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怎樣選購中頻電爐

電爐的選擇一直是鑄造廠(chǎng)提升產(chǎn)能,或新開(kāi)辦鑄造廠(chǎng)頭疼的事情。

選擇國外的中頻電爐,價(jià)格太高。選擇國內的電爐,品牌繁多,質(zhì)量參差不齊。價(jià)格差距也非常大。相同規格的電爐,價(jià)格相差一倍還多。

另外,在車(chē)間內怎樣合理對電爐進(jìn)行布局也是許多鑄造廠(chǎng)迫切需要了解的學(xué)問(wèn)。

1.電爐容量和功率的確定

電爐容量的確定要考慮許多工藝因素,但是基本上應滿(mǎn)足二個(gè)條件,一是滿(mǎn)足最大鑄件的澆注重量需要,二是與工藝對鐵水的需求量相符合。由于中頻電爐的功率密度配置較大,當其配置功率密度大于600 kW/t時(shí),其熔化能力基本上可以做到每爐次的熔化時(shí)間在一小時(shí)以?xún)取?/span>

電爐功率大小基本上依據生產(chǎn)率確定。一旦電爐容量和生產(chǎn)率確定后,電爐的功率就可以計算得到。

2.電源類(lèi)型的選擇

中頻電源的類(lèi)型主要有二類(lèi):具有并聯(lián)逆變電路的固體電源及具有串聯(lián)逆變電路的固體電源。

在我國的鑄造行業(yè)中,習慣對配置可控硅(SCR)全橋并聯(lián)逆變固體電源的中頻感應電爐通常俗稱(chēng)為中頻爐。而對配置(IGBT)或(SCR)半橋串聯(lián)逆變固體電源的中頻感應電爐通常俗稱(chēng)為變頻爐(這個(gè)稱(chēng)呼并不確切,只是為了與前者相區別)。由于這二種感應電爐的逆變供電電源不同,所以它們的工作性能也有很大的區別。

SCR全橋并聯(lián)逆變固體電源的中頻爐(PS系列電源),IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源的變頻爐(CS或CA系列電源)。下文將對它們的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍作一簡(jiǎn)單比較(見(jiàn)表1),以使用戶(hù)能夠根據各自的工藝要求正確選擇這二種不同類(lèi)型的電爐。

表1二種固體電源的主要性能比較

比較項目

SCR全橋并聯(lián)逆變固體電源

(PS系列電源)

IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源

(CS或CA系列電源)

產(chǎn)品規格范圍

160 ~ 4000 kW

50 ~ 2500 kW

電網(wǎng)側功率因數

額定功率時(shí)接近于1

功率減小時(shí)功率因數降低

始終接近于1

諧波干擾

相同

相同

變換效率

中功率時(shí)相同, 大功率時(shí)略低

中功率時(shí)相同, 大功率時(shí)略高

負載適應范圍

一般

寬廣

恒功率輸出能力

冷料啟動(dòng)階段輸出功率較低;改進(jìn)逆變控制后可接近恒功率運行,但控制技術(shù)復雜

整個(gè)熔化過(guò)程中始終可以保持恒功率運行,控制簡(jiǎn)單

工作頻率范圍

高至2500 Hz

主要用于感應熔化和保溫

最高可達100 kHz

適用于感應熔化和保溫,也適用于透熱和淬火

工作穩定性

高。中頻電流自成回路,觸發(fā)可控硅必須有一定的電流,抗干擾能力強

較高。中頻電流必須通過(guò)IGBT構成回路,IGBT是電壓控制器件,外界干擾電壓可能誤觸發(fā)IGBT

器件過(guò)流容量和過(guò)流保護

過(guò)流容量大,保護電路簡(jiǎn)單

過(guò)流容量小,保護電路復雜,技術(shù)要求高

配置電源變壓器的余量要求

較大。變壓器配置容量約為固體電源最大輸出功率的1.25倍

小。變壓器配置容量約為固體電源最大輸出功率的1.1倍

電源功率共享

可能性

不能

可以

設備價(jià)格

較低

CS系列的價(jià)格通常比PS系列高30%左右。

最近西安機電研究所研制開(kāi)發(fā)的CA系列電源具有較高的性能價(jià)格比,電源容量在1100kW以下,其價(jià)格比PS系列略高出20%左右。

備件價(jià)格

較高

根據上表1,二種固體電源的適用范圍如下表2所示,供用戶(hù)選型參考。

  表2二種固體電源適用范圍

電爐類(lèi)型

固體電源類(lèi)型

優(yōu)點(diǎn)

中、小功率熔化爐

IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源

高性能

SCR 全橋并聯(lián)逆變固體電源

低價(jià)格

大功率熔化爐

SCR 全橋并聯(lián)逆變固體電源

高可靠性

DX型雙向供電電爐

IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源

唯一選擇

保溫電爐

IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源

高功率因數

透熱爐

IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源

溫度穩定

表面淬火爐

IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源

唯一選擇

3.中頻電源與電爐的配置

如表1所述,采用中頻無(wú)心感應電爐實(shí)現批料熔化法可以使電源的輸出功率從爐料被加熱起至澆注前保持在最大的負載水平。但是在其后的澆注作業(yè)周期及其它非生產(chǎn)性作業(yè)周期(例如撇渣、取樣、等待化驗結果等),系統中沒(méi)有功率輸出或者僅需少量功率輸出,以保持一定的澆注溫度。為了適應各種不同的鑄造工藝需要,同時(shí)也為了充分提高電源的功率利用系數(將在下節詳細討論),出現了許多形式的中頻電源與電爐的配置方案,現列于表3介紹如下。

表3 中頻電源與電爐的配置方案示例

序號

配置方案

評  論

1


單臺電源配單爐

簡(jiǎn)單可靠,適用于電爐內金屬液熔化后迅速倒空,再重新加料熔化的作業(yè)條件,或作業(yè)不頻繁的場(chǎng)合。

僅對小容量及較低功率的電爐適合。

該配置方案的作業(yè)功率利用系數(K2值,見(jiàn)下述)低。

2


單臺電源配二爐(通過(guò)開(kāi)關(guān)切換)

常見(jiàn)的經(jīng)濟性配置方案。

一臺電爐熔化作業(yè),另一臺爐澆注作業(yè)或維修、筑爐。

在作小容量多次澆注作業(yè)時(shí),可將向熔化作業(yè)電爐供電的電源短時(shí)間內切換到澆注作業(yè)的電爐作快速升溫,以補償澆注溫度的下降。二臺電爐的交替作業(yè)(熔化和澆注、加料作業(yè))保證了向澆注作業(yè)線(xiàn)持續供應高溫合格金屬液。

該配置方案的作業(yè)功率利用系數(K2值)較高。

3


二臺電源 (熔化電源和保溫電源)配二爐(通過(guò)開(kāi)關(guān)切換)

該配置方案采用SCR 全橋并聯(lián)逆變固體電源,通過(guò)切換開(kāi)關(guān)實(shí)現二臺電爐交替與熔化電源和保溫電源相連。該方案目前被用戶(hù)廣泛接受并采用,它可以達到與配置方案5相同效果,但是投資卻大大降低。

電源切換是借助于電動(dòng)切換開(kāi)關(guān)完成,操作方便、工作可靠性較高。

該方案的不足之處是,保溫電源為了能與同一感應線(xiàn)圈匹配工作,它需要以稍高于熔化電源的頻率工作。由此導致合金化處理時(shí)的攪拌作用可能較小,有時(shí)需短時(shí)間將熔化電源切換過(guò)來(lái)以增強合金化過(guò)程。

該配置方案的作業(yè)功率利用系數(K2值)較高。

4



單臺雙供電源配二爐

該配置方案又可以稱(chēng)為功率共享電源系統。它是目前國內外被用戶(hù)廣泛采用的一種先進(jìn)的配置方案。西安機電研究所自1998年開(kāi)發(fā)出這種系統以來(lái),至今已向國內用戶(hù)提供了30余套,足見(jiàn)它受歡迎的程度。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是:

1.          每臺電爐可以根據各自的工況選擇合適的功率;

2.          無(wú)機械切換開(kāi)關(guān),工作可靠性高;

3.          作業(yè)功率利用系數(K2值)高,理論上可達1.00,從而大幅度地提高了電爐的生產(chǎn)率;

4.          由于采用IGBT半橋串聯(lián)逆變固體電源,如表2所述,在整個(gè)熔化過(guò)程中始終能以恒功率運行,所以其電源功率利用系數(K1值,見(jiàn)下述)也高;

5.          單臺電源僅需一臺變壓器和冷卻裝置,與方案3相比較,主變壓器的總安裝容量小,占用空間也小。

4.電爐熔化率與生產(chǎn)率的關(guān)系

需要指出,一般電爐制造商在樣本或技術(shù)規格上提供的電爐熔化能力數據是熔化率。電爐的熔化率是電爐本身的特性,它與電爐的功率大小及電源類(lèi)型有關(guān),與而生產(chǎn)作業(yè)制度無(wú)關(guān)。而電爐的生產(chǎn)率則除了與電爐本身的熔化率性能有關(guān)外,還與熔化作業(yè)制度有關(guān)。通常,熔化作業(yè)周期內存在一定的空載輔助時(shí)間,如:加料、撇渣、取樣化驗和等待化驗結果(與化驗手段有關(guān))、等待澆注等。這些空載輔助時(shí)間的存在減少了電源的功率輸入,即減低了電爐的熔化能力。

5.電爐選型時(shí)對系統的各項功能的評估

作為鑄造車(chē)間的重要熔化設備,感應電爐的投資在鑄造車(chē)間的總投資中占有不小的比例。因此,電爐系統的選型除了上面需要考慮的各類(lèi)因素外,尚應結合鑄造車(chē)間本身的投資規模、技術(shù)先進(jìn)性、管理水平等背景對所選的電爐系統的安全性、先進(jìn)性、經(jīng)濟性、對環(huán)保的適應性等系統的各項功能作一個(gè)全面的分析和評估。以下對上述幾個(gè)方面略作討論:

1.系統的安全性 – 系統的機械方面的完整的保護功能應該具備:閉式冷卻水循環(huán)系統的采用,冷卻水溫度及流量的監控和報警,應急冷卻水柜和管路的設置、液壓系統的安全措施(軟管破裂保護措施、雙液壓泵的配置、阻燃油的采用),爐體的鋼架結構堅固性。系統的電氣方面完整的保護功能有:功能完備和可靠的全數字化控制板和故障自診斷功能、爐襯檢測(或漏爐檢測)功能、電源(包括電容器等)的可靠冷卻措施等。

2.系統的先進(jìn)性 – 它應與整個(gè)鑄造車(chē)間的設備先進(jìn)程度及管理水平背景相匹配。采用全數字化控制系統的中頻電源將大大提高電爐系統的作業(yè)(包括爐襯壽命和熔化作業(yè))穩定性和可靠性。此外,近年來(lái)在鑄造業(yè)逐漸被廣泛接受和采用的功率共享電源系統(俗稱(chēng)一拖二電爐系統)、電源的遠程控制系統、電爐的計算機熔化過(guò)程自動(dòng)控制管理系統、舊爐襯快速推出機構、爐襯搗筑質(zhì)量穩定的錘擊式氣動(dòng)筑爐機、鐵水自動(dòng)稱(chēng)量系統、爐襯自動(dòng)烘爐控制系統等先進(jìn)裝置也大大提高了電爐系統的作業(yè)穩定性和可靠性,體現了鑄造車(chē)間的技術(shù)和管理水平的先進(jìn)性,也為鑄造生產(chǎn)的質(zhì)量管理體系提供了有效的手段。

3.系統的經(jīng)濟性 – 應該全面、合理地評估選用先進(jìn)電爐系統所支付的較高的一次性投資額與該系統的較低的日常運行、維護費用及生產(chǎn)率提高之間的關(guān)系?蓮囊韵聨讉(gè)方面來(lái)評估這種關(guān)系:

a)根據因先進(jìn)的熔化單耗指標計算得到電爐每年運行費用的節約數值來(lái)評估投資額差價(jià)的回收周期;

b)根據先進(jìn)的電爐系統性能,如電源功率共享系統所具有較高的功率/作業(yè)利用系數所引起的相同功率配置情況下電爐生產(chǎn)率的提高來(lái)評估整體經(jīng)濟效益的大;

c) 從先進(jìn)的和安全性好的電爐系統在日常維護方面減少的費用以及設備使用壽命提高二方面進(jìn)行投資的綜合評估;

d) 從采用具有先進(jìn)功能的裝置,如爐襯自動(dòng)烘爐控制系統和錘擊式氣動(dòng)筑爐機,提高了爐襯壽命,降低的作業(yè)方面的各項成本來(lái)評估其經(jīng)濟性。

4.環(huán)境的改善 – 現代化的鑄造車(chē)間大都具有較大的生產(chǎn)能力,因此電爐的功率也較大,這可能對電網(wǎng)帶來(lái)高次諧波的污染。中頻固態(tài)電源對于電網(wǎng)的諧波干擾程度主要取決于它向電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)注入的諧波是否超過(guò)國家頒布的標準(見(jiàn)GB/T14549-93, 電能質(zhì)量·公用電網(wǎng)諧波)。減少抑制電源向電網(wǎng)公共連接點(diǎn)注入諧波電流的措施有:

a)增加電源的整流相數。該措施可以消除5、7、17、19次諧波;

b)裝設諧振濾波器,將主要諧波電流濾除,如裝設5、7、11次濾波器;

c)改變供電點(diǎn),將中頻電源接到短路容量較大的公用電網(wǎng)上。

此外,某些工藝條件下的有色金屬和鑄鐵熔化所產(chǎn)生的煙霧和粉塵也對環(huán)境產(chǎn)生污染。此時(shí),排煙罩的設置對于環(huán)境的改善是必要的。


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