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关于有色金属中频加热炉工作频率的选择


    当前国内外加热大截面铝锭用的感应加热炉基本上是采用工频加热方案的,这是综合考虑加热过程的各种因素而确定的,其主要出发点是①是降低单位产量能耗;②尽量缩短加热周期和避免表面温度过烧确保加热质量;③避免整流电源柜产生的高次谐波对电网的污染;④避免打结炉衬产生裂纹和掉渣对产品和模具的损坏,延长感应器的使用寿命。⑤工频加热炉使用故障较少,维护简单方便迅速,且使用维护成本较低。
 
    按加热公式计算,加热频率应很低,此时电源成本太高,且与环保要求不符,故国际上综合考虑要供电频率≥30Hz。这就是为什么工业发达国都将大直径铜铝锭加热频率定为工频,德国还使用低于50Hz的频率,其目的就是最大程度提高透入深度Δ,降低透入深度内的单位体积功率密度,避免表面过烧,缩短加热时间。如果采用400-500Hz的中频电源。其透入深度仅为50Hz的1/3,加热层体积功率密度是工频炉的三倍,如此在加热过程后期,表面容易产生过烧,如要避免,只有降低加热功率,生产率将大大降低。要达到同样的心表温差,其均温时间将大大延长。
     采用工频供电比采用中频电源,综合电效率高。中频电源供电,其变频柜的转换效率为90-94%,即至少有6%的能源被变频柜消耗。3000kW电源至少有180kW损耗,这也就是为什么中频电源柜要通水强行冷却。
     在电源柜和感应加热器之间的水冷铜排和水冷电容器,其线路压降为电源柜输出电压的10-15%,能耗为电损耗的8%左右,这样送到感应器上的功率就只有变压器输出功率的85%左右。消耗的能源必须由冷却水带走,一旦断水供电线路很快就会烧坏 。而工频炉的电源柜,供电线路铜排,电容器全部是自冷的,其线路损耗仅为变压器输出功率的1-2%。工频加热炉采用是不锈钢筒,保温毡,云母筒的复合炉衬。不锈钢耐磨耐冲击(保温毡导热系数低,仅为0.035,而打结炉衬导热系数为0.9-1.2,导热系数是保温毡的30倍左右),云母筒起绝缘兼保温作用。这种复合炉衬使每吨铝锭加热的电耗比打结炉衬下降5%以上。
     中频加热炉采用耐火材料打结炉衬,不可避免因耐火材料受热不均匀产生裂纹和掉渣,使感应器使用寿命缩短,掉渣如果附着到铝锭上,带到挤压模具内,会影响模具寿命和产品质量。而如采用中频加热,因透入深度小,复合炉衬会被加热烧红甚至局部熔化而不能采用。故工业发达国家大型铝锭加热炉都采用复合炉衬,而不采用耐火材料打结炉衬。复合炉衬的感应器使用寿命可达5-10年,而打结炉衬的远远低于此。
    采用变频电源面临重要问题是供电电源的高次谐波问题,变频电源采用可控硅整流,不可避免有高次谐波。尤其在70%左右额定功率时,高次谐分量最大,整个工厂很多电气控制装置不能使用。需加消谐装置才能解决问题。供电部门对其使用有一定限制,国家也于1993年就制定了相关标准。而采用工频供电就根本没有这个问题。现在江浙一带对变频电源的谐波较为重视,不少企业在申报变频电源时,供电局或不予批准,或要求其配专用的消谐装置。
    从国外资料与国内引进的大直径铝锭感应加热炉来看,均未发现采用中频加热方式,(而国外的中频电源技术远远领先于国内现有水平)所以我们认为这是因中频加热在大直径铝锭加热方面是有严重缺陷所致。
   
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