z 多台电源远程集中控制功能 (包括工作参数显示和设定)； z 运行数据( 检测点温度、电气参数等)显示和记录； z 异常状况记录 z 温度--时间曲线自动运行 (用于烧结炉衬)，控制曲线用户可编程 z 功率--时间曲线自动运行 (用于预热炉衬)，控制曲线用户可编程 z 自动称重和合金配料管理
z 定量定温度自动熔化（节能运行模式）
关键词：中频电炉、节能、铸造
1. 中频电炉在现代化铸造生产中的地位及其发展方向 现代机械制造技术和冶金技术的飞速发展对铸件提出了优质、精化和节能等要求，高性能的
球铁铸件、蠕状石墨铸铁及铝合金铸件等优质铸件的大量应用，使得感应电炉在现代化铸造生产
中的地位日益显得重要。铸造车间改造和新建铸造车间中，感应电炉的改造或添置往往被放在首
变化而逆向变化。因此，对于
7 熔液的搅拌效应
可调
大且固定 铝合金熔化可以通过提高工作
频率来减小熔液的搅拌，降低
铝液在熔化过程中的氧化烧损
实现节能模式作业 8 的可能性
能
不能
以节能模式运行的电炉除了节 能外，尚可以避免熔液的过热
实现恒功率输出的 9 可能性
能
困难
实现熔化周期内恒功率输出可 以提高电炉的生产率，降低熔 化单耗
140 120 100
80 60 40 20
0
0
500
1000
功率密度 (kW/t)
1500
熔化时间 (min.)
3） 提高中频电源的稳定性、可靠性及安全性； 中频电炉是铸造车间的主要设备，而中频电源的稳定性、可靠性及安全性尤其是流
水作业铸造生产线正常和稳定工作的保证。为了提高中频电源的稳定性和可靠性，我所
10 冶金作业特性
熔液无多次过 热现象
熔液存在多次 过热现象
这是由于工频炉须实行残液熔 化作业，每次浇注后坩埚内须 留存 1/3 左右的残留熔液
11
故障诊断及保护功 能
完全，强
部分
中频电炉可以实现自我故障诊 断和保护，减少维修时间和工 作量
与计算机连网可能 12 性
可以
困难
中频炉可与计算机熔化过程自 动控制管理系统连接
CBMM 熔化管理软件按预定的时间间隔将中频电源和电炉的工作参数存入硬盘。在典型 情况下(每分钟保存一次时)，CBMM 软件可以保存长达 5 年的工作参数。这些参数可以随时 调出供显示或打印。这也为企业的质量管理体系提供了完善的作业档案。
2． 目前国内中频电炉的能耗指标分析 中频电炉在铸铁、铸钢及有色金属熔化等方面的国内外熔化单耗指标（kWh/t ） 比较，
生产率和降低熔化单耗具有很大的意义，它也是中频电炉的一个重要的性能指标。因此， 目前国内中频感应电炉制造厂纷纷投入技术力量攻克此技术课题。我所在全数字化控制 技术的基础上，通过整流和逆变的双控技术（智能功率控制算法），已经能够实现全熔 化周期内 90%以上时间的恒功率输出。 6） 实现计算机管理和节能运行模式；
在这方面采取了如下多项先进技术： z 具有自动故障诊断功能的全数字化的主控制板； z 快速反应的电流、电压传感器替代了传统的电流、电压互感器，使得主控板有足够
的时间来处理异常状况，保护电器元器件的安全； z 在主控板与主电路的高压部分采用光纤信号传输技术，完全阻断高压部分对于主控
板的损害； z 采用进口的大功率的逆变器件，提高中频电源的可靠性。
目前，国外制造的中频感应熔化炉的功率密度通常配置到 600~800 kW/t,，小容量熔 化炉的功率密度配置可高达 1000 kW/t 以上。国内制造的中频感应熔化炉的功率密度通常 配置到 600 kW/t 左右，从制造技术来说，配置更高的功率密度并没有什么大的困难。目 前主要受到炉衬的使用寿命和生产管理及配套设备二个因素的限制。因为在高功率密度情 况下工作的炉衬受到强烈的熔液搅拌效应的冲刷，对炉衬的要求相应提高，目前国内的炉 衬质量尚未能与之相适应。此外，由于配置高功率密度的感应熔化电炉的生产能力大，需 要配置相应的自动化加料装置；否则电炉的功率利用系数将大大降低，失去高功率密度的 意义。
如上所述，感应电炉正向配置高功率密度的方向发展。这对于整个熔化工艺过程的 各个环节的控制以及电炉外围辅助设备的性能提出了更高的控制要求。为了使电炉的高 功率配置充分发挥作用，防止熔液过热，实现节能作业，计算机控制的应用已经是十分 必要。
再者，现代化铸造车间高节奏的生产节拍要求从原材料的管理、配料计算、配料优
3.33
2.10 0.17 0.06 0.68 0.66 0.54 0.44 总电压谐波畸变率（%） 0.71
国标允许值 20 20 15 6.8
9.3
7.9 4.1 6.0 5.4 2.9 4.5 4.1
4
5） 实现熔化周期内恒功率输出的技术； 在并联线路的中频电源感应电炉系统中实现熔化周期内恒功率输出对于提高电炉的
2
功率增大时，电炉高功率密度的电炉的开发和应用；
电炉的工作频率愈高，其允许功率密度值愈高。二者之间的关系可从下图 2 看出。由 于同样容量的电炉配置高功率后，其单位时间内输入到炉料中的有效能量增加，熔化时间 降低（见图 3），使得电炉的总效率得以提高，熔化单耗也降低。此外，具有同样生产能 力的此类电炉的容量小，占有空间也小，总投资也有所减少。这就是为什么近年来国外大 力发展此类电炉的原因。
4
及余下各次谐波电流的数值，从而基本上满足了国家标准中对于电能质量的要求。 下表 2 是华东电力试验研究院对我所于 1998 年研制生产的感应熔铝炉的 900kW 中
频双向供电电源的谐波测试报告。该系统在不同工况下各次谐波电流和总电压谐波畸变 率均低于上述国家标准规定数值，说明所采取的措施行之有效，可以作为以后设计的重 要参考资料。同时，也表明该系统设计在降低和消除固态变频电源高次谐波对电网的污 染方面的技术先进性
表2
谐波 次数
3 5 7 9
11
13 15 17 19 21 23 25
THD
不同工况下各次谐波电流和总电压谐波畸变率
电流
(A)
450 kW 运行 1.78 1.09 0.35 0.25
2.34
1.18 0.10 0.08 0.19 0.25 0.50 0.44
0.79
800 kW 运行 2.80 1.02 0.34 0.41
中频电炉在铸造生产中的发展和节能
颜文非 （西安机电研究所 710075）
摘要
本文结合作者多年从事中频感应电炉研制开发的经验，阐述了中频感应电炉在现代化铸造 生产中的重要地位，并从先进性、稳定性及可靠性、节能、环保、自动化及工艺适应性等方面 对其发展方向作了论述和讨论。本文还结合我国的能源价格现状对在中频炉、冲天炉、冲天炉 -感应炉双联三种熔化工艺的经济性作了较详细的分析，指出双联熔化工艺目前在我国仍有相 当大的优势。文章最后从中频炉自身和配套工艺装备二方面提出了中频电炉可以采取的节能措 施。
评论 每吨炉容的配置功率密度允许 值随频率变化，见表 2 见注 1 指料快大小、炉料干燥程度等 加料要求 由于中频炉的功率密度大，热 损失小，熔化时间短，其总效 率较高 工频炉的功率调节还涉及三相 平衡的调节，较复杂
1
6 功率自动调节
可以
困难
功率自动调节功能是实现节能 模式作业和恒功率输出的前提
中频炉的搅拌效应大小随频率
表1
中频与工频无心感应电炉的性能比较（以铸铁为例）
序号
比较指标
1 功率密度
2 熔化作业方法
3 对加入炉料要求
4 熔化单耗
5 功率调节范围
中频感应电炉 工频感应电炉
600 ~ 1400 kW/t 批料熔化法
300 kW/t 残液熔化法
要求小
要求高
500 ~ 540 kWh/t 540 ~ 600 kWh/t 0~100%无级调节 有级调节
议的优势地位。这使得它自上世纪的 80 年代后期起在欧、美等发达国家得到广泛应用，基本上替 代了传统的工频感应电炉。自 90 年代中期起，随着我国电子技术的飞速发展，大功率的国产固态 中频电源也已得到成功的开发、生产和应用。因此，传统的工频感应电炉在我国也已逐渐从销售
市场上消失，铸造车间内现存的工频感应电炉也在技术改造中逐步被中频感应电炉替代。
对于电网的高次谐 13 波污染
有
无
中频电源对于电网的高次谐波 污染可以采取措施减小或消除
14 电源占用空间比率
30 ~ 40%
100%
15 总投资比率
85 ~ 90%
100%
注 1．以批料熔化法作业的中频炉可以每次将熔液倒空，冷炉启炉时不需要起熔块，对加料块尺寸和状态限制
小，炉料过热时间短。这些都是以残液熔化法作业的工频炉所缺乏的优势。
5
化、熔液成分和温度控制、熔化-保温-浇注工序之间的熔液平衡等各环节环环相扣。这 些繁重而细致的工作已经不是人力能胜任。
基于我所开发的全数字化控制技术，我所与 1998 年研制开发成功了国内首个 CBMM 感应电炉计算机熔化管理软件，该软件已经在国内 10 余家铸造厂的感应电炉上得到应 用。CBMM 计算机熔化控制管理系统的主要功能如下：
为适应现代化铸造生产在节能、安全、环保、自动化及良好的工艺适应性等方面的要求，近
年来，中频感应电炉制造技术在如下几方面作了很大努力，并已取得了成功和进展：
1） 双向供电电源的开发与应用；
双向供电电源的优点有：
z 配备双向供电电源的感应电炉的功率利用系数高，理论上可达 1.00 （传统的一电一
炉配置方案的功率利用系数仅为 0.75，甚至更低），从而大幅度地提高了电炉的生产
率；在相同功率配置条件下，最高可提高生产率达 30%；
z 能够连续不间断地提供铁水，与铸造生产线配合作业的工艺适应性强；
z 二台电炉可同时作业，仅配备单台电源和一台变压器和冷却装置，主变压器的安装容