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摘要：采用进口燃烧器混合柴油和空气喷入炉膛燃烧加热燃烧方式存在燃烧热效率较低、能耗高、工件在高温下和炉内燃气反应氧化现象严重，以及燃油加热也存在着燃烧废气污染等问题。采用中频感应式加热的方式具有加热速度快、生产效率高、氧化脱炭少、节省材料等优点，并且具有污染少、耗能低、加热均匀、芯表温差小、温控精度高等特点。中频感应式加热的方式适用于锻造加热等金属热加工领域。
关键词：加热；油改电
1 引言
南京中盛铁路车辆配件有限公司成立于1999年，主要生产铁路配件。该公司主要设备有4台大型摩擦压力机，最大吨位8000T，还有1000T、1250T两台四柱液压机；大型剪板机、冲床等冲压剪切设备；以及多台车、铣、刨、磨、钻机械加工设备和各种炉窑、热处理设备共计400多套。该公司供电系统为进线电压10kV，设主变 4台，总容量6730 kVA，现设备总装机容量6500kVA，年用电量约2500万千瓦时。该公司产品生产过程中的主要工艺是锻造、机械加工和热处理，其中4台燃油炉用于锻造工件加热，使用的燃料为轻柴油。该公司全年能源消耗折算标准煤5700吨，其中平均每年消耗轻柴油1100吨折算标准煤为1650吨，占整个工艺流程能源消耗的30%。
该公司锻件加热现采用室式和连续式加热炉，采用进口燃烧器混合柴油和空气喷入炉膛燃烧加热。该燃烧方式具有单位时间产生热量大、加热速度较快适合大批量生产等优点。与此同时，也存在着余热损失大、炉门不严热量散失及炉体本身的热量损失等缺点。因此，该燃烧方式燃烧热效率较低（约15%）、能耗高。并且，由于加热时间比较长，平均每个工件需要0.5小时加工时间，从而导致工件在高温下和炉内燃气反应氧化现象十分严重，使锻造后的工件表面质量较差，影响产品质量。同时，燃油加热也存在着燃烧产生废气污染等问题。
2 中频感应式加热的原理和特点
2．1 中频感应式加热的原理
中频感应加热是一种将工频50Hz交流电转变为中频（300Hz-20k Hz）的电源装置，把三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的中频电流，供给由电容和感应线圈里流过的中频交变电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流。把一根金属材料（锻件坯料）放在有交变中频电流的感应圈里，金属材料没有与感应线圈直接接触，而由于自身的自由电子在有电阻的金属体里流动产生热量被加热到发红，甚至熔化。这种加热的速度只要调节频率大小和电流的强弱就能实现。
2．2 中频感应式加热的特点
1）加热速度快、生产效率高
由于中频感应加热的原理为电磁感应，其热量在工件内自身产生，普通工人用中频电炉上班后十分钟即可进行锻造任务的连续工作，不需烧炉专业工人提前进行烧炉和封炉工作，从而提高了生产效率。
图1 中频感应式加热原理图
2）氧化脱炭少、节省材料
由于该加热方式升温速度快，所以氧化极少，每吨锻件和燃油炉相比至少节约3%的原材料。
3）改善工人劳动环境、减少污染
与燃油炉相比，工人不会再受燃油炉的烘烤与烟熏，符合环保部门的各项指标要求。
4）耗能低
感应加热方式由室温加热到1100℃每吨锻件耗电量小于400度，热效率可达54%。
5）加热均匀，芯表温差极小，温控精度高
感应加热的热量由工件自身产生所以加热均匀，芯表温差极小。应用温控系统可实现对温度的精确控制，从而提高产品质量和合格率。
3 中频感应式加热和燃油炉加热的比较
中频炉感应加热装置是新一代的金属加热设备，具有体积小，重量轻、效率高、热加工质量优以及有利环境发展等优点。表1给出了感应加热与燃油加热技术的对比分析。
表1 感应加热与燃油加热技术对比
4 中频感应式加热和燃油炉加热的成本、效益比较
中频感应式加热每吨锻件加热的用电量为400～450度，以每度电的全天平均价格0.65元/度计算，中频感应式加热成本为293元。
燃油炉加热的燃料消耗为：每吨锻件110公斤，以每吨轻柴油6000元计算燃料成本为715元。
综上，每吨锻件燃料使用中频感应式加热可以节省367元。
5 油改电技术改造方案设计
图2 燃油炉
图3 加热炉 图4中频感应加热电源
南京中盛铁路车辆配件有限公司现有锻造加热炉4台，分别用于锻造工件加热大、小不同的坯料，其坯料直径从ø100～ø180，重量从几公斤到一百多公斤，因此结合实际情况需要，选用中频感应加热炉按功率大小分别为：350kVA两台、500 kVA两台、1000 kVA两台，视在功率总计为3700kVA，按负荷率75%计算为2775kVA，故选用两台1600 kVA的10千伏变压器。同时安装1600 kVA低压配电设备两套及配套的母线槽，以及高、低压电缆。以上材料设备总投资180万元。施工和安装费用为20万元，合计200万元。6台中频感应加热炉分别为：1000KVA KGPS-1000/0.5型中频感应加热炉2台、500KVA KGPS-500/0.5型中频感应加热炉2台、350KVA KGPS-350/0.5型中频感应加热炉2台，总投资约为180万元。二项成本合计为380万元。
6 结论
南京中盛铁路车辆配件有限公司中频感应加热技术使用案例证明了，中频感应加热技术具有加热速度快、生产效率高、节省生产成本、环保等优点，适合锻造工艺生产制造。供电公司在配合油改电技术方案设计过程中，充分考虑了该公司的实际生产需求，设计了有针对性的供电方案，有效积极地推动锻造工艺生产企业的技术革新。
论文作者:毛元,乐平富
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/10
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