中頻爐因其投資少、見效快、操作方便等優點,被廣泛運用。感應爐生產節能問題一直受到廠家的關注。本文根據感應爐的生產特點及本人的多年生產實踐經驗,從提高生產效率、提高熔化速度、減少熔煉時間幾方面入手,探討了中頻爐生產的節電途徑。

電能單耗與冶煉方式有很大關系,爐子的工作方式可分為三種情況:1)連續冶煉:每日三班連續作業;2)斷續冶煉:每日兩班或一班作業,非作業期間,爐內鐵水用保溫功率進行保溫;3)間歇冶煉:每日完成后全部出凈。顯然,以上三種情況作業時,連續冶煉電能單耗最低,斷續冶煉次之,間歇冶煉最高。因此,有條件的情況下應當盡可能地安排集中連續冶煉,盡量增加一次冶煉爐次,延長持續冶煉時間,降低電耗。硅質爐襯使用壽命周期內可預期達到的熔化鐵液總噸位按以下經驗公式評估

N=K(G)1/3式中:N———熔化鐵液總噸位,t;

G———爐子容量,kg;

K———常數;每天冷料熔化一次,K=1.3～1.8;每周冷料熔化一次(每天作業6h～7h),

K=2.8～4.6;每周冷料熔化一次(每天作業18h以上),K=6.0～9.0。從以上式可知,在爐子容量一定時,N與K成正比,即冷爐熔化周期越長,N越大,爐子壽命越長,每

噸熔化鐵液材耗、能耗就越低.

以1.5t煉鑄鋼間歇冶煉為例,冶煉時間大致為第一爐冷爐冶煉時間約為110min,其后熱爐冶煉約80min,冷爐冶煉較熱爐冶煉所用時間多30min,若這段時間用60%功率加熱,相當于100%功率18min,那么:當一次熔煉5爐,熔煉總時間約422min,冷爐多用的時間占18/422=4.2%當一次熔煉10爐,熔煉總時間約722min,冷爐多用的時間占18/722=2.4%。相比較,一次熔煉10爐較一次熔爐5爐冷爐多用的時間減少1.8%,即電能可節約1.8%。一次持續冶煉爐次多、時間長,在產量一定時,冷爐熔煉次數就少,因冷熱高低引起爐對開裂機會就少,也有利于延長爐襯壽命。

爐料的科學管理對提高中頻爐生產效率、降低能耗具有重要意義。首先必須掌握所用各種爐料的化學成分,并進行仔細合理的的配料計算,利用各種爐料的合理搭配,做到鋼液中主要化學成分符合要求,有害雜質元素含量盡可能少、不超標,避免因調整成分而拖延熔煉時間,杜絕因成分不合格而使鋼液報廢,增加物耗、電耗。為此,爐料必須根據化學成分、含雜質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,減少熔煉時間。爐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。因此,大容量感應爐可以使用大塊爐料,小容量感應爐使用小塊爐料。感應電流在多金屬導體的分布服從集膚效應。爐料和鋼液中的感應電流是服從集膚效應由表面向中心依次減弱的。以電流強度降低到表面電流強度的36.8%的那一點到導體表面的距離叫電流透入深度,爐料中的感應電流主要集中透入深度層內,加強熱料的熱量主要由表面層內供給,為使爐料整個橫斷面得到相同的溫度,隨加熱時間的延長,爐料向周圍介質中散失的熱量增多,從而熱效率下降。如果透入深度層和爐料幾何尺寸配合得當,則加熱需要的時間短,熱效率高。對圓柱形金屬材料研究表明,當圓柱形的直徑d和透入深度△t的比值為3.5時總效率最高。

1-電效率;2-熱效率;3-總效率。圖1　感應加熱總效率和d/Δt關系

　　可以近似計算出不同頻率時圓柱形爐料的最佳尺寸范圍,計算公式如下:

d=n△t

式中:n———實驗常數,取n=3～6;

△t———爐料在居里點以上時的透入深度,

mm;

d———圓柱爐料的最佳尺寸,mm。

最佳爐料尺寸與電流頻率的關系見表1。

表1　最佳爐料尺寸與電流頻率的

生產中應以此指導爐料的切割、準備。為盡快熔化爐料,應掌握合理的冶煉操作技術。

裝料的松緊程度直接關系到爐料的熔化速度。為了實現迅速加熱熔化,要求坩堝中部與下部爐料的堆積密度越大越好。因此,感應加熱時磁力線在坩堝中部中央的密度最大,爐料堆積密度大,磁力線穿過間隙的機會減少,加熱效率相應提高,加熱和熔化速度就相應提高。

開始通電時,先供給60%左右的功率,待電流沖擊停止后,迅速將功率增到最大值,以加快爐料的熔化。

合理的爐前操作技術1)控制后續爐料每次加入量,采用每次少量、多次加入的加料方式,盡可能不使鋼液溫度下降太多,造成爐內鋼液結殼。2)勤觀察、勤搗料,防止爐料“搭棚”。搭棚使爐內金屬液溫度過高,停留時間過長,以及搭棚處理時撞擊都會損壞爐,縮短爐襯壽命。有資料提及3t感應爐襯熔煉含3.5%碳量的灰鑄鐵,每爐次在1500℃高溫下作業20min時正常狀況下爐齡為400爐次,每爐次在1550℃高溫下作業20min,正常狀況下的爐齡將降低為240爐次,降低率為60%。因此熔煉作業中,采用澆注前短時間升溫而其余時間鐵液保持較低溫度可減少高溫鐵液對爐襯的侵蝕,延長爐襯使用壽命,降低電耗。3)充分發揮爐渣的作用從熔化期開始就要加強造渣操作,經常檢查有無裸露液面,使其覆蓋良好。冶煉時爐渣能將鋼液與大氣隔離,保護鋼液減少大氣污染。減少大氣中的O2、N2、H2O對鋼液的作用,減少合金元素的氧化、氮化、揮發以及減少鋼液吸收氫氣,如此可以減少鋼液脫氧、凈化時間,高溫鋼液在渣層覆蓋下減少了輻射熱損失,對鋼液起保溫作用。

出鋼溫度可以用以下經驗公式來確定:

t=t0+Δt1+Δt2+(80～100℃)

式中:t———出鋼溫度,℃;

t0———鋼與合金的液相點,℃;

Δt1———鋼液從爐內轉移到盛鋼包后產生的溫降,℃;

Δt2———澆注前鎮靜時間產生的溫降,℃。

其中Δt1根據鋼液重量、盛鋼包的烘烤情況,澆注時間等因素來確定。盛鋼包必須經過充分烘烤,保持較高溫度,這樣鋼液溫降減小。而澆注過程各工種的銜接協作好壞直接影響了澆注過程所用的時間,所用時間越長,溫降越大出鋼溫度應越高。

及時、足量投放保溫、覆蓋劑除清劑。在鋼液轉移到盛鋼包后應立即投放適量的保溫覆蓋劑、除渣劑,可以減少鋼液鎮靜澆注過程的熱損失,出鋼溫度就可以適當降低,以節約電耗。

首先應有一個優質的坩堝。優質的坩堝要求耐高溫,耐沖刷、耐侵蝕,結構致密,有理想的燒結層,使用壽命長。為得到優質的坩堝,必須根據冶煉不同的金屬材料選擇合適的坩堝爐料,嚴格按打結工藝打結,燒結成型。坩堝壽命長了,不僅使打結坩堝材料、能耗減少了,也為提供連續冶煉提供了設備保證。坩堝的安全性提高了,出現穿爐次數就減少。如酸性爐襯,由于礦產品本身性能的差異,筑爐和烘烤的控制不同,使用條件不同其使用壽命相差甚大,有資料統計見表2。

表2　酸性爐襯使用壽命

中頻爐容量電爐功率作業班次熔煉平均使用壽命最高使用壽命

/t /kW /班品種/爐次 /爐次

5 4000 2灰鐵240 386

3 1500 2灰鐵250 502

1 1000 2灰鐵130 465

可見,一臺中頻爐所用的材料,所耗的電能一般情況下,爐襯壽命長的每爐次所攤的筑爐電耗就少。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。制定正確的工藝應當注意以下幾點:

1) 選擇優質爐襯材料(雜質少、水分低、顆粒粒度大小及其比例合適)。2)選擇合適的保溫層厚度,可以有效地控制燒結層厚度,調節爐襯的熱損失。3)盡可能選用硼酐作粘結劑,可以縮短烘烤時間。采用硼酐作粘結劑的優點是減少烘爐時硼酸內結晶水的析出,縮短烘爐時間,避免大量水分對感應器絕緣及爐襯耐火度的影響。表3為對于采用硼酐和硼酸作粘結劑的硅質爐襯所推薦的爐襯烘烤效率。由表3可見,前者的升溫溫度可較后者快50%左右。

表3　不同粘結劑的爐襯烘烤速率/℃.h-1

爐容/t粘結劑 硼酐 硼酸

1～3 180 120

4～5 150 100

16～35 100 60

4)根據選用的材料、爐子容量及粘結劑類型確定烘烤速度以及保溫溫度和保溫時間。這些因素既影響爐襯質量,也影響能耗。

其次應注意設備維護,檢修。保持中頻裝置、感應爐、冷卻水系統運行正常,減少故障率,減少中途停爐次數,節約能耗,保障生產順利進行。

通過合理安排生產、合理配料爐,冶煉作業以及合理控制出鋼液溫度,都可以縮短熔煉時間,以每爐次平均冶煉時間80min～90min計,每縮短1min的冶煉時間,就可節約約1%電能。爐襯的質量和冶煉設備完好是安全生產、提高生產效率和節能降耗的基礎。必須科學管理,采取綜合措施并切實加以落實,提高生產效率,提高熔化速度,減少熔煉時間,從而達到節約電能的目的。