10-27001027005040004.6380500160030功率各异根据实际需要进行改变，产量等也随之变化GWL系列可倾式工频感应熔铝炉用途；本系列GWL可倾式工频感应焰铝炉，焰铝炉从0.151.5T共有五个系列。亦可用 于镁、锌、铝、锡及其合金的焰化和保温。组成：炉体由炉架、铸铁坩埚、轭铁、感应器、水冷系统和倾炉装置。GWL系列可倾式

6、工频感应熔铝炉主要参数：（焰铝）型号额定容量 t额定功 率 kw焰化率t/h额定电 压V单位电 耗 kwh/t工作温 度C最高工 作温 度c冷却水压 mpa冷却水 耗用量 m/hGWL-0.15-64Q（铁坩 埚）0.15640.113805307009000.15-0.32.0GWL-0.3-100Q（铁坩 埚）0.31000.183805207009000.15-0.32.5GWLF-0.3-110Q （非铁 坩埚）0.31100.163806507009000.15-0.32.5GWLF-0.5-180Q （非铁 坩埚）0.51800.33806307509000.15-0.34.0GW

7、LF-1.5-400Q （非铁 坩埚）1.54000.653806307509000.15-0.37.0（熔化镁、锌、铅锡等金属时的技术参数）金 属MgZnPbSn项目 型/坩埚装料量 kg焰化 率 kg/h坩埚装料量 kg焰化 率 kg/h坩埚装料量 kg焰化 率 kg/h坩埚装料量 kg焰化 率 kg/hGWL-0.06-264560160200270100180560GWL-0.15-30100400170440480GWL-0.15-641001154003807001904401000GWL-0.3-50210800280880750GWL-0.3-10021021080070014

8、00350880GYT系列工频有芯感应熔铜炉适用于熔化铜及其合金特点：1、适用于连续铸造，价格相对于同等容量无芯感应炉低廉2、操作方便，可定点浇铸3、加热速度快，节省电能，打结炉衬方便，焰化成本低 4、和其他炉型相比较，具有便于调节化学成分之优势，且无污染，适用于文明 生产组成：电炉由炉体、炉架、轭铁、感应器、水套、倾运机构、电器控制柜、调压器、电 容器架、操纵台等。GYT系列工频有芯感应熔桐炉主要技术参数:型号焰炼金 属额定容量t额定温 度C额定 功率 kw额定 电压V焰化率 t/h焰化电 耗 kw.h/t冷却水 压kwf /cm*cm冷却水 耗t/h倾炉方 式GYT0.15-60铜0.15

9、1200603800.15380240.5机械传 动GYT0.3-800.301200803800.333024100020001000200060002000300014000a、对于中频电源的二次冷却水必须进行过滤，消除水质中的各类杂质，以免堵塞冷却管道引起事故。b、进水温度+535C ;出水温度不超过55C ;进水压力0.2一0.4 Mpa。4、工作原理：工作原理就是电磁感应定律的实际应用之一。我们将感应器作为一次线圈，坩埚中的金 属作为二次线圈。当给感应线圈通上交流电时就产生交变磁通，此磁通的大部分交链着坩埚 中的金属炉料，于是在炉料中产生感应电势，又由于炉料是导体且呈闭合回路，在该感

10、应电 势的作用下产生强大的感应电流I,又由于电流的趋表效应和炉料有电阻R,因此产生大量 焦耳热，从而使炉料加热以至熔化。用电热转换公式表示如下：热能公式：W=l2Rt （焦耳）热能公式：Q=0.239l2Rt （卡）式中：I为炉料中的电流A; R为炉料电阻Q;t为通电时间sec。5、炉衬材料、筑炉和烧结：5.1本系统安装尽管不是很复杂，但要求很高。这是因为工作场合特殊的缘故一一强 大的电能、水流、高温熔化金属及油压系统等皆工作在一个十分紧凑的矛盾环境中，特别是 炉衬制造质量、维护水平及操作人员的责任心都会影响炉衬寿命，甚至于发生漏炉，加之操 作不当，严重的话，还会引起金属喷溅和爆炸事故。所以，

11、必须引起高度重视、这里仅就容 易发生毛病的炉衬问题加以说明。炉衬必须能耐高温，有很高的高温机械强度、良好的热化 学稳定性和电气绝缘性能。此外，还必须有较小的热膨胀系数，耐剧冷剧热性能好。（线圈 耐火胶泥必须充分干燥）5.2铸铁熔化常用石英砂做炉衬，按一定粒度配比，加入适量硼酸做粘结剂，然后搅拌均匀即可用。对石英砂要求碱性杂质少，金属氧化物少，石英含量要高，其成分如下：SiO98.799.3%2Al O0.30.5%23Fe O0.010.3%23TiO0.050.15%2石英砂中应无夹杂物，并经手拣和磁选，过筛后在120C左右烘干56h，除去水分（一般含量0.5%左右）。石英砂粒度配比：粗颗粒

12、在炉衬中起骨架作用，增加炉衬强度；细颗粒起填充和粘 结作用。为了获得更高致密性的炉衬，根据生产实践，推荐采用以下配方，供参考：6 -8 目：30%； 10-20 目：20%； 40-70 目：15%； 70 140 目：15%； 200270 目： 20%外加工业硼酸1.21.8%,工作温度越高硼酸量越小，一般的配比:炉底0.51.0%； 炉壁 1.5一1.8% ；炉口 1.8一2.0%。5.3炉衬结构一般如下图所示，铺设顺序由外向里逐次进行（具体见提供的“炉体” 图纸）。每层接缝处搭接宽度3040mm，应铺得紧贴外层，然后轮番用“涨圈”固定，不使 下滑脱落。5.4打结料必须搅拌均匀，防止杂质

13、混入和二次吸潮。近年来国内已能提供专用各种 石英砂混合料，为密封袋包装，可以较长期保存，用户可直接用此炉料，不必再行搅拌，且 料中含有硼酸，烘炉时间缩短。5.5筑炉工具：筑炉工具有手工和电动两种。前者需自制，常用手工筑炉工具有钢叉、平锤等。：“手工一电动”筑炉机，用的钢叉与平锤比上图大些，将电振机头与钢管连接，1-2 人操作，比手工效率高一倍以上。还有部分机械化大型筑炉机“电动、气动”，效率更高，只要准备工作充分，全部 筑炉时间在0.5一1.5小时内全部完成，且质地均匀。5.6 手动筑炉：5.6.1炉底：先将“第一电极”束好，留出足够长度后，其余部分穿入炉底孔中并用 石棉绳塞紧，用砂浆充填封口

14、。炉底分层，填沙捣打，第一层铺100mm厚，以后每层铺60一 80mm，用钢叉捣打，由4一5人同时进行。由于各人捣打有差异，故要求一边捣打，一边绕炉口移动，连续捣5一6遍再用平锤捣实，然后扒松表层，续填下一层沙，这样做不易分层。5.6.2炉壁：炉底打到比预定厚度高出2030mm时，将多余部分铲掉刮平，用水平 仪校正炉底水平，检查至炉顶尺寸，再用平锤捣一遍，将第一电极外露50mm剪断，放入坩 埚钢模。找正中心，并用木楔将其固定（对于710吨以上坩埚模可分成两段，便于手工打 结），开始打结炉壁。因为炉壁比炉底薄得多，经受温差变化大，铁水冲刷剧烈，所以要特 别致密地捣打。炉部位300mm以上另加上水

15、玻璃溶液（1: 1） 5一6%。每层打结方法同上。5.7烘炉与烧结：烘炉与烧结炉衬是获得优良高温强度的一个重要环节。烧结工艺是根据是石英砂的 多晶转化特性和炉子的容量决定的。5.7.1为了供用户制定炉衬烘炉烧结工艺规程，这里给出“石英砂一硼酸”系炉衬 烘炉过程中的转化和升温速度原则，供参考：温度炉衬的内部变化升温速度原则1250石英激烈转变为鳞石英，在1470C又向方石英转变膨胀开裂倾向很大，应慢速升温，在1500C1550C保温 23h必须指出：SiO2多晶转变是十分缓慢的，即使烘炉烧结完成，那也是表层很薄一层， 经过加厚至1030mm，这与炉温有关。靠近感应器为松散层，靠铁水为烧结层，中间

16、为过 渡层。这一结构特性能防止透烧开裂，能保持炉衬整体性和可靠性，对不断促使炉衬致密 化是十分有益的，这是其他一般耐火材料所不具备的优点。烘炉烧结的要领是：低温缓慢升温，高温满炉烧结，炉料要求低碳少锈。整个过程 分三个阶段进行。5.7.2烘炉阶段：坩埚模到达1100C以前，必须缓慢加热，以便硼酸中的结晶水（约 占重量43%）和炉衬材料中的水分慢慢排出炉外。此外，还因为石英在573C、867C和1025C 时有多晶转变，引起体积膨胀，在此区间缓慢加热可以使局部膨胀应力分散开，裂纹少，故 升温速度以100140C/h为宜，需 厂。5.7.3熔化阶段：当坩埚模的温度达11001200C时陆续加入小块

17、料，为减小炉温波 动过大，每次投料不宜过多，以200400kg左右为宜，当全部熔化使铁水面上升至炉口 250mm 左右为止。此阶段前期（未熔化）功率较高，约为60%额定功率，可使炉料迅速升温，降低 炉衬温差。待全部熔化前，应立即降低功率减少冲刷力继续升温，需时约5h以上。5.7.4烧结阶段：继续升温至1550C左右后保温23h，以使炉衬在高温成具有足够 强度的硬壳，然后倾出全部铁水，检查炉衬表面烧结状况，在返回1/2炉铁水，加料连续熔 化至少23炉方可停炉。在此阶段中，由于炉衬中仍含有水汽，防止对感应圈绝缘的影响， 炉衬强度较差，减少金属液搅拌冲刷的危害，所以送电功率不超过7580%额定功率，

18、谨记。5.7.5保温、冷却：炉子保温或空炉冷却时，应盖好炉盖，周围封严，减少供水量， 以便炉衬缓慢冷却达到均匀收缩，减少裂缝。5.7.6利用其他炉子的低温铁水烧结炉衬：在有条件的工厂，为了减少反复加料温降， 可以采用坩埚钢模未熔化前注满铁水（其他炉子的铁水），用低功率升温，其他同前。注意：炉温 500C时热偶要贴靠坩埚模，之后再移至炉膛中心。还有，烘炉曲 线是通过调节功率和断续送电二者配合来达到的。5.7.7烘炉烧结参考曲线：根据以上原则和实践，制定如下烘炉曲线，供参考。说明：曲线A适于1.53t炉；曲线B适于510t炉，其他炉型可参考此原则制定。这里影响时间长短的因素主要取决于排除炉衬水分量

19、和陆续加料容量大小。例如，20吨炉总时间在60h以上。曲线上0a为升温段；曲线上ab为反复加料段；曲线上bc为加热熔化段；曲线上cd为过热段；曲线上de为保温初步烧结段。5.7.8坩埚模的推荐尺寸（参考）:炉体吨位（吨）0.10.150.250.350.50.751.01.52.02.53.05.0感应器内径mm3603804204805806207207608208609201140坩埚平均直径mm220240280330420460540550580620650860中频电炉在现代化铸造生产中的地位及其发展方向现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

20、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重要。 铸造车间改造和新建铸造车间中，感应电路的改造和添置往往放在首先考虑的位置。高效、可靠和作业灵活的感应电炉的制造技术的发展，确立感应电炉在铸造生产中的重要地位。从表 1.看出，与工频感应电炉相比，无论从技术性能还是从投资方面来说，中频感应电炉具有无可争议的优势地 位。这使得它自20世纪80年代后期在欧、美等发达国家得到广泛应用，基本上替代了工频感应电炉。自 20世纪90年代起，随着中国电子技术的飞速发展，大功率的国产固态中频电源已得到成功的开发、生产和 应用。因此，工频感应电炉在中国也已逐渐

21、在市场上消失，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。表1.中频与工频感应电炉的性能比较（以铸铁件为例）序 号比较指标中频感应电炉工频感应电炉评论1功率密度6001400kw/t300kw/t每吨炉容的配置功率密度允许值随频率变 化，见表22熔化作业方法批料熔化法残液熔化法见注13对加入炉料要求要求小要求高指料块大小，炉料干燥程度等加料要求4熔化单耗500540kw/t500600kwh/t由于中频炉的功率密度大，热损失小，熔化 时间短，其总效率高5功率调节范围0100%无级调节有级调节工频炉的功率调节还涉及三香平衡的调节， 较复杂6功率自动调节可以困难功率自动调节

22、功能是实现节能模式作业和 恒率输出的前提7溶液的搅拌效应可调大且固定中频炉的搅拌效应大小随频率变成而逆向 变化，因此对于铝合金熔化可以提高工作频 率来减小的搅拌，降低铝液在熔化过程中的 氧化烧损8实现节能模式作 业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 避免溶液的热处理9实现恒力功率输 出的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，降低熔化单耗10冶金作业特性溶液无多次过热 现象溶液存在多次 过热现象这是由于工频炉须实行残液熔化作业，每次 浇注后嵌锅内须留存1/3左右的残留溶液11故障诊断及保护 功能完全，强部分中频电炉可实现自我故障诊断和保护，减少 维修时间和工

23、作量12与计算机可网可 能性可以困难中频电炉可以与计算机熔化过程自动控制 管理系统连接13对于电网的高次 谐波污染有无中频电源对网的高次谐波污染可以采取措 减小或消除14电源占用空间比 率3040%100%15总投资比率8590%注:1以批料熔化方法作业的中频炉可以每次将溶液倒空，冷炉起炉时不需起熔块，对块料尺 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。、 配置高功率密度的电炉的开发和应用电炉功率愈高，其功率密度值愈高。由于同样容量的电炉配置高功率后，其单位时间内 输入到炉料中有效能量增加，熔化时间降低，使得电炉的总效率得以提高，熔化单耗也降低。 此外，具有

24、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中频感应炉的原因。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 kw800kw/t，小容量熔 化炉的功率密度配置可高达1000kw/t以上，国内制造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。目前这样 受到炉衬的使用寿命和生产管理配套设备2个因素的限制。因为在高功率密度情况下工作的 炉衬受到强烈的溶液搅拌效应的冲刷，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的感应熔化电炉的生产

25、能力大，需要配置相应的自动化加料装置；否则电路的功率利用系数将大大降低，失去高功率密度的意义。减小中频电源对于电网的高次和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）不在是正弦波。因此，固体中频电源在工作时产生的谐波电流不可避免的注入电 网，造成电压正弦波形畸变，使电能质量下降，影响其他设备的正常工作。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 已达到6000kw以上），其他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。中频固态电源对于电网的谐波与干扰程度重要取决于它向

26、电网的公共连接点处的谐波 是否超出国家颁布的标准（见GB/T14549-93）。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：增加电流的整流相数。该措施可以消除5、7、17. 19次谐波（常用方式）；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（需定制，设 备成本高，增加了故障点）；改变供电点，将中频电源接到短路容量较大的公用电网上（国内电器元件部分不 能满足设计要求）；我公司在中频电源对于电网的高次谐波的污染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谐波电流并低了 11次及余下个次谐波电流的数值，从而满足了国 家标准中对于电能质量的要求。目前国内中

27、频感应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， 见表3.铸铁、铸钢及有色金属中频电炉熔化国内外熔化单耗指标（kwh/t）序号熔化金属种类国外先进指标国内先进指标国家或行政指标备注1铸铁（1450C）490一500510一550545750110t炉容2铸钢（1600C）525540一56056078915t3铝及铝合金（700C）500510一5505456750.厂5t炉容4铜（1250C）*400440510570110t如前分析，影响熔化单耗指标的因素主要有:感应电炉功率密度配置的高低；熔化周期内恒功率输出时间的比例大小；感应电炉的效率及感应线圈的电效率高低。国外先进的感应电炉总效率高达75%，感应线圈电效 率高达80%。我公司采用的优化感应线圈的设计，线圈店效率达75%，电炉总效率达70%，指标 接近国外先进技术水平中频电源转换效率的高低。国外先进的电源转换率97一98,我公司的中频电源的转化效率已接 近 95%。