作为行业高锰钢铸造知名企业，湖南省国藩工矿机械有限公司结合行业各类知识，就如何选择中频炉总结如下。

1、变压器容量。

目前对于行业比较常用的SCR全桥并联逆变中频电源，变压器容量和电源的数值关系式为：变压器容量的数值=电源功率的数值x 1.2。对于IGBT半桥串联逆变中频电源（俗称一拖二，一台熔炼一台保温，两台同时工作）变压器容量和电源功率的数值关系式为：变压器容量的数值=电源功率的数值x 1.1。

变压器为整流变压器为了减少谐波的干扰，尽量专机专用，即一台中频电源配置一台整流变压器。

 

2、电路。

电流透入深度（cm）＝5030*导体或工件电阻率开方/ (相对磁导率*频率)开方。

故频率越高，电流透入深度越低。由于交流电的集肤效应，越靠近导体表面，电流密度越大，导线内部实际上电流较小，故在高频电路中可用空心铜导线代替实心铜导线，架空输电线中心部分改用抗拉强度大的钢丝。在20度时，铜的电流透入深度50HZ为0.962cm，500HZ为0.3cm,1000HZ为0.215cm，铝略深，黄铜更深，电流透入深度50HZ为1.9cm，500HZ为0.6cm,1000HZ为0.42cm。

 

3、感应线圈和炉体。

铜管内侧壁厚（cm）＝11.54/电源频率开方。

感应器淬火和弯管一般采单匝，透热、热处理、熔炼为多匝。

由于集肤效应，感应器电流绝大部分集中在内侧，故500HZ中频炉的铜管内壁最佳值为5mm，1000HZ中频炉的最佳值为3.6mm。国藩工矿在实践中发现，很多中频炉生产厂家的铜管内壁厚度都是一致，从节约材料的角度上来说并不可取，并且最好采用D型铜管。从理论上讲，内壁越厚越好，外壁厚度上限能承住水压就行。

 

炉料的吸收功率＝K*磁场强度的平方*炉料直径对炉料电流透入深度之比的函数*（炉料电阻率*相对磁导率*频率）的开方。

正弦变化的感应电势＝4.44*频率*磁通

炉子内胆越大，磁通截面积越大，磁通量越大。

故磁场强度不变的情况下，频率越高，功率越大。由于金属的电阻率随温度的升高而增加。加热过程中，电流透入深度和炉料吸收的功率也在增加。

故炉子内胆越薄和感应圈电阻率越低，电效率越高；炉料的电阻率和磁导率越高，电效率越高。随着频率的增加，炉子的电效率也增高，当频率提高到金属炉料的直径：炉料电流透入深度〉10时，电效率接近90%，基本达到最大值。但频率高了后炉料电流透入低，会使直接加热层变浅，热量需要从外传到内要时间，导致热效率降低。故一般取频率为（30000－60000）/炉料内径的平方。

 

电磁搅拌力（PA）＝31600*输出到炉料的功率(KW)/[ (融化金属的电阻率(欧.cm)开方*频率（HZ）开方*金属炉料表面积(平方厘米)]。

故电磁搅拌力与输入功率成正比，与频率的平方根和炉料表面积成反比。同样大少的炉子，功率越大，搅拌作用越大；频率和炉料表面积越大，搅拌作用越小，故频率不能太低。

一般来说：3吨以上中频炉装料高度＝1.0-1.25倍装料直径,坩埚壁厚=0.1-0.15装料直径,线圈高度=1.1-1.25装料高度；3吨以下中频炉装料高度＝1.25-1.5倍装料直径，坩埚壁厚=0.15-0.2装料直径,线圈高度=1.1-1.25装料高度。

国藩工矿发现，很多铸造厂家有加高炉领以加大容量的习惯，从节能的角度上来说，并不可取。

 

电感(uH)＝磁通量*线圈圈数/线圈电流＝0.00986*装料直径平方*圈数平方*校正系数/线圈长度。

故坩埚越厚，主磁通越少，漏磁通越多，故新打的坩埚漏磁通多。坩埚内钢铁放得越少，主磁通越少，超过居里点时主磁通减少（铁的居里温度约770℃）。一般来说，3吨炉取内胆73cm、壁厚12cm，5吨炉取内胆90cm，壁厚13cm，10吨炉取内胆113cm，壁厚取15cm。其中企鹅牌3吨炉炉胆对应的线圈内径是96cm。

水冷时，感应线圈的电流密度每平方可取20-50A。实际使用中，一般大于25A，由于功率因素的影响，采用电容全并联式的，一般实测炉体电流是中频输出电流的10倍，而铜损又与电流的平方成正比，故有大量的电能转化为热能，感应器中的电量损耗可达到中频感应电炉有功功率的20%-30%。

国藩工矿发现，很多铸造厂家未注意感压线圈的电流密度，有的过大。

 

4、冷却系统。

较好的循环冷却水系统会降低50%以上的设备故障。

晶闸管、IGBT模块、电抗器和电容器等水质要求高，一般用去离子水进行冷却。感应圈和水冷电缆水质可要求低一些，可用一般水过滤后冷却。

 

5、进线电压。

一般来说，1000KW以下用380V6脉单整流中频电源,1000-3000用660V12脉（不要575V或750V非标电压）双整流中频电源，3000以上用900V\1250\1500V,12\18\24脉整流的中频电源。原因有二：一是通过提高进线电压提高额定工作电压；二是大功率产生的谐波会干扰电网，通过双整流可以获得较为平直的直流电流，负载电流为矩形波，负载电压接近正弦波，减少电网干扰对其他设备的冲击。

国藩工矿发现，有的用户盲目的追求高电压低电流来节能，但影响电炉的寿命，得不偿失，高电压容易造成电元器件寿命缩短，铜排，线缆疲乏，使电炉寿命大打折扣。高电压对于电炉生产厂家来说，在用材方面减少了原材料，节约了成本，吃亏的是用户。

 

6、产能要求。

炉料加热的能量＝0.24*炉料感应电流有效值的平方*炉料电阻*加热时间。一般来说，按照单件的重量和每个工作日所需要的铁液的重量，可以确定中频感应熔炼炉的容量，然后确定中频电源的功率和频率。感应加热设备属于非标的产品。频率一般取30000-60000除以装料直径（cm）的平方，行业普遍的配置为：1.5吨以下，功率按500-700KW/吨，频率为1000HZ；2-5吨，功率按500-600KW/吨，频率为500HZ；5吨以上，功率按500-600KW/吨，频率为250HZ。

以铸铁熔化到1450度为例：5吨炉配2500KW变压器，250HZ,每小时炉化率为4.62吨，每小时冷却水30立方；7吨炉配3000KW变压器，250HZ,每小时炉化率为5.67吨，每小时冷却水34立方；10吨炉配5000KW变压器，250HZ,每小时炉化率为9.76吨，每小时冷却水55立方。

案例：某10吨一拖二串联逆变中频炉，一保温一熔铁，变压器8000KVA由10000V变950V,采12脉中频电源，最大容量11吨，感应圈内径120cm，感应圈高度205cm，线圈电压3000V,额定工作频率300HZ,设备功率因素大于0.96，冷却水流量每小时130方（双炉共用）。

国内中频感应熔炼炉功率密度基本在500-600KW/吨左右，与理论最佳值600-800KW相比较低，主要是考虑炉衬寿命和生产管理。高功率密度下，电磁搅拌会对炉衬产生强烈的冲刷，对炉衬材料，筑炉的方法，熔炼工艺，材质，辅助的材料等要求较高。根据上述配置，国藩工矿认为，每炉熔化时间在75分钟（包括加料，打捞杂质，调质时间）较好。若需要缩短每炉次的熔化时间，可在炉体的容量不变的情况下提高电源功率密度100KW/吨。

 

7、结构。

以减速机为倾炉方式的铝合金结构的供应熔炼炉俗称铝壳炉，能耗为630KW.h/t。以液压缸为倾炉方式的钢结构的感应熔炼炉俗称钢壳炉，能耗为580KW.h/t。相对铝壳炉，钢壳炉的优点有五点：

（1）坚固耐用，从倾炉的安全角度，应尽量使用钢壳炉。

（2）矽钢片制成的磁轭对感应线圈产生的磁力线起到了屏蔽和发射，减少了漏磁，提高了热效率，增大了产量，节能5%-8%左右。

（3）炉盖的存在减少了热量的损失，也提高了设备的安全性。

（4）使用寿命长，铝在高温下氧化的比较严重，造成金属韧性疲乏。国藩工矿在铸造企业现场，经常看到使用一年左右的铝壳炉炉壳破烂不堪，而钢壳炉由于漏磁少，设备使用寿命大大超过铝壳炉。

（5）安全性能钢壳炉要大大优于铝壳炉，铝壳炉在熔炼的时候由于高温，重压，铝壳容易变形，安全性差。钢壳炉使用液压倾炉，安全可靠。

 

8、细节查看。

（1）炉壳和磁轭。铝壳炉有的厂家的炉壳往往是重量.和厚度不够；钢壳炉最重要的是磁轭的选择，同型号的钢壳炉磁轭的选择不同，价格差距很大，一般应选用全新的有取的Z11的高导磁率冷轧硅钢片制造，硅钢片的厚度在0.3mm，采用仿形结构，内弧面和感应线圈的外圆弧度相同，使得磁轭可以紧贴感应线圈外侧，最大限度的约束线圈向外发散磁力线，磁轭由两侧的不锈钢板和不锈钢夹持，焊接固定，通水冷却。（有的厂家使用废旧，无取向，甚至是废旧变压器上拆卸下来的硅钢片来制作磁轭）

（2）铜管和铜排。熔炼炉的核心是感应线圈，冷挤压铜管和铸造铜管的效果和价格相差甚远。应该采用巨型截面的T2冷挤压铜管，铜管的表面绝缘处理采用静电喷涂，达到H级绝缘，为保护其绝缘强度，在表面用云母带和无碱玻璃丝带分别缠绕包扎一次，而后再涂防潮绝缘瓷漆（刷2次双H级浸渍绝缘漆，1次有机硅红瓷漆）。线圈匝间留有一定间隙，在涂线圈内耐火胶泥时应使耐火胶泥渗入缝隙，加强线圈上的胶泥在线圈上的附着力，耐火胶泥筑好后，内表面光整，便于拆除炉衬，以保护线圈，线圈上下两端增加几匝不锈钢水冷圈，增加整体刚性，有利于散热。（有厂家使用铸铜或T3铜管，导电差，容易破裂漏水）

（3）可控硅。各知名厂家的可控硅，质量可靠，稳定。（要求电炉厂家注明可控硅的生产厂家，出示产品合格证等,如襄樊台基半导体有限公司，西安电力电子研究所等）

（4）电源柜的选择：正规的厂家采用标准喷塑板柜壳。而非铁皮喷漆柜壳。并且中频电源的尺寸规格都是标准的。不正规的厂家电源柜也缩水，高度、宽度和厚度不够，甚至有的把电抗器搁置在电源柜外面的。正规的厂家中频电源内部都装有低压开关，不需要用户在另外配置电压开关柜。而有些不正规的厂家电源内部没有安装低压开关。无形增加了用户的费用（质量好的低压开关有环宇、正泰、德力西等）。

（5）中频炉电容器。进行无功补偿的电容柜最主要的是必须配备足量的数量，一般是电容的补偿量数值是电源功率的18－20倍。

（6）电抗器。电抗器的主要材料是硅钢片，应该选用正规厂家生产的新品，不能用回收的二手硅钢片。

（7）附件。水管卡子：中频熔炼炉成套设备中，有大量的水管连接，严格的讲应该用不锈钢卡子，更好的是使用铜制的活结，活结安装和拆卸方便，不用维护。特别适合应用于水冷电缆上，有利于电流传输而且不会发生漏水的情况，安全可靠。

除了上面的几点还有其他的元器件的选择也很重要，比如逆变无感电容、无感电阻、水冷电缆、连接铜排、水管等等。尽量要求熔炼炉生产厂家提供主要元器件的明细及生产厂家，不能只单纯的比价格而忽略了设备内部的结构和质量。

（8）技术实力。正规的厂家为研究先进的技术投入了大量的人力物力，设备先进齐全，技术精湛，在熔化速度、电耗、设备故障等方面反映不同。很多的生产厂家不具备厂内调试的条件，成本自然低一些，装配和调试工艺对质量的影响是非常大的，不同厂家，不同的工艺，不同的价格也造成不同的质量。

（9）售后服务。正规的厂家的保障售后服务较好。中频感应熔炼炉有一年的保修期，在此期间，任何非人为责任造成的设备故障，都会由生产厂家负责。

 

二、中频炉的节能与环保

中频炉的电源总效率＝热效率*电效率，一般来说，钢铁为0.5-0.6，铜为0.3-0.4，铝为0.35-0.45。目前，国内中频熔炼炉熔化每吨铁液耗电量是550～650kW·h，国外先进熔炼设备熔化每吨铁液耗电量可达到500～560kW·h。要缩少差距就是要提高总效率，需从以下多方面实施：中频感应电炉变配电设备，电路型式及其控制系统，电炉容量频率与功率密度，炉体结构，以及冷却水系统等生产制造工艺、操作与管理方面，规范操作，科学管理。目前，使用节能中频电源，配套废气排放处理装置是环保强制要求。

 

1、采用专用节能型变压器，提高供电电压和功率，并限制变压器的空载运行。能匹配熔炼炉在不同生产工艺阶段对电压的要求，从而实现熔炼过程的电能节约。

  2、采用IGBT数字化中频电源。具有节能、无高次谐波、可靠性高、易启动等优点。同时实现“一拖二”熔炼。去掉接触器、中间继电器、以及其他的辅助电路，使整套设备连线极少，更由于三相交流输入不必区分相序，中频输出线不必区别相位的优点，可调频率和功率，使现场调试更为方便。

 

3、规范安装，缩短高压、变压器、中频电源、电炉之间连线，选用纯度较高的T2铜材或无氧铜，特别是感应线圈和水冷电缆，增大其截面积可以有效降低电流热损耗。

根据铸造工艺选择合适容量和频率中频电炉，增大功率密度以提高熔化效率，降低附加损耗。采用快速熔炼技术，更换快速熔炼炉，通过增加感应线圈匝数，改造炉衬厚度，来扩大炉膛容积，加快熔炼速度，减少热能散失，达到节能的目的。优先选择带炉盖的钢壳炉体，减少炉壁及炉口热损耗和电磁损耗。炉体外壳连接处在操作过程防止金属接触形成短路。

  4、采用炉外精炼新工艺。选择优质废钢，并对废钢进行炉前抛丸除锈处理。在熔炼高锰钢时在炉底加2%石灰石及适量的莹石造碱性渣。采用炉外精炼，包内吹氩气精炼新工艺，提升钢液纯净度。熔炼后期应脱氧去气，扒净渣后加入细化晶粒的变质剂和孕育剂。

  5、注重维护中频电源装置、炉体、冷却水系统等的正常运行，减少故障率，减少中途停炉次数，节约能耗，保障生产顺利进行。加装除尘净化设备，水的循环利用，使用节能环保的原材料。熔炼过程中应随时注意出水温度和水压，使水压保持在0.1～0.3MPa，出水温度保持在55°以下。冷却水的PH值7－8，硬度小于1.5mg当量/L，悬浮性固体物小于50mg当量/L，电阻率大于4000欧.cm。

 

6、制定合理铸造工艺，从造型、选料、熔化、浇注、热处理、清理等规范工艺操作，科学管理，以降低能耗。加料操作时，冷湿炉料应先烘干，不能直接加入熔液内，金属削在第一炉使用时最好避免用，因为金属削能透入炉衬间隙；炉膛必须烧热至1000℃左右时，方可倒入铁液，炉膛的加热可加入铁块感应加热。

（1）合适的炉料块度和厚度，轻薄的废钢可以打包，回炉料应清理后使用，废钢应除污锈，所有炉料应预热，准确配料。通过对炉渣的破碎，回收炉渣内的废钢。

（2）坩埚中下部炉料堆积密度越大越好，加热效率相应提高，冷料要不断的加入，以便预热，避免熔化少量铁液的现象。

（3）合理的供电制度和炉前操作技术，开始先供给60%左右的功率，待电流冲击停止后，迅速将功率增大到最大值，加速炉料熔化。

（4）控制高温精炼和出铁温度，每次出铁后炉内要剩余部分铁液，起熔方便，以便快速熔化。

（5）尽量采用连续作业的熔炼作业方式。

（6）缩短空载辅助作业时间，如加料、扒渣、测温、取样、等待化验、调整化学成分、等待浇注等的时间越短，生产效率越高，能耗越低。

 

7、炉料冻结密封时间不能太长，以免引起炉子爆炸事故；烧结好炉衬后，宜用30～50％的额定功率，连续工作5炉以上。

 

8、特别重视炉料净化。熔化铁液时，采用经过破碎、抛丸处理干净的回炉料，可以显著提高铁液质量，降低吨铁液能耗；可以降低工人的扒渣的劳动强度，改善铸造熔化作业环境，降低炉口的结渣现象，解决炉口结渣后难处理的难题；可以提高炉衬使用寿命20%，提高熔化生产效率。