汽车模具铸件生产车间电炉的选择

孙明杰

（中机第一设计研究院有限公司，安徽合肥 230601）

2017年我国汽车市场全年销量约2894.2万辆，2018年中国汽车全年销量约2808万辆，相应汽车模具铸件需求量巨大。随着环境污染和能源危机的日益加重，减轻车重、降低油耗成了汽车行业绿色发展的重要方向。

在保证汽车的强度和安全性能的前提下，主机厂都在寻求各种轻量化技术来降低汽车整备质量，在汽车众多零件中，轻量化的覆盖件正备受业内关注，覆盖件质量的提升对铸造模具的制造能力和技术力量提出了更高的要求，同时要求模具铸造企业发展专业化生产。

目前国内部分汽车模具企业新上铸造生产工厂，彻底解决现实采购铸件带来的质量及交货期问题。

汽车模具铸造工厂的工艺采用实型树脂砂铸造工艺。包含熔炼、造型、砂再生、清理、热处理等工序，本文主要讨论工艺设计中电炉的选择。

以某公司新建汽车模具铸造工厂生产纲领为基础，生产纲领为30000t/a，最大件重量为12t。产品重量具体分配比例见表1。

表1 产品重量分配表

1 熔炼能力计算

年时基数按4016小时，工艺出品率75%，废品率2%，不平衡系数取1.2。

则每小时需铁水量30000×1.2×1.02/75%/251/16=12.19（t）。

2 电炉能力的选择

（1）考虑最大件重量12t，需铁水12/0.75=16（t），选择两套8t/h电炉。

电炉负荷率为12.19/16=76%。满足生产能力需要。

（2）电炉电源功率选择需合适，以满足生产需要。

电炉的工作频率越高，其允许功率密度值越高。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，使得电炉的总效率得以提高，熔化单耗也降低，且具有同等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。

从制造技术来说，配置更高的功率密度都可实现。主要受到炉衬的使用寿命和生产管理及配套设备两个因素的限制。因为在高功率密度情况下，电炉工作的炉衬会受到强烈的熔液搅拌效应的冲刷，对炉衬的要求会有相应的提高。而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。

3 电炉型式的选择

（1）随着固态中频变频电源控制技术的快速发展以及电子开关器件的优质、低价，其电效率的转换已逐步提高到目前的96%～97%。作为金属保温和熔化设备，企业对中频电炉的选择是高可靠性、高效率、低成本。大量的生产实践证明，大容量、高功率、低能耗的中频电炉越来越被人们所关注，尤其在铸造领域中，中频电炉能提供高质量的铁水和钢水，便于在熔化过程中控制温度和化学成份。大型中频炉，尤其是1吨以上的中频炉，优选优质的器件和材料，可靠、高效、低成本的效果越明显。故选择中频感应电炉。

（2）电炉电源、炉体配置有多种方式，有一拖一方式（一套电源对应一台炉体），一拖二方式（一套电源对应两台炉体），一拖三方式（一套电源对应三台炉体）。

一拖二作业方式基本是一台炉体熔炼，一台炉体保温，此种方式很适合铸造生产线，满足大批量生产的铁水需求。

一拖三方式基本以满足生产大型铸件时使用，两台小炉体+一台大炉体，正常生产时，一或两台小炉体作为熔炼使用，大炉体停用；生产大型铸件时，小炉体用来熔炼，大炉体用来保温，熔炼后倒包进入大炉体保温，然后浇注铸件[2]。

一拖一方式的中频电炉，一炉体熔清铁水准备浇注，其变频电源功率立即降低到保温，另一套变频电源带动另一台装满新炉料的炉体做满功率熔化，中频电炉熔化利用率达100%。这种方式可以向两台炉子单独送电也可以同时送电，避免了切换开关，不必在熔炼中将电源切换到保温炉子上以保持必要的浇注温度。

大型炉容中频电炉烘炉时间长，采用一拖一方式，即使在一台炉子烘炉时，也能保证另一台炉子正常生产，从而实现铁液的及时连续供应，提高生产率和设备利用率，降低能耗，实现了烘炉不停产[1]。

项目产品为单件小批量生产，且铸件最大件仅12t，所占比例很小，可作为特殊件处理，熔炼浇注合用两台电炉生产。项目选择一拖一方式较为合理。

4 电炉布置的比较

（1）占地面积比较。目前电炉布置方式以炉体—电源—变压器一字排开居多。两套一拖二电炉占地面积比两套一拖一电炉大近一倍，采用一拖一电炉节约了场地，有效提高厂房利用率。

（2）设备投资比较。两套8t/h一拖二电炉比两套8t/h一拖一价格约高出10%～15%，且多了两台加配料小车的费用。

5 结语

根据以上分析，汽车模具铸件产品种类多，单件小批量，重量差距大，此类产品生产车间内的电炉尽量选择合适的高密度功率配置，一拖一电源—炉体方式为宜。

此种选择不仅满足汽车模具铸件的正常生产，有效达到节能目的，且提高了厂房利用率，节约了前期设备投资费用。