中频感应电炉

中频感应电炉（共3篇）

中频感应电炉 篇1

我厂铸钢生产中使用的电炉是0.5t无芯中频感应电炉,采用碱性感应电炉不氧化法冶炼工艺,用电熔镁砂打制的坩埚寿命普遍在40～50炉次,坩埚使用周期短,效率低下,不符合铸造生产“优质、低耗、高效益”要求,尤其在市场竞争日益激烈的情况下,更需要多方面降低成本,节约挖潜,为解决这一问题,在我厂铸钢车间采用了一种新方法打制坩埚,经使用收到了明显的效益。

1 用新方法打制坩埚的耐火材料选用

1.1 耐火材料

电熔镁砂、电熔氧化铝(电熔刚玉),两者都必须经过磁选,清除其中的含铁杂质,以保证筑炉材料的绝缘性能。

(1)电熔镁砂的化学成分和物理性能及粒度

要求:

灼减量<1%,耐火度≥1770℃。粒度要求见表1

(2)电熔氧化铝的化学成分和物理性能及粒度要求:

灼减量≤0.5%,耐火度≥1800℃。

粒度要求见表2

1.2 炉衬及炉龄材料选用

(1)炉衬材料组成见表3

(2)炉领和出钢槽(炉嘴)材料组成见表4

2 使用效果

(1)显著地延长炉龄;

(2)减轻修炉的工作量和节约了修炉材料。

在采用新方法前,炉壁常粘挂炉渣,这不但增加工人剔炉的工作量,同时还多用修炉材料。自采用新方法后无上述现象,炉壁光滑而不损坏,修炉时只需稍微清理一下即可,既减轻了修炉的劳动强度,又节约了修炉材料。

摘要：采用新方法,炉壁光滑而不损坏,修炉时只需稍微清理一下即可,既减轻了修炉的劳动强度,又节约了修炉材料。

关键词：打制坩埚,耐火材料,电熔镁砂,电熔氧化铝

参考文献

[1]罗晓华,丁学恭,胡关君等.中频感应加热炉的研制.《机电工程》,2007,24(8):101-103.

中频感应电炉 篇2

关键词：中频感应电炉,炉衬,工艺

山东能源机械集团乾泰精密机械有限公司铸铁项目部中频感应电炉熔化量为3t，额定功率为2000kw，主要生产各种灰口铸铁、球墨铸铁等各种铸铁件。因铁液流动性较好，出炉温度控制在1500～1600℃，平均每炉熔化时间约为90～120min。

中频感应电炉酸性炉衬以硅砂(石英砂)做耐火材料，并采用2.5%的硼酸作粘结剂。经过升温速度约50℃/h，升温8h后，恒温6h的烘烤工艺，可使炉龄达到100～120炉次。硅砂与其他种类的耐火材料相比，由于资源丰富，价格经济，现已被大部分企业使用。

1 炉衬的打结

(1)炉衬材料：选用洁净的硅砂，其化学成分要求为Si O2:90%～99.5%,杂质含量Fe2O3≤0.5%，Ca O≤0.25%,Al2O3≤0.2%,水≤0.5%.

炉衬与炉领使用不同的粒度与配比，并采用2.5%的硼酸(粒度小于5mm)作粘结剂，具体的粒度及配比见表1。

(2)混制工艺：各种硅砂与硼酸干混，充分搅拌均匀，使水分控制在3%以内，同时避免其他杂质混入搅拌后的材料。

1.3 坩埚形状与尺寸

(1)坩埚形状与炉龄的关系：坩埚形状做成直筒状，底部约400mm长做成锥形，这样对熔化量无影响，却能适当延长炉衬寿命，效果比较好。如图1a所示。坩埚形状做成锥形，斜度在4～6°之间。这样在使用前期对熔化量有轻微的影响，却能起到延长炉衬寿命的作用，效果较好。如图1b所示。

因为炉衬出现的问题都在炉衬下半部和炉底与炉侧壁交界处，所以坩埚形状易采用锥形(图1b)，适当加厚下半部炉衬尺寸，可延长炉衬使用寿命。

(2)坩埚尺寸与炉龄的关系：坩埚尺寸与炉龄是成反比的。坩埚尺寸越大，熔化量越大，炉龄越短，而且在实际生产中极易发生安全事故。而适当加厚下半部炉衬尺寸，虽然减小了熔化量，但是延长了炉龄增加了安全系数。

1.4 炉衬的打结

(1)准备工作：检查各种绝缘材料是否有烧坏现象，应及时更换烧坏绝缘板。检查各种连接铜螺栓是否有损坏、无备帽现象，应及时更换。检查感应圈是否有渗水现象，应及时维修。各种材料是否混制均匀。

(2)炉衬的打结：现场及操作人员的劳保用品必须清洁，不允许沾有油污、铁屑、垃圾等杂物。尽量使用振动电机打结，可以保证炉衬受力均匀。在感应圈内侧围一层石棉板，以防止坩埚热量散失。先打炉底，炉底高度应打至最下层两层感应圈高，加料高度约300mm。打结完炉底后，将坩埚放入，并固定，保证坩埚位置居中。再打结炉衬，炉衬的打结也应受力均匀，加料高度保持在约50mm.打结完炉衬后，将混制好的炉龄材料均匀的培在炉衬上，高度约超过炉衬200mm。相对于湿打炉来讲，干打炉的优点是不易结层并能减少烘烤时间。缺点是粉尘大，需注意防护。湿打炉水分应控制在4%以内。

2 烘烤与烧结

(1)模样：坩埚模样最好用钢板做成一次性的，如果不是一次性的，打结完后提出坩埚模样时，易将炉衬拉伤而影响炉龄。在模样上钻一些φ3mm的孔，以便增加电阻，增大模样的发热能力。

(2)烘烤：烘烤是炉衬成型过程中的重要环节，根据经验做出熔化量3吨的烘烤曲线图(见图2)。

(3)烧结：在保温6h后，可提高熔化功率，进行熔炼。第一次开炉时，应连续多熔炼几炉，以使坩埚材料充分烧结。熔炼时放料应轻拿轻放，避免冲击炉衬。全部熔炼完后，用铁板覆盖住炉口，以避免炉衬急冷急热，而影响炉衬寿命。

3 熔炼操作

(1)炉料：炉料中不允许有罐类等密闭容器。炉料应干燥、清洁、无锈蚀，回炉料应清理干净粘砂。如果有条件，可将炉料进行加热，会大大提高铁水质量。

(2)熔炼：加料时，炉底铺小块碎料，再在上面放大块料，以方便快速熔化成铁水。熔化时，要勤捅料，以防止未熔化料形成搭桥现象，而造成底部温度过高，损坏炉衬。如遇到搭桥现象，先降低功率，将炉体适当倾斜，待搭桥处熔化出铁液后，再捅开其他搭桥部位，以恢复正常。需要加入的合金元素根据其熔点选择加入时间，合金元素一定要烘干，以防后期加入时因过冷而造成崩铁水现象。出炉前，用最大额定功率升温，以减少铁水腐蚀炉衬时间，温度也应<1600℃。盛铁水浇包必须烘干，以防止冷热相交造成崩铁水现象。

(3)炉衬的修补：炉底被严重冲刷或下侧壁有凹陷部位都需及时修补。修补时把要修补部位杂质剔除干净，用坩埚料砸实即可。修补后，应先用小功率烘烤，方可再生产。

4 结束语

实践证明，用以上方法打结炉衬和熔炼是可行的。在生产中只要做到坩埚用料纯净，用合适的工艺进行烘烤，新炉初次熔化注意升温不要太快，使用后期勤补炉这几条，可大幅延长坩埚的使用寿命。

参考文献

中频感应电炉 篇3

实际中,在没有谐波治理装置下中频电炉对电网造成的谐波畸变率高达28% ,严重超出了国家标准[2],因此对中频电炉进行谐波抑制的研究和设计是保证网侧电能质量的重要任务。

1 中频电炉谐波抑制的研究现状

针对中频电炉谐波的产生,传统的谐波抑制装置是装设LC调谐滤波器。根据LC的串并联谐振原理,对固定频率的谐波进行消除。一般情况下,单调谐滤波器只能用于滤除某个固定次谐波,若要滤除多次谐波,则需相应地用几个单调谐滤波器并联。同时,LC调谐滤波器存在易于系统发生谐振、工作地点固定、体积大等缺点,难以满足目前谐波治理的要求。因此,为解决传统婺源滤波器的局限性,提出了有源电力滤波技术。图1 为针对六脉整流中频电炉谐波治理的LC调谐滤波器原理图。

2 有源电力滤波器

有源电力滤波器是一种用于动态谐波抑制、在合适的控制方式产生幅值、相位和频率均可变的补偿电流新型电力电子装置。有源电力滤波器能够实现动态补偿,速度快、可控制,其介入不受系统阻抗的影响,可抑制串并联谐振,这正克服了LC调谐滤波器只能对固定次谐波补偿、滤波特性受系统参数影响的缺点,基于以上优点,有源电力滤波器在电力系统中被广泛使用。

2. 1 有源电力滤波器的种类

有源电力滤波器的主电路通常采用单个PWM逆变器结构,按其直流侧储能元件不同进行分类: 储能元件选择电容的是电压型有源电力滤波器,如图2 所示,储能元件选择电感的是电流型有源电力滤波器[5]。电压型APF由于具有内阻损耗小、效率高、初期投资少、可任意并联扩容、易于单机小型化等优点,更适用于谐波补偿装置。

根据拓扑结构的不同,可分为并联型、串联型以及串、并联混合型。并联型有源滤波器的PWM变流器并联在电网上,相当于受控电流源,产生与负载谐波电流大小相同但方向相反的补偿电流。串联型有源滤波器的变流器通过变压器串联在电源和负载之间,相当于受控电压源。通过控制补偿电压改变负载端的电压,两者相结合的是混合型有源电力滤波器[5]。并联型有源滤波器的电源基波电压全部加在变流器上,因而装置容量较大,且能连续调节无功功率,并在补偿谐波的同时动态补偿无功功率,目前较为常用。

2. 2 有源电力滤波器工作原理

有源滤波器主要由两大部分组成: 指令电流运算电路和补偿电流的产生电路。其中补偿电流发生电路包括电流跟踪控制电路,驱动电路和逆变主电路。指令电流运算电路用于检测出出网侧的谐波电流,然后通过A/D转换器将所要补偿的电流分量转换成数字信号; 电流跟踪控制电路、驱动电路和逆变电路组合成了补偿电流产生电路,接收指令并按照指令逆变出相应的电流[6]。图3 为用于中频电炉谐波抑制的有源电力滤波器系统框图。

电网的输入电流IS由负载电流IL和补偿电流IC组成,可表示为

由于IC跟踪指令信号IC*,所以IC= IC*,即

而指令信号IC*是检测电路从负载电流IL中检测出的谐波电流分量In与无功分量Iq之和,即

由于负载电流包括基波有功分量、无功分量及谐波分量,即

所以,可得

可看出,有源滤波器抑制了谐波分量,对无功电流进行了补偿。

3 有源电力滤波器的节能分析与计算

小型电炉的中频电源一般采用六脉整流,变压器副边电流畸变率达到25% ,谐波次数主要为5、7、11、13 次,含量最高的为5、7 次,如图4 所示。在使用有源滤波器后,变压器副边电流畸变率降至3% ,如图5所示。

3. 1 降低变压器的谐波损耗

变压器在谐波的影响下,不仅有铁耗、铜耗,还有杂质损耗和介质损耗等4 个部分。在高负载谐波电流的影响下,铜耗是最大的损耗。

3. 1. 1 谐波对变压器铜耗的影响

由式Pcu= I2× R可知: 电能损耗与电流平方成正比,与等效电阻成正比。由于高次谐波电流集肤效应和圆环效应[7],电流在线圈截面中严重不均匀分布,使交流电阻变约大50% 。考虑到直流偏磁效应,铜耗的计算公式可表示为式

式中,Pjn为铜耗; Rn( 1)Rn( 2) 为n次谐波下原边及副边绕组的阻值; In( 1)In( 2)为流过原边和副边绕组谐波电流的有效值。因此,谐波电流的不均匀分布,以及电阻的增大,将使变压器的附加铜耗增加50% 。一般小型电力变压器的额定铜耗功率在正弦波条件下约为1% ,当副边电流畸变率为25% 时,铜耗功率增加50% ,即变压器多消耗0. 5% 的额定功率。

3. 1. 2 谐波对变压器铁耗的影响

变压器副边的电流畸变率,根据短路容量不同对变压器原边电压畸变率影响的不同[8],若按国标电压畸变率4% 取值,根据式( 7) 计算

式中,f为变压器二次侧频率; N为变压器二次侧匝数;Фm为变压器主磁通。

根据式( 7) 得出铁芯磁通谐波含量约4% 。由于铁芯损耗中的涡流损耗与频率成指数关系,如式( 8)所示

式中,k为涡流系数; V为导磁体的体积; t为叠片厚度;B为磁通密度。

变压器铁芯在磁化过程中,由于内外磁场变化速度的不同,会发生磁滞现象造成损耗,称为磁滞损耗,而磁滞损耗与频率成正比。

一般硅钢片在50 Hz、工作磁密条件下,单位损耗为0. 11 W; 当频率增加6 倍时,单位损耗为2. 21 W。据此估算铁芯磁通谐波含量为4% 时,铁芯损耗将提高1 倍。正弦波条件下一般小型电力变压器的额定铜耗功率约为0. 2% ( 额定功率) ,当原边电压畸变率为4% 时,铁耗功率增加1 倍,即变压器多消耗0. 2% 的额定功率。

3. 1. 3 谐波对变压器压降的影响

小型电炉进线变压器的短路阻抗比一般约为0. 08[9],电抗含量> 80% ,六脉整流电源变压器副边电流畸变率达到25% ,谐波阻抗与频率成正比,因此谐波在变压器上的压降比较大,对波形积分后取其平均压降可增加2% 以上。

3. 2 提高交流与直流电压的转换系数

理想条件下交流电压U2与直流电压Ud的关系为

谐波压降与电流畸变率、短路阻抗有关,六脉整流电流畸变率25% ,谐波阻抗与谐波频率有关。对于六脉整流电源,短路阻抗比为0. 1 时,平均谐波压降约计2% 。理想状态下直流电压与线电压比值系数为1. 35,但由于换相压降和谐波压降的影响,比值系数估计为1. 27( 1. 35 × 0. 94 = 1. 27) ,因此谐波补偿后,比值系数可提高约6% 。

3. 3 降低换相过程损耗

在一定的工作电压和工作电流下,可以通过抑制换相过电压来降低换相损耗。考虑到交流侧电感的影响,换流过程无法顺势完成。用LB集中表示该漏感,现以三相全控桥式整流为例,分析其VT1- VT2换相至VT2- VT3的过程,如图6 所示。

图6 所示,VT1和VT2同时导通时,由于a、b相存在漏感,ia和ib均不能突变。所以,在该时刻触发VT3,则VT1、VT3同时导通,相当于将a、b两相短路,在两相回路间产生环流ik。ik= ib逐渐增大,而ia=id- ik逐渐减小。当ik增大到与id相同时,ia= 0,此时VT1关断,换流过程结束[10]。换流过程波形如图7所示。

由于变压器漏感的存在,换流过程出现换相重叠角,且换相时间长,使换相后电压降落许多,增加了换相能耗。换相过程中压降和换相重叠角的关系如表1所示。

当配置有源滤波器后,电压变形得到及时修补,电流变化率加快,换相过程缩短,电压降落很少,有效提高了直流电压,并减少了换相能耗[11]。配置有源滤波器后,根据计算和测量换相压降降低50% 以上,当低压侧短路阻抗值为0. 1 时,即直流电压等效提高了4% ,换相能耗降低50% 。

中频电源的输出功率与直流电压的平方成正比,有源补偿换相后直流电压提高了4% ,电炉熔炼负载不变的条件下,根据

计算中频功率同比提高了8% ,电流同比提高4% ,由于高压侧交流进线电压不变,功率因数也不变,中频电炉系统效率相对提高了4% 。

3. 4 滤波器节能比较

单调谐无源滤波器在中频电炉系统上应用时,首先必须有感性无功空间,对于六脉串联谐振式中频电源功率因数已经达到0. 95,因此无法配置单调谐无源滤波器; 对于六脉并联谐振式中频电源采用单调谐无源滤波器一般设计2 个谐振点,高频动态补偿无法实现,特别是整流换向压降无法进行有效补偿,无源滤波器又消耗谐波能量,从能量平衡方面来看,消耗大于节能。

使用有源滤波器的情况下,不仅提供反相位无功谐波,还可使晶闸管的换相时间降低50% ,直流电压同比提高4% ,本身虽然消耗部分有功功率,但节能远大于消耗。因此,该装置不仅有利于电网质量改善,还有利于电炉用户节约成本。

谐波补偿后,变压器损耗可同比降低0. 7% ; 配置专门设计的有源滤波器使晶闸管的换相时间降低50% ,直流电压同比提高4% ,由于变压器和进线电感上的谐波压降降低,整流电压又可同比提高2% 以上,即电能利用率提高6% ; 因此,理论计算电能可同比节约6. 7% 。此外,有源滤波器消耗电能经测量约为0. 5% ,因此净节能约为6. 2% 。

4 结束语