中频感应电炉熔炼操作过程中的节能措施

1、中频感应电炉熔炼操作过程中的节能措施冯胜山（湖北工业大学机电研究设计院武汉430070）中频感应熔炼电炉由于熔化速度快、电效率和热效率高、能源消耗量低（见表 1）、操 作使用方便，已成为熔炼铸钢和化学成份要求严格的球墨铸铁、 高强度铸铁、合金铸铁的重 要设备。近年来，高功率、快速熔化、大型化已成为目前中频感应熔炼电炉发展的潮流。表1冲天炉和中频炉熔炼铸铁时能源消耗比较项目冲天炉熔炼中频炉熔炼熔化能耗率（1380C）166.7kg （铁焦比 6: 1）550 kW-h过热能耗率（13801530C）80kg60 kW-h熔炼总能耗率246.7kg740 kW-h折算成电能（按焦炭3000元/t、

2、 电价0.8元/kW-h计）925 kW 610 kW h能源节约率34%注：能耗率指每吨铁液耗能量，单位为kg表示焦炭消耗，单位为 kW- h表示电能消耗采用无芯感应电炉熔炼时，如果操作方法不当，会增加能量消耗。应在炉料准备、加料、 熔炼、出钢各工序以及熔炼作业制度方面规范操作、科学管理，以降低能量损失， 提高能源 利用效率。1炉料准备1.1合理选择炉料块度料块尺寸应大于电流的透入深度，以缩短加热时间，提高热效率。在相同功率条件下，工频炉炉料表面层的电流密度远小于高、中频炉。对圆柱形金属材料研究表明：当圆柱形金属材料的直径 d与透入深度 t的比值为3.5时, 总效率最高（见图1）。可以近似计

3、算出不同频率时圆柱形金属炉料的最佳尺寸范围，计算公式如下：d = n t式中：n-实验常数，取n=36; t 一炉料在居里点以上时的透入深度，mmd-圆柱形金属炉料的最佳直径，mm为了提高升温速度，就必须减少炉料间的接触电阻，一般都采用启熔块，以降低电耗。启熔块的直径小于坩埚直径 2030mm高度为坩埚高度的1/3,重量为总容量的4050% 炉料块度大小应坩埚直径相适应。炉料直径与坩埚直径之比为0.280.3为宜。大、长型废钢应切割。炉料块度大小还应与电源频率相适应。频率高时，炉料块度应小些。 感应电炉所用电源频率随炉子容量的增大而降低。因此，大容量感应炉可以使用大块炉料，小容量感应炉使用小块

4、炉料。1 一电效率2 一热效率3 一总效率图1感应加热总效率和d/ t的关系 最佳炉料尺寸与电流频率的关系见表2。表2最佳炉料尺寸与电流频率的关系电流频率/H入深度At /mm421610最佳炉料直径d /mm12625248 9630 60轻、薄料宜打包处理，保证顺利加料，减少熔炼时间。打包后的密度对熔炼时能耗的影响如图2所示。10t无芯中频电炉，输入功率8 OOOkW 250Hz,使用压紧废钢料时的密度从 2. 0t /m提高到2.5t / m，每吨铁液可节能 25kW- h。炉料紧密度对能耗的影响图2f1 i.!.JaX)腹啊料压紧密度儿m但熔炼铁屑时，如电炉中

5、有40 %以上的铁液存在,无芯炉可以充分使用切屑作为炉料，则比全部熔炼切屑可省电 50kW- h/t，并缩短熔炼时间。1.2炉料清理、除锈和预热浇冒口和废铸件等回炉料必须清理掉粘砂及其他杂质，因为杂质的熔化要吸收热量, 延长熔化时间，消耗电量，并且侵蚀炉壁，降低炉子的寿命。若采用生锈的炉料，则增加渣量，延长熔化时间，增大电耗。下表示出了锈蚀炉料对能耗的影响。表3废钢质量对能耗的影响(1500 C)炉料加料量kg总熔化时间min每公斤熔化时间min每吨铁液耗能kW-h时间比%能耗比%干净废钢250750.3840100100生锈废钢2001850.931350310160生锈废钢2751920.

6、71218233145炉料入炉前进行充分预热是节电的又一重要措施。它能去除水分、油污、挥发物及其他杂质，减少气体，避免引起飞溅，保证操作安全，降低电耗，并能显著提高铁水质量和生产 率。一般预热温度为400C650C。此时炉料带入的热量约占总热量的20%3O%。1.3准确配料要掌握所用各种炉料的化学成分， 并进行仔细合理的配料计算，利用各种炉料的合理搭 配，做到钢液中主要化学成分符合要求， 有害杂质元素含量尽可能少、 不超标，避免因调整 成分而拖延熔炼时间，杜绝因成分不合格而使钢液报废，增加物耗、电耗。2加料装料的松紧程度直接关系到炉料的熔化速度。为了实现迅速加热熔化，要求坩埚中下部炉料的堆积密

7、度越大越好。因为感应加热时磁力线在坩埚中部中央的密度最大，如果中部炉料堆积密度大， 磁力线穿过间隙的机会就减少，加热效率相应提高，加热和熔化速度就相应提高。为了避免熔化过程中炉料架桥，装料时应上松下紧，大小料搭配，并及时疏导，以快速熔化。小块炉料或轻、薄、屑料等不宜在冷炉时加入，而应直接加到铁水中，以降低电耗。应按炉内温度分布特点布料，以加速熔化。还应避免用大坩埚熔化少量铁水的现象。如果装料高度高于感应器高度，则炉子可以在高效率下工作。当熔池高度大于感应器高度时，有抑制金属液的搅拌强度和降低驼峰高度的作用。大电炉应采用加料机和炉料预热装置，减少加料时间，缩短熔化周期，提高生产效率。实践证明：合

8、理装料，及时续加余料，可以改善炉子的技术经济指标，提高生产率，降 低电耗。3熔炼3.1合理的供电制度开始通电时，先供给60%左右的功率，待电流冲击停止后，迅速将功率增到最大值，以 加快炉料的熔化。3.2合理的炉前操作技术(1)控制后续炉料每次加入量，采用每次少量、多次加入的加料方式， 尽可能不使钢液温度下降太多，避免炉内钢液结壳。（ 2）勤观察、勤捣料， 防止炉料“搭棚” 。搭棚使炉内金属液温度过高， 停留时间过长， 搭棚处理时撞击炉衬， 都会缩短炉衬寿命。 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。（3） 充分发挥

9、炉渣的作用从熔化期开始就要加强造渣操作， 经常检查有无裸露液面， 使其覆盖良好。 冶炼时炉渣 能将钢液与大气隔离， 减少大气中的02、2、H0对钢液的作用，减少合金元素的氧化、氮化、挥发， 减少钢液吸收氢气， 从而减少钢液脱氧和净化的时间。 高温钢液在渣层覆盖下减少了 辐射热损失，对钢液还可起保温作用。炉渣多会导致炉壁结渣严重。炉壁结渣将使炉子的有效容量、电炉功率和利用率降低。 许多工厂采用高温操作可有效防止或减少结渣，但同时也加大了电耗。一般控制渣量为1%- 3%且扒渣要快、准，尽量缩短除渣时间，以降低电耗。4 出钢4.1 严格控制钢液的出炉温度按照 “高温出炉，低温浇注 ”的一般惯例，出炉

10、前的钢液要进行过热，而过热温度的高 低直接影响着电量的消耗。据统计，对于 0.5 吨的中频感应电炉，钢液的过热温度每提高 50C,每炉钢液每小时将增加电耗20kWh左右。所以，在保证浇注质量的前提下，应尽可出钢温度可以用以下经验公式来确定：t = to+di + M+（80 100 ）式中：t 出钢温度，c；to 钢与合金的液相点，C；ti 钢液从炉内转移到盛钢包后产生的温降，c；t2 浇注前镇静时间产生的温降，Co其中“1根据钢液重量、盛钢包的烘烤情况，浇注時間等因素来确定。4.2 出钢后炉内的剩余钢水量出钢水时， 炉内留一定量的钢液， 可使下炉铁水初始熔炼时磁场强度提高， 熔化速度加 快，

11、达到节能的效果。对于工频电炉，每次出铁后炉内应留有占炉子容量 1/22/3左右的剩余钢水，过少不利 于满功率加热，过多则加料、出铁次数频繁，降低了铁水的有效使用， 反而提高了单位能耗。 这些钢水还可能因为在炉内长时间处于过热状态而危害金属质量，所以要正确使用这一手 段。中频炉的优点是钢水可以倒空而启动， 但在实际使用过程中， 倒空往往使功率因素下降， 熔化速度降低。若用启熔块和剩余钢水操作，则更有利于降低电耗。盛钢包必须经过充分烘烤，保持较高温度，这样钢液温降减小。在钢液转移到盛钢包后应立即投放适量的保温覆盖除渣剂，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。5 熔

12、炼作业制度采用感应电炉熔炼时， 电能单耗与作业方式有很大关系。 电炉的作业方式可分为三种情 况：（1）连续熔炼（2）断续熔炼（3）间歇熔炼每日三班连续作业。 每日两班或一班作业;非作业期间，炉内钢水用保温功率进行保温。 每日两班或一班作业;完成工作后钢水全部出净，并且停止送电。显然， 以上三种情况作业时，连续熔炼的电能单耗最低， 断续熔炼次之，间歇熔炼时由 于电炉要频繁冷炉启动， 导致电能单耗最高。 有关资料报道： 在考虑炉渣的熔化和过热所需 能量损失的情况下，中频感应炉冷启动时，单位电耗约 582kWt/h ；热炉操作时，单位电耗 为505545kWh/t ;如果连续加料操作，则单位电耗仅为

13、494kWh/t。因此， 有条件的情况下应当尽可能地安排集中连续熔炼， 延长持续熔炼时间， 减少频繁 升降温时的热能损失，降低电耗，也有利于延长炉衬寿命。此外，还应注意炉盖的使用和空载辅助作业时间的控制。感应炉炉口的辐射热损是相当大的，至少占输入功率的1以上，且炉子越大，从炉口损失的热量越多。因此，在操作对应尽量使用炉盖，并且减少打开炉盖的次数和开盖时间， 以降低电耗。电炉的空载辅助作业时间（如加料、扒渣、测温、取样、等待化验、调整成分、等待浇 注、出铁等）愈短，生产率愈高，电耗也就愈低。还应注意维护中频装置、 感应炉、冷却水系统正常运行， 减少故障率， 减少中途停炉次 数，节约能耗，保障生产顺利进行。总之， 感应电炉熔炼节能工作是一个系统工程，单靠一、 二项节能措施是不够的， 需要 综合应用各种技术方法， 并且将技术节能与管理节能进行有机结合，在原料、设备、工艺和 管理等方面进行综合掌控，才能取得良好的节能效果。作者简介 :冯胜山 （1965- ）, 男，湖北省麻城市人，汉族，研究员，湖北工业大学机电研究设计院（湖北省