工频有芯感应电炉在锌冶炼的应用

45t 新型工频有心感应电炉在锌冶炼中的应用西北铅锌冶炼厂 刘磊 摘要：本文阐述了工频有心感应电炉应用特点及工作原理，在企业应用实践过程 中，通过对感应电炉电效率及感应体使用寿命对比，本文重点介绍了 45t 新型大功率喷流感应电炉(GYX-45-900 )的产品特点和应用实例。新型熔 炼设备的应用，对企业节能降耗，提高综合经济技术指标意义深远。 关键词：工频感应电炉 感应体 电炉效率 节能降耗1、 引言近年来国内湿法炼锌行业发展很快，产能规模不断扩大，在锌冶炼铸造行业内，随着国家节能减排和环境污染治理等相关政策法规的出台，原有的坩埚炉、反射炉等铸造设备陆续被淘汰。工频有心感应电炉具备生产效率高，适合大规模连续作业，炉温控制稳定，金属烧损少，金属回收率高等优点，目前广泛应用于锌冶炼铸造行业。随着大功率喷流感应体的成功开发和应用，目前新型工频有心感应电炉呈 现出高功率、大容量的发展趋势。本文阐述了工频有心感应电炉的工作原理，结合企业实际应用情况，介绍了45t新型工频有心感应电炉的产品特点和使用情况。在全国提倡节能减排，创建节约型社会的进程中，在锌冶炼行业中推广该新型工频有心感应电炉意义重大。2 、工频有心感应电炉的工作原理工频有心电炉简称有心感应炉，适用于铜、锌等纯金属及其合金等熔炼铸造，该炉型具有热效高、电效率高、金属烧损少和搅拌均匀、炉温稳定等优点。但其筑炉工艺较复杂，更换生产品种时需洗炉。感应电炉配置的加热单元是感应体，多数采用单向流动的不等截面熔沟，目前新型大容量感应电炉（45t电炉配置的300kW感应体）已 采用双熔沟喷流型感应体，提高热效率的同时，减少了熔沟内的积渣， 有效地延长了感应体的使用寿命。工频有心感应电炉的工作原理应用了电磁感应原理及电流热效 应原理。当工频交流电通过感应炉线圈（感应体）时，产生的交变磁 场通过铁心传递至二次线圈即熔沟，熔沟内形强大感应电流，通常达 到几千安培至几万安培。电流的热效应使熔沟产生热量熔化金属。在 热对流和电磁力的作用下熔沟内热量与炉膛内炉料进行热交换，达到 加热炉料和熔化金属的目的1。熔沟内感应电流为：I2=4.44/0m/Z2（1）式中2熔沟电流一供电频率Rm铁心中的磁通量，Z2金 属炉料阻抗。熔沟产生的热量为：Q=0.00024I22Rt（2）式中，t时间，R熔沟电阻。有心感应炉的感应体在传送电能时存在漏磁等因素，功率因数cose般为0.30.7。为了提高功率因数，电炉供电系统需接入电力 电容器补偿无功功率，使cose接近1。3 、新型工频有心感应电炉的组成及性能特点45t 新型工频有心感应电炉由炉体、风冷系统和电气设备三部分 组成。炉体包括炉壳、炉衬、感应体（含感应线圈和铁心）组成。感 应电炉电气设备主要有电炉变压器，平衡电抗器、平衡电容器和补偿 电容器以及各种开关、接触器和仪表电器等。3.1 熔锌炉炉体炉体主要由炉壳、炉盖、扒渣门、进料口罩、放锌口、浇注口、 感应体、耐火炉衬等组成, 如图 1 所示。炉壳为钢结构形式，由槽钢 和中厚钢板焊接而成整体。炉体正面设有一个浇注口，侧面设有扒渣 门和放锌口；炉体两侧和加料斗后面装有感应体。炉膛前室设有温度 测量点，对锌液温度进行监测。炉盖由钢结构和保温耐火材料浇注内 衬构成，炉盖上设有加料口，阴极锌片从加料口加入。嫦斗n8丿：IW ! ，:JL ILL 丄”丄!：.舀锌【拾滾史保曲氓柿水荒匝图 1 45t 工频有心感应熔锌电炉示意图炉衬采用节能型复合耐火材料，由隔热材料、保温砖砌筑和不定 形耐火材料浇注而成。炉膛内衬整体浇注形成约200mm的光滑耐火 墙，容易清除加料时飞溅在墙上的锌液及渣物，减轻了劳动强度，提 高了炉膛炉衬寿命。喉部也采用不定形耐火材料浇注，以便形成异型 结构与感应体对接配合。3.2 感应体感应体是新型工频有心感应电炉的心脏 2。该电炉装有三台额定 功率为 300kW 的大功率喷流型感应体，作为电炉的发热单元。感应 体由壳体、感应线圈、铁心、铜套、耐火材料及风机冷却系统组成。 感应体耐火材料采用特殊优质不定形耐火材料，一次捣打而成。“W式喷流型感应体在内部构成双熔沟形式，由于熔沟形状的精 确特殊设计，在电磁压缩力的作用下，锌液从两侧熔沟喷出，经炉膛 再进入中间熔沟，形成锌液的快速循环流动，如图2所示。2-申何料 -辛遊| - -強卜5 m6 耿榊图2有心感应熔锌电炉的感应体喷流型感应体由于锌液在熔沟内快速单向流动，减少了熔沟的热 负荷，降低了炉膛锌液与熔沟内锌液的温差，防止熔沟过热，提高了 熔池温度的均匀性及电炉的沟壁上聚集，减少了对熔沟耐火炉衬的侵 蚀，提高了感应体的使用寿命。感应体熔沟耐火材料对感应体的使用寿命起着决定性的作用。产 品选用高质量的电熔刚玉、特级矾土和电熔莫来石等为基料，以粘土、 氧化铝微粉等为结合剂，所配出的浇注料体积稳定性好，抗热震能力 强，具有优良的化学性能。据厂家介绍感应体的最长使用寿命可达六 年以上。3.3 供电系统电气装置由电源柜、低压配电屏和操作台组成。主供电回路由断 路器、自耦调压器、电抗器、电容器、接触器等组成。控制回路中间 继电器、转换开关等组成。可分别独立对每台感应体供电。自耦调压 器输出电压可调。根据炉温变化，通过控制接触器调节供电电压，以 便满足电炉烘炉、保温、升温及熔化锌片的需要。由于感应体（LT）是单相负载，为了使三相电网平衡，设置了三 相平衡装置，由平衡电容器（CP）,电抗器（LP ）组成，如图3所示。 同时为了提高感应体的自然功率因数，使其近似于纯阻性负载，电气 回路上还设置了补偿电容器（CB），使其补后功率因数达到0.98以上。图 3 有心感应熔锌电炉的主电路接线图整个控制系统的电气运行参数，如电源电压、感应器工作电压、 三相电流、锌液温度等主要通过操作台上的仪表和控制钮来完成设定 和实时监控。3.4 产品主要特点45t 新型工频有心感应电炉采用了许多新技术，使其产品具有如下 特点：(1) 该电炉装有 3 台额定功率为 300kW 的大功率、高寿命、喷流 型感应体，作为电炉的发热单元。感应体内预制空心熔沟采用随设备 提供的模具，在捣打感应体耐火材料时，一次完成。熔沟形状及模具 结构，由计算机精确计算和设计加工，并已通过多年多台设备的实际 考验。(2) 感应体耐火材料为专用不定形耐火材料，保证正常使用寿命大 于2 年(不漏锌)。(3) 感应体与炉体的连接为可拆式结构，可在不停炉的情况下进行快速热更换。(4) 感应体与炉体呈斜角连接，一方面保证拆卸感应体时，正常运 行的感应体熔沟内仍有锌液发热而不断流；另一方面防止加料时放炮， 对感应体产生冲击。(5) 炉衬采用节能型复合耐火材料结构，喉部和熔锌池内衬采用不 定形耐火材料整体浇注。4、45t新型工频有心感应电炉的应用西北铅锌冶炼厂于 1993 年投产，熔铸车间原有 40t 工频有心感应电炉3台和6t工频有心电炉1台。由于满足不了生产需要，于2004 年向西安同欣电热有限公司订购了 45t新型工频有心感应电炉1台， 型号为GYX45-900-TX。目前西北铅锌冶炼厂电锌年生产能力达到 10.1万吨。45t电炉和40t电炉技术参数对比，见表1。45t和40t两种炉型在我厂实际生产中发挥着不同作用，45t电炉配置 1 台园盘铸锭机和两台 6t 无心电炉(生产合金)，属一炉多用配置,40t电炉配置1台直线铸锭机生产电锌，二者生产能效对比见表2。表1 45t电炉和40t电炉技术参数对比项炉型GYX45-900-TXGYX40-900电炉功率900kW900kW处理能力8.0t/h6t/h工作温度48030C48030C额定电压380V380V电耗120kWh/t135kWh/t电源容量3x400kVA6x200kVA感 数量3个6个应 功率300kW150kW体 熔沟2个1个冷却方式风冷风冷表2 45t电炉和40t电炉能效对比炉型45t电炉40t电炉年产能5万吨4万吨感应体平均寿命5年1.5年炉体维护周期(大修)5年1年电炉效率95%65%多年的应用经验表明，45t新型工频有心感应电炉有以下优点:(1) 与其他类型熔炼设备比较，工频感应电炉金属熔化率高( 45t电炉可达8t/小时)，金属烧损小，烟气量较低，能有效地改善 现场作业环境。(2) 45t电炉温度控制稳定，炉况及感应体使用寿命明显好于其他 有心电炉(如40t工频有心电炉)(3) 45t电炉较强的处理能力，是目前大规模连续生产模式的最佳 炉型，适合配置大型自动连续浇铸机。