中頻爐因其投資少、見效快、操作方便等優(yōu)點(diǎn),被廣泛運(yùn)用。感應(yīng)爐生產(chǎn)節(jié)能問題一直受到廠家的關(guān)注。本文根據(jù)感應(yīng)爐的生產(chǎn)特點(diǎn)及本人的多年生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),從提高生產(chǎn)效率、提高熔化速度、減少熔煉時(shí)間幾方面入手,探討了中頻爐生產(chǎn)的節(jié)電途徑。

電能單耗與冶煉方式有很大關(guān)系,爐子的工作方式可分為三種情況:1)連續(xù)冶煉:每日三班連續(xù)作業(yè);2)斷續(xù)冶煉:每日兩班或一班作業(yè),非作業(yè)期間,爐內(nèi)鐵水用保溫功率進(jìn)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(yè)時(shí),連續(xù)冶煉電能單耗最低,斷續(xù)冶煉次之,間歇冶煉最高。因此,有條件的情況下應(yīng)當(dāng)盡可能地安排集中連續(xù)冶煉,盡量增加一次冶煉爐次,延長持續(xù)冶煉時(shí)間,降低電耗。硅質(zhì)爐襯使用壽命周期內(nèi)可預(yù)期達(dá)到的熔化鐵液總噸位按以下經(jīng)驗(yàn)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(shù);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(yè)6h～7h),

K=2.8～4.6;每周冷料熔化一次(每天作業(yè)18h以上),K=6.0～9.0。從以上式可知,在爐子容量一定時(shí),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(shí)間大致為第一爐冷爐冶煉時(shí)間約為110min,其后熱爐冶煉約80min,冷爐冶煉較熱爐冶煉所用時(shí)間多30min,若這段時(shí)間用60%功率加熱,相當(dāng)于100%功率18min,那么:當(dāng)一次熔煉5爐,熔煉總時(shí)間約422min,冷爐多用的時(shí)間占18/422=4.2%當(dāng)一次熔煉10爐,熔煉總時(shí)間約722min,冷爐多用的時(shí)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(shí)間減少1.8%,即電能可節(jié)約1.8%。一次持續(xù)冶煉爐次多、時(shí)間長,在產(chǎn)量一定時(shí),冷爐熔煉次數(shù)就少,因冷熱高低引起爐對開裂機(jī)會就少,也有利于延長爐襯壽命。

爐料的科學(xué)管理對提高中頻爐生產(chǎn)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(xué)成分,并進(jìn)行仔細(xì)合理的的配料計(jì)算,利用各種爐料的合理搭配,做到鋼液中主要化學(xué)成分符合要求,有害雜質(zhì)元素含量盡可能少、不超標(biāo),避免因調(diào)整成分而拖延熔煉時(shí)間,杜絕因成分不合格而使鋼液報(bào)廢,增加物耗、電耗。為此,爐料必須根據(jù)化學(xué)成分、含雜質(zhì)情況及塊度大小進(jìn)行適當(dāng)分類,切割大、長型廢鋼,有條件應(yīng)對輕、薄料打包處理,保證順利加料,減少熔煉時(shí)間。爐料塊度的大小應(yīng)與電源頻率相適應(yīng),感應(yīng)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(yīng)爐可以使用大塊爐料,小容量感應(yīng)爐使用小塊爐料。感應(yīng)電流在多金屬導(dǎo)體的分布服從集膚效應(yīng)。爐料和鋼液中的感應(yīng)電流是服從集膚效應(yīng)由表面向中心依次減弱的。以電流強(qiáng)度降低到表面電流強(qiáng)度的36.8%的那一點(diǎn)到導(dǎo)體表面的距離叫電流透入深度,爐料中的感應(yīng)電流主要集中透入深度層內(nèi),加強(qiáng)熱料的熱量主要由表面層內(nèi)供給,為使?fàn)t料整個(gè)橫斷面得到相同的溫度,隨加熱時(shí)間的延長,爐料向周圍介質(zhì)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(dāng),則加熱需要的時(shí)間短,熱效率高。對圓柱形金屬材料研究表明,當(dāng)圓柱形的直徑d和透入深度△t的比值為3.5時(shí)總效率最高。

1-電效率;2-熱效率;3-總效率。圖1　感應(yīng)加熱總效率和d/Δt關(guān)系

　　可以近似計(jì)算出不同頻率時(shí)圓柱形爐料的最佳尺寸范圍,計(jì)算公式如下:

d=n△t

式中:n———實(shí)驗(yàn)常數(shù),取n=3～6;

△t———爐料在居里點(diǎn)以上時(shí)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(guān)系見表1。

表1　最佳爐料尺寸與電流頻率的

生產(chǎn)中應(yīng)以此指導(dǎo)爐料的切割、準(zhǔn)備。為盡快熔化爐料,應(yīng)掌握合理的冶煉操作技術(shù)。

裝料的松緊程度直接關(guān)系到爐料的熔化速度。為了實(shí)現(xiàn)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(yīng)加熱時(shí)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(jī)會減少,加熱效率相應(yīng)提高,加熱和熔化速度就相應(yīng)提高。

開始通電時(shí),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(shù)1)控制后續(xù)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(nèi)鋼液結(jié)殼。2)勤觀察、勤搗料,防止?fàn)t料“搭棚”。搭棚使?fàn)t內(nèi)金屬液溫度過高,停留時(shí)間過長,以及搭棚處理時(shí)撞擊都會損壞爐,縮短爐襯壽命。有資料提及3t感應(yīng)爐襯熔煉含3.5%碳量的灰鑄鐵,每爐次在1500℃高溫下作業(yè)20min時(shí)正常狀況下爐齡為400爐次,每爐次在1550℃高溫下作業(yè)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(yè)中,采用澆注前短時(shí)間升溫而其余時(shí)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(fā)揮爐渣的作用從熔化期開始就要加強(qiáng)造渣操作,經(jīng)常檢查有無裸露液面,使其覆蓋良好。冶煉時(shí)爐渣能將鋼液與大氣隔離,保護(hù)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(fā)以及減少鋼液吸收氫氣,如此可以減少鋼液脫氧、凈化時(shí)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(jīng)驗(yàn)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(diǎn),℃;

Δt1———鋼液從爐內(nèi)轉(zhuǎn)移到盛鋼包后產(chǎn)生的溫降,℃;

Δt2———澆注前鎮(zhèn)靜時(shí)間產(chǎn)生的溫降,℃。

其中Δt1根據(jù)鋼液重量、盛鋼包的烘烤情況,澆注時(shí)間等因素來確定。盛鋼包必須經(jīng)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(xié)作好壞直接影響了澆注過程所用的時(shí)間,所用時(shí)間越長,溫降越大出鋼溫度應(yīng)越高。

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

首先應(yīng)有一個(gè)優(yōu)質(zhì)的坩堝。優(yōu)質(zhì)的坩堝要求耐高溫,耐沖刷、耐侵蝕,結(jié)構(gòu)致密,有理想的燒結(jié)層,使用壽命長。為得到優(yōu)質(zhì)的坩堝,必須根據(jù)冶煉不同的金屬材料選擇合適的坩堝爐料,嚴(yán)格按打結(jié)工藝打結(jié),燒結(jié)成型。坩堝壽命長了,不僅使打結(jié)坩堝材料、能耗減少了,也為提供連續(xù)冶煉提供了設(shè)備保證。坩堝的安全性提高了,出現(xiàn)穿爐次數(shù)就減少。如酸性爐襯,由于礦產(chǎn)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(tǒng)計(jì)見表2。

表2　酸性爐襯使用壽命

中頻爐容量電爐功率作業(yè)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(jié)工藝的選擇應(yīng)確保在爐襯燒結(jié)后獲得合理的三層結(jié)構(gòu),即燒結(jié)層、半燒結(jié)層和緩沖層的初始厚度大致各占1/3。制定正確的工藝應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn):

1) 選擇優(yōu)質(zhì)爐襯材料(雜質(zhì)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(jié)層厚度,調(diào)節(jié)爐襯的熱損失。3)盡可能選用硼酐作粘結(jié)劑,可以縮短烘烤時(shí)間。采用硼酐作粘結(jié)劑的優(yōu)點(diǎn)是減少烘爐時(shí)硼酸內(nèi)結(jié)晶水的析出,縮短烘爐時(shí)間,避免大量水分對感應(yīng)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(jié)劑的硅質(zhì)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(jié)劑的爐襯烘烤速率/℃.h-1

爐容/t粘結(jié)劑 硼酐 硼酸

1～3 180 120

4～5 150 100

16～35 100 60

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

其次應(yīng)注意設(shè)備維護(hù),檢修。保持中頻裝置、感應(yīng)爐、冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行正常,減少故障率,減少中途停爐次數(shù),節(jié)約能耗,保障生產(chǎn)順利進(jìn)行。

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