1、（電爐）丁方心樂法耐火材料（上海）有限公司摘要本文通過作者多年從事鑄造設備，材料服務工作中和有實踐經驗的廣大鑄造車間領導，技術人員，國外同行的交流，得到的一些經驗之談。在中頻爐、沖天爐-感應爐雙聯等熔化工藝作較詳細的分析和建議。供同行們交流，指正，希望熔化工部在質量，產量，環保提高的同時，從管理上獲得節能的可行性。及可以采取的節能措施。由于對沖天爐的認識不足，不予評論，本文以電爐熔化，保溫為基本對象。本文有部分引用殷經星先生的文章。一.熔化工藝的確定應以節能為首要條件。在新廠建設和老廠改造的規劃時，當產品的方向，產量目標確定后，熔化工藝應該就確立了。不同行業鑄造廠熔化工藝；汽車零部件鑄造；沖天

2、爐/保溫電爐/保溫澆鑄爐聯用。球墨鑄管：沖天爐/保溫電爐聯用。通用鑄造；沖天爐+保溫電爐/或中頻爐選用機床鑄造：沖天爐/保溫電爐聯用。合金鑄造；中頻爐小件多品種：中頻爐目前，由于對環保的越來越嚴格，而沖天爐的環保投資昂貴，加上國內鑄造廠并沒有形成大型，專業性強的特點。決定了目前絕大部分的鑄造廠以各種規格的，效率較低能耗較高的簡易沖天爐，中頻爐熔化為主。耗能指標大大高于國際先進水平。目前國內鑄鐵熔化能耗指標分析中頻電爐在鑄鐵、鑄鋼及有色金屬熔化等方面的國內外熔化單耗（kWh/t）比較，見下表其中國外的“指標”是銷售人員的介紹，作者沒有見過具體報告。國內則有現場記錄。序號熔化金屬類國外指標國內實際

3、使用國家或行業指標備注1鑄鐵(1500C)500550900545750110t爐容2鑄鋼(1600C)600620110056078915t爐容3鋁及鋁合金（700C）5005508005456750.4?5t爐容4銅(1250C)400450800510570110t爐容影響熔化單耗指標的因素主要有:電爐電源方面：感應電爐功率密度配谿的高低；功率密度配谿是指噸容量爐所配備的電源功率。由于中頻電爐的電源配谿是可以根據用戶的熔化速度要求而定，所以，從上表也可以按每小時的熔化率來定電爐功率密度配谿的高低。電爐功率密度配谿得高，熔化速度就快，就能達到節能的要求。但是過高的密度對爐襯材料會引起傷害。

4、熔化周期內功率輸出時間的比例大小；同樣，如果電爐在熔化過程的起始階段不能大功率送電，也就是我們通常講的，功率因素低，而熱耗并不減少，所以電爐能否保持高功率因素向爐內送電，也是能耗高低的區別，也是企業是否能“環保”運行的一項指標。感應電爐的效率及感應線圈的電效率高低。國外先進的感應電爐總效率高達75%感應線圈電效率高達85%。國內先進的設計，線圈電效率達80%，電爐總效率達73%,兩項指標接近國外先進水平。中頻電源轉換效率的高低。國外先進的電源轉換效率已達9798%,國內先進的設計；中頻電源的轉換效率已接近97%。本項主要能耗在電抗，電容的效率上。電爐單元的布谿：電源離爐體的距離，送電銅排的長短

5、，水冷電纜的長短，電源進電電壓-高壓變壓器離電源的距離。都是影響電耗的因素。進電源前的送電電壓和各單元之間的距離是單元效率能否達到最佳值的重要因素。熔化物對能耗高低的影響： 干凈程度；不管是新生鐵（由其是新鐵）還是舊（銹）鐵，尤其表面是否有白色石灰質是直接影響爐襯壽命的要素。還有回爐料，金屬末。所有的氧化物都大量吸收電能，如果有5%的雜物，我們5%的電能就在熔化這些雜物，而且會給合金，爐襯帶來危害。要求高的，精打細算的鑄造廠對新鐵，廢鋼，澆冒口都進行拋丸處理就是為了節約能源，排除銹雜物對鑄件帶來的隱患。 塊度是否合適；太大或太小都會影響電爐的電效率，和熔化質量，塊度越大，速度會越慢，而且金屬液

6、的均勻程度會不穩定。一般以200/300毫米塊度為合適。 起熔時路內是否有液態金屬液；爐內有金屬液會幫助提高一部分電爐的電效率，提高起熔階段的功率因素。但是，這些鐵水可能因為在爐內長時間處于過熱狀態而危害金屬質量。所以要正確使用這一手段，鐵水量可以在爐容的15%左右為安全。過少，過熱情況會加劇，過多，降低了鐵水的有效使用，也提高了單位能耗。中頻爐的優點是鐵水可以倒空而啟動，但在實際使用過程中，倒空往往使功率因素下降，熔化速度降低。也就是所謂的能否在小/無金屬在爐內時送進有效電能而提高熔化速度。關于國產特有的鋁殼爐；基本特點；無導磁磁軻，無爐蓋。以鋁殼作為感應磁力通過載體。由于鑄鋁的磁通阻力遠遠

7、大于硅鋼片，爐體上下也無隔離圈，漏磁，鋁殼發熱使其電效率比有導磁磁軻的低。無爐蓋運行，使大量熱能通過熱輻射損失。但是，由于其設備價格便宜，大部分小鑄造廠使用此類電爐。而代價就是每以噸鐵水的熔化成本上升，這是天天在支付的。希望在不遠的將來，在我國鑄造業從大國高產到節能優化的發展過程中，逐步淘汰這種高耗電的爐型。也希望過內電爐廠能早日為用戶提供節能的小型中頻爐。耐火材料： 合理的熱面材料厚度；熱面耐火材料的厚度對電能是否能有效對金屬熔化有直接影響。一般的選擇是小爐（1噸以下，90毫米/75毫米），1噸以上（90/125毫米），國外見過220毫米（20噸）的。要提高熔化率，可以減薄其厚度，代價是爐襯

8、壽命降低。筑爐成本上升。安全隱患上升。 正確的底部厚度；爐底的高度和感應器底部高度是否相匹配，影響到電效率和爐襯壽命，并不是越高越好，底面高度超過有效線圈100毫米時，底部耐火材料會因為感應攪拌力作用，強力沖刷底部，急劇降低使用壽命。太低有會產生安全隱患。需要有正確的高度。一般小爐在200/250毫米，大爐有350/450毫米。 正確的背襯材料使用。熱面材料背后，和感應器（線圈膠泥表面）接觸的隔離材料如石棉布等稱背襯材料，使用石棉布有很多害處：人吸入會滯留在肺中，有致癌傾向。石棉布一般含水份高，容易在石英砂后背，在一段時間使用后，隨水份進入石英砂，會引起板結，開裂。背襯材料的功能是絕緣，防水。

9、和感應器（線圈膠泥表面）起隔離作用，以便爐襯更換。石英砂熱面后背，我們希望有一層松散層使鐵水萬一鉆過熱面，在此停住。感應器的冷卻水溫是造就松散層的必要條件。如果用了隔熱較好的石棉布，加上水份，石英砂中的微量硼酸就會使其板結。所以目前，用“云母紙”是最佳選擇。一些大爐，在感應器表面，經過高級線圈膠泥處理，表面光滑，不必再使用背襯材料。那末，高級線圈膠泥的性能必須具有施工方便，干燥后無裂紋，不浸潤水份。不和酸性物質反應。操作過程中的節能加料的時機；固體金屬的第一次加入量要求達到爐容的1/3左右，如沒有達到，說明其空隙較大，會影響功率輸入，而且會有打火（放電）拉弧，耗電并有在爐襯表面造成裂紋，著對鑄

10、鋼中性材料破壞極大。當第一批料到達熔融狀態時，固體料下沉，此時應該立即進行續料，這可以把軟化的固體料下壓熔化，使熔化以最快速度進行，加料以爐內不發生液態劇烈翻騰為正常。液態劇烈翻騰意味著金屬液過熱。并沖刷爐壁，消耗爐襯材料。這就要求熔化時的功率輸入以小于20%（第一次加料）-50%（軟化）-（加料）65%-（加料）100%-到達工藝要求溫度。停止送電。出液。不恰當操作造成高耗能 金屬液過熱；高溫出鐵，低溫澆鑄，一直是鑄造業謀求高品質鑄件的基本準則。每一種鑄件都有其熔化工藝要求，為了質量，必須達到。這兒要提出的是；在達到工藝要求時，不要追求過度超溫，這需要現場的工藝技術人員不斷觀察，測量溫度。到

11、達要求后，應立即降低輸入功率或切斷電源。 不停爐出液；在很多鑄造廠現場，都能發現電爐在不停電狀態下出液。不安全不說，從能源和熔化工藝上講也是錯誤的。一般的電爐感應器都分成上下兩個部分，當爐內金屬液面低于上部感應器的一半以下時，由于電阻的變化，上部感應器不再有工作電流通過，而全部集中在下部感應器上。下部金屬液產生過熱，沖刷爐壁，爐襯壽命急劇下降。 高溫保溫；如果金屬液在1500度以上超過一小時，金相將發生變化。碳，硅相變，使鑄件的白口傾向嚴重。機械加工性能變差，國內有的汽車廠使用工頻爐熔化而發生的鑄件質量問題，經分析就是由于工頻爐內鐵水長時間逗留爐內，處于高溫狀態而引起的。保溫溫度不宜超過145

12、0度。三.雙聯熔化工藝和中頻電爐的節能措施1）雙聯熔化工藝每噸灰鑄鐵從常溫經預熱（至1200C）、熔化和過熱（至1550C）過程中各階段所需的熱量比例如下圖1。總計需要熱量為1322600KJ/to圖1,每噸鑄鐵熔化所需熱量1322600KJ口預熱階段熔化階段口過熱階段沖天爐和中頻感應電爐的熔化和過熱效率分別見下圖2圖2沖天爐和中頻爐的熔化和過熱效率由上面二圖可以看出，沖天爐的過熱效率是非常低的。因此，沖天爐-中頻爐的雙聯熔化工藝具有它的獨特的優勢。中頻爐熔化、沖天爐熔化及沖天爐卜圖。-中頻爐雙聯三種熔化工藝的能源消耗費用比較見下圖的能耗費用計算是基于:下列條件：電能和焦炭的熱值分別為3600

13、KJ和27210KJ;沖天爐-中頻爐雙聯工藝是將沖天爐出來的1350c鐵液經中頻爐過熱到1550C;每噸鑄鐵的能量需求和個階段的分配見圖2所示數據；沖天爐和中頻電爐的熔化及過熱效率按圖3的數據；沖天爐的風機耗電能量以15kWh/t計算。從圖3可以得出如如下初步結論：(1) 現有我國的能源價格條件下，單純采用沖天爐或中頻電爐熔化及過熱鐵液，其能源費用相差無幾，它取決于當地的焦炭和電費的價格。但是，考慮到采用沖天爐時爐料中的石灰石費用和為滿足環保要求在除塵器工作時所消耗的電力，則沖天爐熔化工藝的能耗費用超過中頻電爐熔化工藝的能耗費用；(2) 與前分析一致，采用沖天爐-中頻爐的雙聯熔化工藝具有較大的

14、能源費用優勢。能源費用約為沖天爐熔化工藝和中頻爐熔化工藝費用的80%左右；(3) 考慮到雙聯熔化工藝對鐵液冶金性能的改善方面的作用，該工藝的優勢更為突出。圖3,各種熔化工藝的能耗費用比較雙聯中頻爐沖天爐63161211200263口總能耗費過熱能耗費口(預熱+熔化)能耗費1-184822660100200300能耗費用四.熔化設備(電爐)的選擇效率為首要條件;中頻爐選型：1 .中頻電爐在現代化鑄造生產中的地位及其發展方向現代機械制造技術和冶金技術的飛速發展對鑄件提出了優質、精化和節能等要求，高性能的球鐵鑄件、蠕狀石墨鑄鐵及鋁合金鑄件等優質鑄件的大量應用，使得感應電爐在現代化鑄造生產中的地位日益

15、顯得重要。鑄造車間改造和新建鑄造車間中，感應電爐的改造或添谿往往被放在首先考慮的位谿。因此，“感應電爐的選型”是一個值得大家重視的課題。也是鑄造業討論熱烈的話題，電爐供應商，電爐廠的銷售人員經常以自己企業的長處為賣點，這是正常的，而鑄造廠必須全面考核，評價設備性能。希望引起各位的注意。高效、可靠和作業靈活的中頻感應電爐的制造技術的發展在提高和確立感應電爐在鑄造生產中5的重要地位的過程中起到了不可低估的作用。從下表1可以看出，與已經問世近百年的傳統的工頻感應電爐相比，無論從技術性能和作業性能還是從投資方面來說，中頻感應電爐具有無可爭議的優勢地位。這使得它自上世紀的80年代后期起在歐、美等發達國家

16、得到廣泛應用，基本上替代了傳統的工頻感應電爐。自90年代中期起，隨著我國電子技術的飛速發展，大功率的國產固態中頻電源也已得到成功的開發、生產和應用。因此，傳統的工頻感應電爐在我國也已逐漸從銷售市場上消失，鑄造車間內現存的工頻感應電爐也在技術改造中逐步被中頻感應電爐替代。中頻電爐作為保溫/升溫使用是我國鑄造業的“創舉”，適合于我國的小規模生產的鑄造廠。經過二十年的實際應用經驗，也證明了此工藝的可行性和經濟性。表1中頻與工頻無心感應電爐的性能比較（以鑄鐵為例）序號比較指標中頻感應電爐工頻感應電爐評論1功率密度6001400kW/t300kW/t每噸爐容的配谿功率密度允許值隨頻率變化，2熔化作業方法

17、批料熔化法殘液熔化法見注13對加入爐料要求要求小要求局指料快大小、爐料干燥程度等加料要求4熔化單耗500540kWh/t540600kWh/t由于中頻爐的功率密度大，熱損失小，熔化時間短，其總效舉較局5功率調節范圍0100%無級調節有級調節工頻爐的功率調節還涉及三相平衡的調節，較復雜6功率自動調節可以困難功率自動調節功能是實現節能模式作業和恒功率輸出的前提7熔液的攪拌效應可交大且固定中頻爐的攪拌效應大小隨頻率變化而逆向變化。因此，對于鋁合金熔化可以通過提高工作頻率來減小熔液的攪拌，降低鋁液在熔化過程中的氧化燒損8實現節能模式作業的可能性臺匕目匕不能以節能模式運行的電爐除了節能外，尚可以避免熔液

18、的過熱9實現恒功率輸出的可能性能困難實現熔化周期內恒功率輸出可以提高電爐的生產率，降低熔化單耗10冶金作業特性熔液無多次過熱現象熔液存在多次過熱現象這是由于工頻爐須實行殘液熔化作業，每次澆注后增期內須留存1/3左右的殘留熔液11故障診斷及保護功能完全，強部分中頻電爐可以實現自我故障診斷和保護，減少維修時間和工作量12與計算機連網可能性可以困難中頻爐可與計算機熔化過程自動控制管理系統連接13對于電網的高次諧波污染有無中頻電源對于電網的局次諧波污染可以采取措施減小或消除14電源占用空間比率3040%100%15總投資比率8590%100%注1.以批料熔化法作業的中頻爐可以每次將熔液倒空，冷爐啟爐時

19、不需要起熔塊，對加料塊尺寸和狀態限制小，爐料過熱時間短。這些都是以殘液熔化法作業的工頻爐所缺乏的優勢。為適應現代化鑄造生產在節能、安全、環保、自動化及良好的工藝適應性等方面的要求，近年來，中頻感應電爐制造技術在如下幾方面作了很大努力，并已取得了成功和進展：2 .雙聯工藝的設備選型；沖天爐加有芯爐實例；沖天爐和工頻有芯爐；16噸沖天爐配45噸X2有芯爐保溫；某汽車鑄造廠使用外熱式熱風沖天爐連續性生產作業，前谿兩臺45噸有芯爐保溫，其保溫爐起調節生產，穩定鐵水溫度和成份的作用，其升溫功能微乎其微，但是水庫功能在生產工具中顯得非常有效。5噸沖天爐配8噸有芯爐保溫，3噸沖天爐配4噸有芯爐保溫。某通用鑄

20、造廠，使用熱風沖天爐前谿一臺8噸有芯爐保溫，起功能也只能是水庫型。沖天爐加無芯爐實例一；大沖天爐小中頻爐；3噸沖天爐配1噸中頻爐升溫。倒谿型，效率高，鐵水在小中頻爐升溫時間不超過7分鐘，完成后即可澆鑄。是典型的生溫型配谿。沒有多余，沒有等待。倒滿倒空，周而復至。實例二；小沖天爐大中頻爐；12噸沖天爐配45噸中頻爐保溫。水庫型，有好幾家鑄造廠開始這樣的配谿。有的是為了大型鑄件的噸位需要，注滿倒空。有的是為了調節生產，鐵水量的不平衡而設谿。效果都很好。實例三；同噸位沖天爐和中頻爐；12噸沖天爐配15/10噸中頻爐保溫。通用鑄件廠，自動線生產，鐵水量基本平衡，兩臺中頻爐接水，出水。分工明確，需要指出的是他們都沒有使用雙供電系統。全部靠電源切換完成受電需要。非連續使用的冷爐啟動；為了節能，對間斷性生產，一些單位有比較好的經驗；某鑄造廠，機床鑄件，白天造型，合型，晚上開沖天爐澆鑄。球墨鑄鐵。提高鐵水溫度，并儲存鐵水。澆鑄大型鑄件。12噸沖天爐，15噸中頻爐兩臺。下午沖天爐開爐前兩小時啟動電爐，使用“起熔塊”烘爐提升爐內溫度，倒進鐵水時，爐內溫度約在500/600度左右。晚上沖天爐出鐵完成。電爐升溫澆鑄結束，蓋蓋，自然冷卻。天天循環。爐襯壽命在60天以上。過鐵量6000噸以上。鑄造廠，鑄管件，連續生產。提高鐵水溫度，并儲存鐵水。澆