蘭冬云

（機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計(jì)研究院，河南 洛陽(yáng) 471039）

目前，基于從環(huán)境保護(hù)、運(yùn)行成本、建設(shè)投資、操作控制及鐵水質(zhì)量等諸方面的因素考慮，在鑄造行業(yè)采用較多的熔煉工藝是單一的中頻感應(yīng)電爐熔煉。

在中小型鑄造車間和機(jī)械化生產(chǎn)線鑄造車間里較多采用的是一拖一式（即一套電源對(duì)一個(gè)爐體）和一拖二式（即一套電源對(duì)兩個(gè)爐體）中頻感應(yīng)電爐，這樣即可以滿足正常生產(chǎn)金屬液的供應(yīng)量，也可以提高設(shè)備利用率。

但是，在重型鑄造車間，由于生產(chǎn)性質(zhì)多是單件小批量，且鑄件單體重量較大，這樣對(duì)熔化的要求就有別于中小型鑄造車間和機(jī)械化生產(chǎn)線鑄造車間。主要體現(xiàn)在生產(chǎn)過程中對(duì)金屬液需求量的不均衡性上，一個(gè)班次內(nèi)的每個(gè)小時(shí)對(duì)金屬液需求量的差別很大，在某一個(gè)時(shí)段需要大量的金屬液進(jìn)行澆注，而其余的幾個(gè)小時(shí)則是不需要金屬液進(jìn)行澆注。這時(shí)，按澆注時(shí)所需金屬液量來選用熔化設(shè)備，如果還是采用一拖一式或一拖二式中頻感應(yīng)電爐就有可能造成金屬液供應(yīng)不足或設(shè)備利用率過低情況。而采用一拖三式（即一套電源對(duì)三個(gè)爐體）中頻感應(yīng)電爐再加上倒包措施，可以解決金屬液供應(yīng)不足和設(shè)備利用率過低的問題，滿足重型鑄造車間正常生產(chǎn)各類鑄件所需，又有著比較合理的經(jīng)濟(jì)性，不會(huì)造成設(shè)備閑置。

1 實(shí)例分析

下面就具體的實(shí)例介紹一拖三式中頻感應(yīng)電爐在重型鑄造車間的應(yīng)用。

某重型鑄造廠的鑄鐵車間年生產(chǎn)綱領(lǐng)50000t，其中最重鑄件為200t，生產(chǎn)性質(zhì)為單件小批量。采用單一中頻感應(yīng)電爐作為熔化保溫設(shè)備。此車間澆注時(shí)對(duì)金屬液需求量的特點(diǎn)就是及其不均衡，在不同的時(shí)段差異很大。

1.1 鐵液需求量分析

根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)計(jì)算，鑄件工藝出品率按綜合80%考慮，設(shè)備年時(shí)基數(shù)按5230h，則平均每小時(shí)需鐵液量為：50000÷0.80÷5230=11.95 t/h；

根據(jù)鑄件重量分布范圍考慮，大部分鑄件重量分布在20t～30t之間，此時(shí)每次澆注需鐵液量為：25 t～37.5 t；

根據(jù)最大重量鑄件200t考慮，鑄件工藝出品率按95%考慮，此時(shí)每次澆注需鐵液量為210t.

1.2 熔化設(shè)備選取

根據(jù)年綱領(lǐng)計(jì)算結(jié)果，選取熔化能力為15 t/h的雙爐體中頻感應(yīng)電爐，一個(gè)爐體熔化，另一個(gè)爐體出鐵液，即可滿足生產(chǎn)所需。

但是根據(jù)鑄件重量分布的范圍來看，熔化能力為15 t/h的雙爐體中頻感應(yīng)電爐在采用超裝措施后勉強(qiáng)可以滿足20t～30t之間鑄件的澆注鐵液量所需，但是需要增加熔化時(shí)間，大概要2 h才可以進(jìn)行一次澆注。由于20t～30t之間的鑄件為主要生產(chǎn)鑄件品種，生產(chǎn)任務(wù)會(huì)比較集中，2 h才能澆注一次會(huì)影響到正常的生產(chǎn)，耽擱其他工序的生產(chǎn)。為此，從這點(diǎn)上看需要加強(qiáng)熔化設(shè)備的生產(chǎn)能力，考慮選取兩套熔化能力為12t/h的雙爐體中頻感應(yīng)電爐，正常生產(chǎn)時(shí)1 h提供30t左右的鐵液量，滿足大多數(shù)鑄件生產(chǎn)的澆注需求。

然而，從最大重量200t鑄件的鐵液需求量來看，兩套熔化能力為12t/h的雙爐體中頻感應(yīng)電爐的裝機(jī)容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足澆注時(shí)210t鐵液的需求。這類特大鑄件往往放在周末完成，所有電爐全部投入。通過綜合選取，決定采用兩套一拖三式中頻感應(yīng)電爐，其中一套為12t+12t+60t的組合（其中兩個(gè)12t為熔化爐，60t為保溫爐），一套為12t+30t+60t的組合（其中12t和30t為熔化爐，60t為保溫爐）?？傃b機(jī)容量可以達(dá)到186 t，同時(shí)結(jié)合倒包（30t澆包）措施，總?cè)萘靠梢赃_(dá)到210t鐵液，滿足生產(chǎn)最大件所需，同時(shí)增加的設(shè)備投入并不大。

1.3 一拖三式電爐設(shè)備配置分析

采用一拖三式中頻感應(yīng)電爐可以滿足最大重量鑄件的澆注鐵液量所需，且設(shè)備投入上增加并不大。這里，與兩套熔化能力為12t/h的雙爐體中頻感應(yīng)電爐的設(shè)備配置對(duì)比來看兩套一拖三式中頻感應(yīng)電爐設(shè)備配置。

一套12t/h的雙爐體中頻感應(yīng)電爐的設(shè)備基本配置為：12t的爐體2個(gè)，加料車2臺(tái)，一套6500k W變頻電源，一套電源水冷系統(tǒng)，一套爐體水冷系統(tǒng)，一套除塵系統(tǒng)。一套一拖三式中頻感應(yīng)電爐（以12t+12t+60t的組合，兩個(gè)12t為熔化爐，60t為保溫爐為例）的設(shè)備基本配置為：12t的爐體2個(gè)，60t的爐體一個(gè)，加料車2臺(tái)，一套6500k W變頻電源，一套電源水冷系統(tǒng)，一套爐體水冷系統(tǒng)，一套除塵系統(tǒng)（僅對(duì)熔化爐體抽風(fēng)）。

對(duì)于12t+30t+60t的組合，12t和30t為熔化爐，60t為保溫爐，30t的熔化爐體平時(shí)當(dāng)作12t的熔化能力使用，僅在生產(chǎn)最大件時(shí)按30t的保溫容量使用。這時(shí)，基本配置為：12t的爐體1個(gè)，30t的爐體一個(gè)，60t的爐體一個(gè)，加料車2臺(tái)，一套6500k W變頻電源，一套電源水冷系統(tǒng)，一套爐體水冷系統(tǒng)，一套除塵系統(tǒng)（僅對(duì)熔化爐體抽風(fēng)）。

可見，在設(shè)備投入的增加上主要是體現(xiàn)在爐體上，而爐體的成本相對(duì)電源來說是比較小的，在電爐的總投入中只占了很小一部分。綜合下來，選用兩套一拖三式中頻感應(yīng)電爐既可以滿足生產(chǎn)所需，又有比較合理的經(jīng)濟(jì)性。

2 一拖三式中頻感應(yīng)電爐工作原理及特點(diǎn)

2.1 工作原理

一拖三式中頻感應(yīng)電爐的電路工作原理見圖1.中頻電源起動(dòng)功率100%；任何功率狀態(tài)運(yùn)行時(shí)C O≥0.95.

圖1 電路工作原理

一拖三式中頻感應(yīng)電爐主要配置方案見圖2，一套電源同時(shí)向3臺(tái)爐供電，功率可在額定范圍內(nèi)任意分配。

2.2 工作方式

一拖三式中頻感應(yīng)電爐工作方式可以分為3種：1）1臺(tái)大功率熔化，另2臺(tái)小功率保溫調(diào)質(zhì)；2）1臺(tái)全功率熔化，另2臺(tái)檢修備用；3）2臺(tái)工作，另一臺(tái)檢修備用。

2.3 主要特點(diǎn)

一拖三式中頻感應(yīng)電爐主要有以下特點(diǎn)：

圖2 電爐主要配置方案

1）電能利用率高，配套費(fèi)用減少。在任何功率狀態(tài)下運(yùn)行，功率因素都可達(dá)0.95，用戶不需配套功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。

2）設(shè)備利用率高，運(yùn)行費(fèi)用減少。用 1臺(tái)變壓器、1套中頻電源供3臺(tái)爐子同時(shí)工作，提高了變壓器及中頻電源裝置的利用率，與并聯(lián)逆變線路相比，減少了用戶固定資產(chǎn)的投入及電力設(shè)施固定費(fèi)用的支出。

3）節(jié)約生產(chǎn)場(chǎng)地，減少人工支出。2臺(tái)同時(shí)工作的爐子只需1套供配電及水冷系統(tǒng)，經(jīng)合理布置，減少了生產(chǎn)場(chǎng)地的占用，減少土建投資，且一班人員即可實(shí)現(xiàn)3臺(tái)爐子同時(shí)工作的產(chǎn)能。

4）恒功率輸出，節(jié)電節(jié)時(shí)。功率輸出采用恒定控制，在熔煉過程中，負(fù)載和溫度變化時(shí)，其設(shè)備始終保持適時(shí)最大功率輸出，從而縮短熔煉時(shí)間。

5）規(guī)模生產(chǎn)效率高，連續(xù)作業(yè)能力強(qiáng)。1套電源帶3臺(tái)爐子同時(shí)工作，1臺(tái)大功率熔化，另2臺(tái)小功率保溫調(diào)質(zhì)；廣泛適用于連續(xù)批量澆鑄或流水作業(yè)。

3 總結(jié)

重型鑄造車間，生產(chǎn)性質(zhì)多是單件小批量，且鑄件單體重量較大，對(duì)金屬液需求量不均衡。這時(shí)，采用一拖三式（即一套電源對(duì)三個(gè)爐體）中頻感應(yīng)電爐再加上倒包措施，可以解決金屬液供應(yīng)不足和設(shè)備利用率過低的問題，滿足重型鑄造車間正常生產(chǎn)各類鑄件所需，又有著比較合理的經(jīng)濟(jì)性，不會(huì)造成設(shè)備閑置。生產(chǎn)過程中可根據(jù)鑄件所需鐵液量的不同，將熔化電爐和保溫電爐進(jìn)行不同的搭配、組合，以得到所需的鐵液量。并且，一拖三式（即一套電源對(duì)三個(gè)爐體）中頻感應(yīng)電爐具有電能利用率高、配套費(fèi)用少；設(shè)備利用率高，運(yùn)行費(fèi)用少；規(guī)模生產(chǎn)效率高、連續(xù)作業(yè)能力強(qiáng)；節(jié)約生產(chǎn)場(chǎng)地、減少人本支出等一系列優(yōu)點(diǎn)。