铸造用中频电炉节能措施.docx

一、中频感应电炉节能存在哪些问题？1 .供电电压、娈压器损耗和影响。不同的供电电压下，变压器自身的损耗有所不同，采用合理的供电电压和相应的变压器更有利于节能。变压器的选用与中频炉功率的配套常识，现在所有铸造人都非常熟悉了，我们就不多啰嗦了。2 .中频感应电炉存在的耗能问题。A.不同容量与频率的选择。B.额定功率的匹配。C.感应线圈、水电缆的纯度和载面积对电耗的影响。D.水垢的影响以及怎样处理的问题。E.冷却水温对电耗的影响F.炉衬方面对节能的影响。3 .熔炼过程中，在熔炼配料、熔炼工艺、熔炼时间以及设备维护方面对节能的影响。当我们把上面这些事项都能调整到最佳时，我们的电炉将铸造厂用最经济成本生产出最多的铁水来。二、中频感应电炉各部分损耗分析1.中频感应电炉使用厂家一般都采用S7、S9型节能型电能变压器，但其电压低，不适合中频感应电炉能能，达不到很好的效果。中频炉与变压器搭配不合理，常常造成不必要的电能损耗。4 .钢失生产厂家选择中频感应电炉的容量、频率和其匹配的额定功率不合适，导致不必要的损耗。5 .目前市场上一方面由一塌解铜不能满足消费者的需求，另一方中频感应电炉生产厂家为降低成本大都采用价格低廉的紫铜代替1号电解铜，导致供电线路的电阻增加，热量损耗相应提高。这问题就牵扯到电炉采购上面了。同样一台电炉价格有高有价。行家采购，是综合评定，外行采购，就可能要被卖家忽悠。6 .感应线圈是感应电炉的关键部分，是传递有用功到被加热或被熔炼的金属炉料的主体，其传递的能力取决于电流通过感应线圈所产生的磁场强度,即感应器的安匝数。为了得到大的加热功率，流过感应器的电流很大，历年来中频感应电炉生产厂家一直沿用传统的感应线圈、水电缆截面的制作模式，普遍采用的导电电流密度大于25Amm2,感应线圈、电电缆截面小，由于功率因数的影响，经过反复实测炉体额定电流是中频输出电流的10倍（电容全并联式）,铜损又与电流的平方成正比，这些癣使感应线圈、水电缆产生较大的热量，温度进一步升高，大量的电能转化为热量被循环水带走而浪费，以致在感应器中的电量损耗可达到中频感应电炉有功功率的20%-30%.7 .冷却循环水水温的高低对感应线圈的电阻有一定的影响，水温高，感应线圈电阻值相应升高，导致损耗增加、产热量大，然后产生的大量热使水温升高，形成恶性循环，对中频感应电炉的节能不利。8 .中频感应电炉线圈中形成的水垢，阻碍了循环水路，冷却效果降低，使线圈表面的工作温度升高，致命耗电增加，甚至如果造成局部过热，会烧坏线圈造成事故。又由于冷却水有一定电势，现有阻垢器的阻垢效果不很明显。从而造成水垢增加，电能损耗，线圈损坏事故率增加。9 .中频感应电炉的炉衬使用寿命的长短对筑炉电耗有影响，炉衬使用寿命长，相对筑炉电耗就少，所以炉衬的材料选择、筑炉烘炉工艺的应用，对节能也有很大的影响。10 中频感应电炉熔炼工艺的好坏也与电炉的耗电量有着直接关系，配料是否合理、熔炼时间长短、是否连续熔炼方面存在着相当大的耗能差距，处理不当会造成不必要的电能损耗。11 一些工厂对中频感应电炉的维护问题没有给予相当的重视，使衬体、供电系统等不能正常运行，造成了相应的损耗增加。三、节能措施1.中频感应电炉应采用专用变压器现在我国由于供电政策的规定，工业用电采用的变压器一般为S7、S9型电变压器，二次电压输出为380VC而国外工业电炉用电的二次输出电压为650780Vo可见，如果采用中频感应电炉专用的特种变压器使二次输出电压为650780,当输出功率一定时，输出电流减小为原来的0.585倍，铜损大允降低为原来的1/3,铜损的进一步降低又减少了变压器的产热量，使得铜线圈的电阻不至因温度过高而导致升高。冷却系统带走热量减，节能效果明显增加。此外，可以根据需要，在炉子运行过程中适时地调节供电电压以调节炉子的输入功率，使中频感应电炉的损耗尽量减到最小。因此，采用中频感应电炉专用变压器提高电压势在必行。另外，限制变压器的空载运行在节能方面也起到一定的作用。在实际应用中，应当在空载时间超过几小时或停止生产时，断电接闸，及时停止变压器的运行，这样更有利于变压器的节能降耗以及提高功率因娄。2,正确选择中频感应炉的容量、增大匹配功率炉子容量的选择，一般主要考虑炉子的生产率是否能满足铁水的需要。但是，同一铁水量，可以选择单台大容量炉也可以选择多台小容量的炉子，这须根据实际要求进行分析比较确定。在只是有时需要大量铁水供生产大型铸件使用的场合，不宜选用单台大容量的炉子，而应当在正常生产条件下选择多台适当容量的炉子。这样，即可以提高生产过程灵活性的可靠性,解决单台大容量中频感电炉由于事故引起的停产问题，又可以减小熔炼少量铁水时因为容量过大达不到额定功率而引起的耗电量。感应电炉的容量与炉子的技术经济指标密切相关。一般来说，大容量炉子技术经济指数高，这是因为随炉子容量增大，熔化铸铁的单位能量损失相应减少。中频无芯感应电炉主要技术参娄和技术经济指标如下表。要2/中频若重宣电和给主要技术参舒和歧#经济指后用子容.八a15.51二55_氯R至100250500100O2000_频率/HZ10001000100010400工作温度1600160016006001600生产率/(t-h1)120.350.801.53.33电耗/(kWhL)850750690680660炉子容量由0.15吨增大至U5吨，电耗由850KWht降彳氐到660KWht.额定功率与额定熔炼容量的比值（即熔炼1千克钢所匹配的功率）是反映中频感应电炉熔炼时间以及熔炼电耗的一个标示。当比值大时，熔炼时间短，耗电量小，熔炼化率；反之，则熔炼时间长，耗电量大，熔炼化率低。因此，在同容量下，应增大中频感应电炉的匹配功率，以提高电炉的熔化效率，降低其耗电。3.感应线圈、水电缆部分改进中频感应电炉电功率的无功水泵主要是感应线圈和电电缆在电炉运行过程中所引起的铜损，其单位电阻对铜损的影响非常巨大。现在，一些电炉生产厂为降低成本，感应线圈的铜原料大多采用价格低廉的、电阻值高的紫铜而不是电阻低的1号电解铜，导致感应线圈子和水电缆的电阻较高,单位时间电损耗相对较大。优质高纯铜度铜管，表面颜色发亮，电阻率低，导电性能好；而劣质铜使用的不全是铜质材料，铜管发黑偏硬，由于杂质多不能承受大电流，通电发热量高。选材时应区分。（1）增大感应线圈子、水电缆截面各。较大截面的铜导线和铜导体电缆，不仅能减少导线的发热及电压损失，还能增加配电线路的可靠性并适应长期的发展，而且比经济的观点讲也极有好处，增加的投资能很快收回，用户在长期使用中能得到更多的效益。以0.5吨400KW的中频炉为例，感应线圈子为（外形尺寸）30毫米义25毫米X2毫米矩形空心铜管，匝数为16,线圈直径为560毫米，工作温度为80C,电炉功率因数为OL由计算得感应线圈自身在80时的耗电功率为80.96KWC同理，水电缆直径为60毫米，长2米，计算得自身在80C的耗电功率为0.42KWC供电线路仅此两项在80时的耗电功率就为81.38KWo随着感应线圈和水电缆截面积的增加，电阻变化、供电线路节能效果如下表所示。,耒江中频感应炉线圈壁厚、水电缆直径增加与其节能效昊对BB星至里享增加mm0。51.52-2.513RR%17a466415549746.3640.4835.79M直径窜加mm051015202530ZR/%Ioo85.217S4764.0056.25松83三过电(kWh)017.5029.1436.6143.614a40当季导节电/%0215135>804498由上表可以看出，如果感应线圈壁厚增加3毫米、水电缆直径增加3厘米，则感应圈与水电缆部分每小时耗电量比增加前节电64.17%,每小时节电52.22KW,显著节约电能。(2)降低感应线圈、水电缆的工作温度。感应电炉感应线圈和水电缆工作升温，由于铜存在电阻温度系数，其电阻率升高，电阻变大，耗电增加。其线圈工作温度每升高10°C其电阻增加4%,电能损耗提高4%。当感应线圈的工作温度从80C降低到50时，电能损耗已降低12%,这对一个较大功率的中频感应炉来说是相当大的损失。所以，应采用有效的冷却系统高效地降低供电线路的温度，尽量避免形成温度升高一电阻升高一温度升高这个恶性循环，减少线路损耗。4,采用新型阻垢器、封闭水冷系统(1)水垢对冷却系统冷却能力影响巨大。水垢对铜管使用状况的影响直接改变了铜管的工作温度。对铜水垢进行成分分析中发现，水垢的形主要是国灰水中含有不溶性盐类和氧化物沉淀。随着冷却水温度的升高，水中盐类逐渐超过饱和极限，发生沉淀形成导热性极差的水垢。水垢沉淀在线圈内壁，将会缩小水横截面积堵塞管道，增加水循环阻力，阻碍正常的热交换。又由于水垢的热导率只有0.4640.8Wm-K),远小于铜管的热导率320W(mK),热交换率大大降低，从而缩短设备使用寿命。同时，铜管的热流分布不同，故各处水垢厚度不同，在铜管局部温度过高位置发生结垢过厚，就会出现局部过热现象，从而烧坏线圈、水电缆，甚至引起电器漏电、短路等严重安全事故。根据有关数据计算，感应线圈、水电缆内壁对缩舍换热系数的影响规律见下表：表28水垢对综合换热系数的影响学垢厚度”mmI。51t523I4综合换热系数降低/点一|22I37I46SI一线圈内壁的水垢是一层隔热层。当水垢厚0.54毫米时，综合传热系数比无水垢时降低22%-70%.换热能力降低，线圈温度上升，其电阻值增大，造成无功电耗的增加，当局部温度较高，有烧毁线圈、水电缆的危险，故必须采取相应措施去除水垢。(2)采用型阴垢器中频感应电炉冷却水在感应线圈、水电缆中循环，其中含有大量离子，现有的一些方法生产的阻垢器对冷却水阻垢效果不明显。例如磁化处理法受磁铁滋性的影响较大，阻垢效果不稳定；静电处理对水中钙、镁盐类的结晶沉淀作用不明显，而且此类设备的功率器件与水直接接触，以致立中产生高频脉冲电压，对永磁体有强烈的去磁效应而降低阻垢效果；化学试剂法容易造成水质变化，且因水中电势的电角作用而大大降低阻垢效果；静电场法，声法也因水中电势的干扰而降低阻垢效果。为此，研制一种新型阻垢器，它是用数个电极平衡电容器组，带电的冷却水经过电容器组产生电势，并且在电容器上接线圈形成谐振，并联谐振电路提高了电极的电压。线圈同时也对中频分量短路，形成法拉第笼，降低直流电位差，对金属如铜、铁有阻垢作用。在金属电极上产生的电势对水中结垢物产生洛化兹力和热效应，从而疏松、细化水垢结晶物，令其悬浮在水中并定期排出，达到抑制结晶、防止水垢产生的作用。用铝锌作电极可防止铜铁的锈蚀。使用效果表明，设备的新开进阻垢器阻垢效果好，一年清洗一次即可，大大减少了水垢的产生，感应器、水电缆使用寿命大大延长。(3)采用封闭式循环冷却系统。感应器冷却水应清洁而无杂质，固体含量不大于10毫克/升，水的电阻率应大于2.5X1O3cm,由于硬度偏大的水中含有大量的不溶于性盐类很容易析出沉淀形成水垢。所以冷却水应采用硬度低的软水，以总硬度不大于2.8毫克/升，亚硫酸盐和氯化物含量不大于50毫克/升的水为宜。最好采遥蒸储水以尽量减少水垢的形成概率。采用封闭循环冷却水系统，这种系统具有二级循环水系统，外回路为敞开式循环系统，内回路为封闭式循环水系统,其间用水水热交换器传递热量,内循环采用软水和蒸储水，便于进行水质处理，系统可靠性高，运行费用低，对外回水质要求不高，因此可以大大提高感应器的使用寿命。(4)严格控制感应线圈内循环冷却水的温度，从而达到节能降耗的目的。循环冷却水的温度直接影响着线圈的工作温度和线圈电阻，对感应电炉的铜损有着相当大的影响。如果进水、出水温太低，循环水冷却将消耗很大的能量，还会从炉体中带走热量，增加电耗；如果水温太高，则不利于感应线圈的冷却，增加电耗。所以，选择好冷却水温是一个重要环节，冷却水进、出水温应控制在一个恒定的温度，进水水温一般在2030,出水温度以50为宜。四、筑炉、熔炼及管理对节能的影响1.提高炉衬寿命对节能的影响筑炉工艺、烘炉烧结工艺的选择应确保在炉衬烧结后获得合理的三层结构,即烧结层、半烧结层和缓冲层的初始厚度大致各占1/3,这是炉衬具有较高使用寿命和保证安全生产必不可少的条件。炉衬寿命的每炉次摊的筑炉电耗就少。（1）改变中频感应电炉的作业条件，提高炉衬使用寿命，降损节能。由于在高温下炉衬发生地烟反应即炉衬中的二氧化硅被铁液中的碳还原快速腐蚀炉衬，以及不同炉渣引起化学反应使炉衬腐蚀，在高温下停留时间较长使反应加剧，使炉衬使用寿命缩短。因此，加大中频感应电炉的配置功率，短时间熔化，能够有效延长炉衬使用寿命，进而节能降耗。（2）选择中性炉衬。这些年研究表明，中性炉衬（高铝质耐火材料）在各种黑色金属和有色金属及其合金的熔炼中推广使用，特别适合精铸行业品种多、质量高的要求。其热温度性，耐火度高，最高可以大于1800°C,炉龄的寿命大大延长，维修筑炉费用大大降低，并且免除了石英砂粉尘对人体健康的危害。以年产380吨合金钢计算，采用中性炉衬仅材料和维修费用每年可比酸性炉衬节约2万多元。2.熔炼工艺节约能源的分析（1）合理配料。炉料的科学管理对提高中频感应电炉生产效率、降低能耗具有重要意义。尽量避免因调整成分而拖延熔炼时间，杜绝因成分不合格而使铁（钢）液报废增加物耗、电耗。炉料必须根据化学成分、含杂质情况及块度大小进行适当分类，切割大、长型废钢，有条件应对轻、薄料打包处理，保证顺利加料，减少熔炼jfuj.Oyn料块度的大小应与电源频率相适应，感应电炉所用电源频率随炉子容量的增大而降低。感应电流透入深度和金属炉料几何尺寸配合得当（当金属炉料直径/感应电流透入深度/>10时，炉子电效率最高），以缩短加热时间，提高热效率，降低电耗。例如Hz中频电源合适的炉料块度为8厘米，IOoOHZ中频电源合适的炉料块度为5.7厘米。（2）延长连续冶炼时间。电能单耗与冶炼方式有很大关系。资料表明，在考虑炉渣的熔化和过热所需能量损失的情况下，先进的中频感应电炉冷启动时，单位电耗为580KWht,热炉操作时，单位电耗为505545KWht,如果连续加料操作，则单位电耗仅为494KWht,因此，有条件的情况下，应尽可能地安排集中连续冶炼，尽量增加一次冶炼炉次,延长持续冶炼时间，使冷炉熔炼次数减少，从而降低电耗。（3）合理的冶炼操作第一、科学装料,第二、采用合理的供电制度。第三采用合理的炉前操作技术，控制后续炉料每次加入量，勤观察、勤捣料，防止炉料“搭棚”。此熔炼熔炼作业中，采用浇注前短时间升温，而其余时间铁液保持较低温度，可减少高温铁液对炉衬的侵蚀，延长炉衬使用寿命，降低电耗。第四、采用可靠的温度控制与测量设备。第五、推广直读光谱，缩短铸件成分检查时间。第六、严格控制钢、铁液的出炉温度。第七、及时、足量投放保温覆盖剂、除渣剂。在钢液转移到盛钢包后应立即投放适量的保温覆盖剂、除渣剂，可以减少钢液镇静浇注过程的热损失,出钢温度就可以适当降低，以节约电耗。（4）加强熔炼设备的管理、维护以达到节电节能的目的。加强对熔炼设备的管理，规范筑炉、烘炉、烧结、熔炼等操作工艺要求和中频电源维护保养制度，有效提高炉龄，保证中频电源的正常运转，从而降低熔炼电耗。