鑄造用中頻電爐節(jié)能措施

一、中頻感應電爐節(jié)能存在哪些問題？1.供電電壓、孌壓器損耗和影響。不同的供電電壓下，變壓器自身的損耗有所不同，采用合理的供電電壓和相應的變壓器更有利于節(jié)能。變壓器的選用與中頻爐功率的配套常識，現(xiàn)在所有鑄造人都非常熟悉了，我們就不多啰嗦了。2.中頻感應電爐存在的耗能問題。A.不同容量與頻率的選擇。B.額定功率的匹配。C.感應線圈、水電纜的純度和載面積對電耗的影響。D.水垢的影響以及怎樣處理的問題。E.冷卻水溫對電耗的影響F.爐襯方面對節(jié)能的影響。3.熔煉過程中，在熔煉配料、熔煉工藝、熔煉時間以及設備維護方面對節(jié)能的影響。當我們把上面這些事項都能調(diào)整到最佳時，我們的電爐將鑄造廠用最經(jīng)濟成本生產(chǎn)出最多的鐵水來。

二、中頻感應電爐各部分損耗分析1.中頻感應電爐使用廠家一般都采用S7、S9型節(jié)能型電能變壓器，但其電壓低，不適合中頻感應電爐能能，達不到很好的效果。中頻爐與變壓器搭配不合理，常常造成不必要的電能損耗。2.鋼失生產(chǎn)廠家選擇中頻感應電爐的容量、頻率和其匹配的額定功率不合適，導致不必要的損耗。3.目前市場上一方面由一塌解銅不能滿足消費者的需求，另一方中頻感應電爐生產(chǎn)廠家為降低成本大都采用價格低廉的紫銅代替1號電解銅，導致供電線路的電阻增加，熱量損耗相應提高。這問題就牽扯到電爐采購上面了。同樣一臺電爐價格有高有價。行家采購，是綜合評定，外行采購，就可能要被賣家忽悠。4.感應線圈是感應電爐的關鍵部分，是傳遞有用功到被加熱或被熔煉的金屬爐料的主體，其傳遞的能力取決于電流通過感應線圈所產(chǎn)生的磁場強度，即感應器的安匝數(shù)。為了得到大的加熱功率，流過感應器的電流很大，歷年來中頻感應電爐生產(chǎn)廠家一直沿用傳統(tǒng)的感應線圈、水電纜截面的制作模式，普遍采用的導電電流密度大于25A/mm2，感應線圈、電電纜截面小，由于功率因數(shù)的影響，經(jīng)過反復實測爐體額定電流是中頻輸出電流的10倍（電容全并聯(lián)式），銅損又與電流的平方成正比，這些癬使感應線圈、水電纜產(chǎn)生較大的熱量，溫度進一步升高，大量的電能轉化為熱量被循環(huán)水帶走而浪費，以致在感應器中的電量損耗可達到中頻感應電爐有功功率的20%--30%。5.冷卻循環(huán)水水溫的高低對感應線圈的電阻有一定的影響，水溫高，感應線圈電阻值相應升高，導致?lián)p耗增加、產(chǎn)熱量大，然后產(chǎn)生的大量熱使水溫升高，形成惡性循環(huán)，對中頻感應電爐的節(jié)能不利。6.中頻感應電爐線圈中形成的水垢，阻礙了循環(huán)水路，冷卻效果降低，使線圈表面的工作溫度升高，致命耗電增加，甚至如果造成局部過熱，會燒壞線圈造成事故。又由于冷卻水有一定電勢，現(xiàn)有阻垢器的阻垢效果不很明顯。從而造成水垢增加，電能損耗，線圈損壞事故率增加。7.中頻感應電爐的爐襯使用壽命的長短對筑爐電耗有影響，爐襯使用壽命長，相對筑爐電耗就少，所以爐襯的材料選擇、筑爐烘爐工藝的應用，對節(jié)能也有很大的影響。8.中頻感應電爐熔煉工藝的好壞也與電爐的耗電量有著直接關系，配料是否合理、熔煉時間長短、是否連續(xù)熔煉方面存在著相當大的耗能差距，處理不當會造成不必要的電能損耗。9.一些工廠對中頻感應電爐的維護問題沒有給予相當?shù)闹匾?，使襯體、供電系統(tǒng)等不能正常運行，造成了相應的損耗增加。

三、節(jié)能措施1.中頻感應電爐應采用專用變壓器現(xiàn)在我國由于供電政策的規(guī)定，工業(yè)用電采用的變壓器一般為S7、S9型電變壓器，二次電壓輸出為380V。而國外工業(yè)電爐用電的二次輸出電壓為650—780V?？梢?，如果采用中頻感應電爐專用的特種變壓器使二次輸出電壓為650—780，當輸出功率一定時，輸出電流減小為原來的0.585倍，銅損大允降低為原來的1/3，銅損的進一步降低又減少了變壓器的產(chǎn)熱量，使得銅線圈的電阻不至因溫度過高而導致升高。冷卻系統(tǒng)帶走熱量減，節(jié)能效果明顯增加。此外，可以根據(jù)需要，在爐子運行過程中適時地調(diào)節(jié)供電電壓以調(diào)節(jié)爐子的輸入功率，使中頻感應電爐的損耗盡量減到最小。因此，采用中頻感應電爐專用變壓器提高電壓勢在必行。另外，限制變壓器的空載運行在節(jié)能方面也起到一定的作用。在實際應用中，應當在空載時間超過幾小時或停止生產(chǎn)時，斷電接閘，及時停止變壓器的運行，這樣更有利于變壓器的節(jié)能降耗以及提高功率因婁。2.正確選擇中頻感應爐的容量、增大匹配功率爐子容量的選擇，一般主要考慮爐子的生產(chǎn)率是否能滿足鐵水的需要。但是，同一鐵水量，可以選擇單臺大容量爐也可以選擇多臺小容量的爐子，這須根據(jù)實際要求進行分析比較確定。在只是有時需要大量鐵水供生產(chǎn)大型鑄件使用的場合，不宜選用單臺大容量的爐子，而應當在正常生產(chǎn)條件下選擇多臺適當容量的爐子。這樣，即可以提高生產(chǎn)過程靈活性的可靠性，解決單臺大容量中頻感電爐由于事故引起的停產(chǎn)問題，又可以減小熔煉少量鐵水時因為容量過大達不到額定功率而引起的耗電量。感應電爐的容量與爐子的技術經(jīng)濟指標密切相關。一般來說，大容量爐子技術經(jīng)濟指數(shù)高，這是因為隨爐子容量增大，熔化鑄鐵的單位能量損失相應減少。中頻無芯感應電爐主要技術參婁和技術經(jīng)濟指標如下表。爐子容量由0.15噸增大到5噸，電耗由850KW/h/t降低到660KW/h/t.額定功率與額定熔煉容量的比值（即熔煉1千克鋼所匹配的功率）是反映中頻感應電爐熔煉時間以及熔煉電耗的一個標示。當比值大時，熔煉時間短，耗電量小，熔煉化率；反之，則熔煉時間長，耗電量大，熔煉化率低。因此，在同容量下，應增大中頻感應電爐的匹配功率，以提高電爐的熔化效率，降低其耗電。3.感應線圈、水電纜部分改進中頻感應電爐電功率的無功水泵主要是感應線圈和電電纜在電爐運行過程中所引起的銅損，其單位電阻對銅損的影響非常巨大?，F(xiàn)在，一些電爐生產(chǎn)廠為降低成本，感應線圈的銅原料大多采用價格低廉的、電阻值高的紫銅而不是電阻低的1號電解銅，導致感應線圈子和水電纜的電阻較高，單位時間電損耗相對較大。優(yōu)質(zhì)高純銅度銅管，表面顏色發(fā)亮，電阻率低，導電性能好；而劣質(zhì)銅使用的不全是銅質(zhì)材料，銅管發(fā)黑偏硬，由于雜質(zhì)多不能承受大電流，通電發(fā)熱量高。選材時應區(qū)分。（1）增大感應線圈子、水電纜截面各。較大截面的銅導線和銅導體電纜，不僅能減少導線的發(fā)熱及電壓損失，還能增加配電線路的可靠性并適應長期的發(fā)展，而且比經(jīng)濟的觀點講也極有好處，增加的投資能很快收回，用戶在長期使用中能得到更多的效益。以0.5噸400KW的中頻爐為例，感應線圈子為（外形尺寸）30毫米×25毫米×2毫米矩形空心銅管，匝數(shù)為16，線圈直徑為560毫米，工作溫度為80℃，電爐功率因數(shù)為0.1，由計算得感應線圈自身在80℃時的耗電功率為80.96KW。同理，水電纜直徑為60毫米，長2米，計算得自身在80℃的耗電功率為0.42KW。供電線路僅此兩項在80℃時的耗電功率就為81.38KW。隨著感應線圈和水電纜截面積的增加，電阻變化、供電線路節(jié)能效果如下表所示。由上表可以看出，如果感應線圈壁厚增加3毫米、水電纜直徑增加3厘米，則感應圈與水電纜部分每小時耗電量比增加前節(jié)電64.17%，每小時節(jié)電52.22KW，顯著節(jié)約電能。（2）降低感應線圈、水電纜的工作溫度。感應電爐感應線圈和水電纜工作升溫，由于銅存在電阻溫度系數(shù)，其電阻率升高，電阻變大，耗電增加。其線圈工作溫度每升高10℃其電阻增加4%，電能損耗提高4%。當感應線圈的工作溫度從80℃降低到50℃時，電能損耗已降低12%，這對一個較大功率的中頻感應爐來說是相當大的損失。所以，應采用有效的冷卻系統(tǒng)高效地降低供電線路的溫度，盡量避免形成溫度升高---電阻升高---溫度升高這個惡性循環(huán)，減少線路損耗。4.采用新型阻垢器、封閉水冷系統(tǒng)（1）水垢對冷卻系統(tǒng)冷卻能力影響巨大。水垢對銅管使用狀況的影響直接改變了銅管的工作溫度。對銅水垢進行成分分析中發(fā)現(xiàn)，水垢的形主要是國灰水中含有不溶性鹽類和氧化物沉淀。隨著冷卻水溫度的升高，水中鹽類逐漸超過飽和極限，發(fā)生沉淀形成導熱性極差的水垢。水垢沉淀在線圈內(nèi)壁，將會縮小水橫截面積堵塞管道，增加水循環(huán)阻力，阻礙正常的熱交換。又由于水垢的熱導率只有0.464—0.8W/m·K），遠小于銅管的熱導率320W/(m·K)，熱交換率大大降低，從而縮短設備使用壽命。同時，銅管的熱流分布不同，故各處水垢厚度不同，在銅管局部溫度過高位置發(fā)生結垢過厚，就會出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象，從而燒壞線圈、水電纜，甚至引起電器漏電、短路等嚴重安全事故。根據(jù)有關數(shù)據(jù)計算，感應線圈、水電纜內(nèi)壁對縮舍換熱系數(shù)的影響規(guī)律見下表：線圈內(nèi)壁的水垢是一層隔熱層。當水垢厚0.5—4毫米時，綜合傳熱系數(shù)比無水垢時降低22%--70%。換熱能力降低，線圈溫度上升，其電阻值增大，造成無功電耗的增加，當局部溫度較高，有燒毀線圈、水電纜的危險，故必須采取相應措施去除水垢。（2）采用型陰垢器中頻感應電爐冷卻水在感應線圈、水電纜中循環(huán)，其中含有大量離子，現(xiàn)有的一些方法生產(chǎn)的阻垢器對冷卻水阻垢效果不明顯。例如磁化處理法受磁鐵滋性的影響較大，阻垢效果不穩(wěn)定；靜電處理對水中鈣、鎂鹽類的結晶沉淀作用不明顯，而且此類設備的功率器件與水直接接觸，以致立中產(chǎn)生高頻脈沖電壓，對永磁體有強烈的去磁效應而降低阻垢效果；化學試劑法容易造成水質(zhì)變化，且因水中電勢的電角作用而大大降低阻垢效果；靜電場法，聲法也因水中電勢的干擾而降低阻垢效果。為此，研制一種新型阻垢器，它是用數(shù)個電極平衡電容器組，帶電的冷卻水經(jīng)過電容器組產(chǎn)生電勢，并且在電容器上接線圈形成諧振，并聯(lián)諧振電路提高了電極的電壓。線圈同時也對中頻分量短路，形成法拉第籠，降低直流電位差，對金屬如銅、鐵有阻垢作用。在金屬電極上產(chǎn)生的電勢對水中結垢物產(chǎn)生洛化茲力和熱效應，從而疏松、細化水垢結晶物，令其懸浮在水中并定期排出，達到抑制結晶、防止水垢產(chǎn)生的作用。用鉻鋅作電極可防止銅鐵的銹蝕。使用效果表明，設備的新開進阻垢器阻垢效果好，一年清洗一次即可，大大減少了水垢的產(chǎn)生，感應器、水電纜使用壽命大大延長。（3）采用封閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)。感應器冷卻水應清潔而無雜質(zhì)，固體含量不大于10毫克/升，水的電阻率應大于2.5×103·cm，由于硬度偏大的水中含有大量的不溶于性鹽類很容易析出沉淀形成水垢。所以冷卻水應采用硬度低的軟水，以總硬度不大于2.8毫克/升，亞硫酸鹽和氯化物含量不大于50毫克/升的水為宜。最好采遙蒸餾水以盡量減少水垢的形成概率。采用封閉循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有二級循環(huán)水系統(tǒng)，外回路為敞開式循環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)回路為封閉式循環(huán)水系統(tǒng)，其間用水-水熱交換器傳遞熱量，內(nèi)循環(huán)采用軟水和蒸餾水，便于進行水質(zhì)處理，系統(tǒng)可靠性高，運行費用低，對外回水質(zhì)要求不高，因此可以大大提高感應器的使用壽命。（4）嚴格控制感應線圈內(nèi)循環(huán)冷卻水的溫度，從而達到節(jié)能降耗的目的。循環(huán)冷卻水的溫度直接影響著線圈的工作溫度和線圈電阻，對感應電爐的銅損有著相當大的影響。如果進水、出水溫太低，循環(huán)水冷卻將消耗很大的能量，還會從爐體中帶走熱量，增加電耗；如果水溫太高，則不利于感應線圈的冷卻，增加電耗。所以，選擇好冷卻水溫是一個重要環(huán)節(jié)，冷卻水進、出水溫應控制在一個恒定的溫度，進水水溫一般在20—30℃，出水溫度以50℃為宜。

四、筑爐、熔煉及管理對節(jié)能的影響1.提高爐襯壽命對節(jié)能的影響筑爐工藝、烘爐燒結工藝的選擇應確保在爐襯燒結后獲得合理的三層結構，即燒結層、半燒結層和緩沖層的初始厚度大致各占1/3，這是爐襯具有較高使用壽命和保證安全生產(chǎn)必不可少的條件。爐襯壽命的每爐次攤的筑爐電耗就少。（1）改變中頻感應電爐的作業(yè)條件，提高爐襯使用壽命，降損節(jié)能。由于在高溫下爐襯發(fā)生坩堝反應即爐襯中的二氧化硅被鐵液中的碳還原快速腐蝕爐襯，以及不同爐渣引起化學反應使爐襯腐蝕，在高溫下停留時間較長使反應加劇，使爐襯使用壽命縮短。因此，加大中頻感應電爐的配置功率，短時間熔化，能夠有效延長爐襯使用壽命，進而節(jié)能降耗。（2）選擇中性爐襯。這些年研究表明，中性爐襯（高鋁質(zhì)耐火材料）在各種黑色金屬和有色金屬及其合金的熔煉中推廣使用，特別適合精鑄行業(yè)品種多、質(zhì)量高的要求。其熱溫度性，耐火度高，最高可以大于1800℃，爐齡的壽命大大延長，維修筑爐費用大大降低，并且免除了石英砂粉塵對人體健康的危害。以年產(chǎn)380噸合金鋼計算，采用中性爐襯僅材料和維修費用每年可比酸性爐襯節(jié)約2萬多元。2.熔煉工藝節(jié)約能源的分析（1）合理配料。爐料的科學管理對提高中頻感應電爐生產(chǎn)效率、降低能耗具有重要意義。盡量避免因調(diào)整成分而拖延熔煉時間，杜絕因成分不合格而使鐵（鋼）液報廢增加物耗、電耗。爐料必須根據(jù)化學成分、含雜質(zhì)情況及塊度大小進行適當分類，切割大、長型廢鋼，有條件應對輕、薄料打包處理，保證順利加料，減少熔煉jfuj.oyn料塊度的大小應與電源頻率相適應，感應電爐所用電源頻率隨爐子容量的增大而降低。感應電流透入深度和金屬爐料幾何尺寸配合得當（當金屬爐料直徑/感應電流透入深度/＞10時，爐子電效率最高），以縮短加熱時間，提高熱效率，降低電耗。例如Hz中頻電源合適的爐料塊度為8厘米，1000Hz中頻電源合適的爐料塊度為5.7厘米。（2）延長連續(xù)冶煉時間。電能單耗與冶煉方式有很大關系。資料表明，在考慮爐渣的熔化和過熱所需能量損失的情況下，先進的中頻感應電爐冷啟動時，單位電耗為580KW·h/t，熱爐操作時，單位電耗為505—545KW·h/t，如果連續(xù)加料操作，則單位電耗僅為494KW·h/t，因此，有條件的情況下，應盡可能地安排集中連續(xù)冶煉，盡量增加一次冶煉爐次，延長持續(xù)冶煉時間，使冷爐熔煉次數(shù)減少，從而降低電耗。（3）合理的冶煉操作第一、科學裝料，第二、采用合理的供電制度。第三采用合理的爐前操作技術，控制后續(xù)爐料每次加入量，勤觀察、勤搗料，防止爐料“搭棚”。此熔煉