文 // 孫書靜 沈陽市遼中通達機械廠

1 鹽爐改造概況

內(nèi)熱式電極鹽爐(以下簡稱鹽爐)應用中存在有兩大問題：啟動升溫時間長和爐口熱損失大，使鹽爐成為耗費能源大的熱處理加熱設備。

當前，科學技術的進步，新技術、新材料的不斷涌現(xiàn)，已為鹽爐的綜合改造創(chuàng)造了良好條件。我國近幾年來，采用新型耐火材料、新型保溫材料的鹽爐，使爐壁熱損失大大減少，爐膽熱平衡時間向后推遲，延長了鹽爐使用的壽命。可控硅電源、電子儀表、單片計算機在鹽爐上的應用，使鹽爐的控溫精度和爐溫穩(wěn)定性都得到了提高，且使用方便，還能有一定的節(jié)能效果。可見，應用先進技術改造鹽爐是一個重要課題。

近幾年，我國在鹽爐改造中著重于推廣自激型快速啟動技術和爐口液面保溫技術，從而使鹽爐應用中的兩大問題得以較好的解決，尤其在鹽爐電極結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，使自激快速低壓啟動技術有了突破性的進展，鹽爐的各項性能得到了很大的提高，達到了不用提高電壓也可以隨用隨開爐的水平。

但是，改造中也存在一些不同觀點，主要的反對意見是：①快速法是采用大功率啟動升溫，雖然時間縮短了，但“耗電同樣多”；②快速法是因為爐膽吸熱不足而節(jié)約的電，是“先節(jié)后補”；③在爐膽吸熱不足條件下加熱工件會出“廢品”。

為了弄清這三個問題，我們對鹽爐進行了五項主要指標的測試：①爐膽吸熱差量的對比；②爐口液面不同保溫材料與節(jié)能的關系；③冷卻水帶走的熱量；④主電極柄及銅排的溫升變化；⑤與箱式電阻爐的能耗對比。通過對中溫和高溫鹽爐進行實驗測試，得出以下結(jié)果。

1.1 各臺鹽爐均省時節(jié)電

兩臺鹽爐節(jié)約時間為69%～85%，節(jié)約電能為35%～75%。它們之間存在著差異是由于爐體結(jié)構(gòu)不同，耐火保溫材料不同，以及各自在改前的傳統(tǒng)方法耗電水平基礎不同。測試結(jié)果只是各臺鹽爐改前與改后自身能耗的縱向?qū)Ρ取?/p>

通過數(shù)據(jù)分析得出：傳統(tǒng)法平均每臺耗時為261.4min，快速法為66.7min，節(jié)時194.7min，節(jié)時率為74%；傳統(tǒng)法平均每臺耗電數(shù)為130kWh，快速法為53.9kWh，節(jié)電85.1kWh，節(jié)電率為61%。

省時節(jié)電的主要原因是自激型電阻發(fā)熱元件由浴鹽及預導質(zhì)所組成的離子導體通電后，能在爐渣中開始發(fā)熱升溫，并將主電極很快導通而導致迅速升溫。因為啟動升溫是從爐底向上逐層通過固體鹽，所以爐口熱損失到最后階段才出現(xiàn)，可使電能大部分用于化鹽與升溫。又因為啟動升溫時間大幅度縮短且爐膽吸熱少，所以使熱損失減少到最低限度。

1.2 爐膽吸熱不足在節(jié)電總量中的比重很小

實驗中，當爐膛達到指定工藝溫度時，再用此工藝溫度使爐膛靜態(tài)(保溫)工作6h，以此測出比傳統(tǒng)法在爐膽吸熱方面平均每臺多耗17.4kWh，只占節(jié)電總數(shù)的20%。雖然各臺差量大小不同，但其熱量由兩條曲線表示趨于重合，各臺鹽爐兩種方法比較均屬同一規(guī)律，因此實驗測試是可信的。

由此可知，傳統(tǒng)法是在裝爐加熱工件前比快速法多輸給爐膽17.4kWh，可稱它為“預付數(shù)”?？焖俜ㄊ窃谘b爐后，再用6h的實際工作時間給爐膽補上17.4kWh，可稱它為“現(xiàn)付數(shù)”。如果實際工作時間小于6h，傳統(tǒng)方法就有一部分電要浪費掉，而快速法則可以節(jié)約下來。因此，它的節(jié)電率61%～49%。不難看出，快速法在爐膽吸熱及通過它向外散熱方面有主動權(quán)，這對間歇性生產(chǎn)鹽爐節(jié)電有利。所以，“節(jié)電來自爐膽吸熱不足”，或“應將爐膽吸熱不足部分從節(jié)電總量中減去”的見解是與實際不符的。

1.3 快速法可確保被加熱工件的產(chǎn)品質(zhì)量

由于鹽爐與電阻爐及火焰爐的綜合給熱方式不同，爐膽吸熱與爐襯蓄熱兩者間有著本質(zhì)的區(qū)別。爐膛中的高熱浴鹽與爐膽內(nèi)壁四周及爐底表面緊緊相貼，爐膽的這些界面及其向內(nèi)的一定深層必定與浴鹽同溫，始終是受液態(tài)高熱浴鹽的溫度所左右。工件就是在這樣條件下裝爐的。浴鹽在能量轉(zhuǎn)換過程中有一小部分熱量要經(jīng)過爐膽界面不斷地逐層地向爐膽深層，并且最終向外散發(fā)出去，這一現(xiàn)象通稱為爐膽散熱損失。爐膽熱穩(wěn)定的時間向后推遲就意味著散熱損失小，這本身就是節(jié)能，并不會影響被加熱工件的質(zhì)量。

工件裝爐后，在比自身體積大3倍以上的高熱浴鹽熱量庫中加熱。850℃熔鹽的熱容量比同溫度的空氣熱容量大數(shù)千倍。鹽爐在加熱工件時的爐溫回升速度取決于鹽爐的功率與浴鹽能量轉(zhuǎn)換熱效率。幾年來的生產(chǎn)實踐證明，只要爐膛達到指定工藝濕度，并且爐膛上下的溫度一致，鹽爐運行正常并遵守加熱工藝規(guī)程，所有被加熱處理的軍品、民品和工裝產(chǎn)品都是合格的。

據(jù)5個工廠的間歇生產(chǎn)作業(yè)測試，在鹽爐和箱式電阻爐上，用相同數(shù)量的同樣工件，總重為400kg的條件下試驗，結(jié)果表明，鹽爐生產(chǎn)比箱式電阻爐生產(chǎn)可節(jié)省電力23%以上，這是對敞開爐口的鹽爐而言，如加用爐口液面保溫技術，其節(jié)電效果會更大。

2 實現(xiàn)鹽爐自激啟動的措施和效果

當前我國鹽爐啟動技術分為自激加熱啟動和他激加熱啟動兩大類。

具有小溶池結(jié)構(gòu)的自激加熱啟動方式的鹽爐，在小溶池工作時，難熔固態(tài)粒子在液、汽兩態(tài)運載下混流，以高速方式向小熔池外的固態(tài)鹽噴射沖擊，從而使主電極工作面上鄰近熔化的固融體鹽加快溶化，以擴大電極工作面上的送電面積與送電量，盡早實現(xiàn)主電極的滿負荷工作，盡早完成啟動升溫。

同時，當小熔池內(nèi)的三態(tài)物質(zhì)在高溫高壓下被噴射出去時，小溶池內(nèi)所空出的空間立即由鄰近小溶池兩側(cè)的低溫液鹽和難熔固體粒子填充。它們又經(jīng)小熔池瞬間自激加熱形成三態(tài)高壓向外噴射。如此快速循環(huán)，直到小熔池工作停止。所以，小溶池是造熱基地，由此實施高速攪拌與撞擊，這是其它自激加熱啟動法無可比擬的。

為使主電極盡快實現(xiàn)大電流滿負荷工作，確保鹽爐快速升溫。在啟動小溶池之后，可增設若干個升溫小熔池，經(jīng)此來實施從主電極導通到主電極工作面全面投入工作這一段時間內(nèi)的升溫任務。

由于自激加熱啟動首先從爐底開始，所以，當鹽爐過渡到工藝溫度要求時，爐底已完全具備了撈渣條件。采用這種自下而上的啟動加熱法，爐口液面的散熱損失在啟動升溫過程的最后階段才出現(xiàn)。因此，爐膛越深越節(jié)電，且隨啟動升溫時間的縮短而越節(jié)電。

自激加熱啟動是由電子導體組成的金屬電阻螺旋發(fā)熱器，或使用石墨棒間形成電孤發(fā)熱，以此來熔化鄰近的固態(tài)鹽，直至將鹽爐主電極間的固鹽熔化成一個小的通道，實現(xiàn)主電極的局部導通。之后，再以開放式向周圍加熱擴大，熔化全爐膛固態(tài)鹽。這種他激加熱方式，在鹽爐主電極間導通前，因發(fā)熱體(金屙電阻螺旋器或石墨棒)的加熱是從上而下將周圍的固態(tài)鹽熔化并擴展開來，且固態(tài)鹽表面沿發(fā)熱體電極柄周圍的局部地方先熔、升溫并向四周擴大散熱面，所以其爐口熱損失很大。它與爐膛深度及啟動升溫時間的延長成正比例增加。還常出現(xiàn)浴鹽上部達到工藝溫度要求，而底部固態(tài)鹽尚未熔化的現(xiàn)象。據(jù)測定，其爐口熱損失與溫度升高(熱幅射)成4次方增加。同時，暴露在鹽面外的發(fā)熱體電極柄始終向空間散發(fā)熱量，這也加劇了熱損失。因此啟動升溫過程中的電能大部分被損失掉，這種啟動方式耗電多。

近年來，各種自激加熱啟動的方法不斷涌現(xiàn)，但是如何更好地實現(xiàn)自激加熱啟動呢?這可以從分析下述關系式入手。導通電壓V和電極間距L，電極間電阻率的關系式為：

對于一般冷態(tài)鹽爐來說，電極間充滿著固態(tài)鹽，故極間電阻率ρ很大，埋入式極間距離L也很大。在這種情況下，導通電壓是極高的。若單純用提高電壓的方法來實現(xiàn)自激啟動，顯然投資大，且操作運行復雜，還常出現(xiàn)啟動不靈。

顯然，減少極間距離L和減少電阻率ρ都可使導通電壓V降低。在電極構(gòu)造設計上采用小極間距離L，并在極間內(nèi)使用預導質(zhì)，使極間電阻R小于3Ω。兩者的結(jié)合，就是目前推廣使用的小熔池低電壓自激加熱啟動技術。

3 爐口液面保溫是鹽爐節(jié)能的重要環(huán)節(jié)

爐口液面保溫材料有多種，以“654”保溫粉劑為較好。為了準確了解其節(jié)能效果，針對不同地區(qū)、不同行業(yè)的中溫鹽爐，用不同保溫材料與節(jié)能關系進行對比測試，結(jié)果表明都有較好的節(jié)能效果。例如，1臺100kVA中溫爐，爐膛尺寸為400×400×430mm，在850℃鹽爐靜態(tài)(不加熱工件使液面不被破壞)工作中，當敞開爐口時每小時耗電24kWh，用木炭粉耗電18kWh，用硅酸鋁纖維保溫爐蓋每小時耗電15kWh，用“654”保溫爐蓋每小時耗電12kWh。又據(jù)另1臺75kVA鹽爐的數(shù)據(jù)，爐膛為Φ325×670mm的中溫粉劑和硅酸鋁爐蓋一起進行保溫時每小時耗電8kWh，而敞開爐口時每小時耗電28kWh，節(jié)電為71%。在1臺100kVA、爐膛尺寸為500×450×600mm的中溫爐上，用900℃進行測試，在“654”保溫粉劑結(jié)殼的表面溫度只有260℃，可見鹽爐液面保溫技術對節(jié)能有相當大的作用。

4 鹽爐改造與推廣的建議

4.1 繼續(xù)研究改進電極構(gòu)造

為使鹽爐升溫時間實現(xiàn)每升固體浴鹽由25℃升溫至850℃的時間縮短為45s(中溫鹽爐)或60s(高溫鹽爐)，就要求鹽爐主電極盡快全面投入工作。采取的措施可以是在電極構(gòu)造上實現(xiàn)多個小熔池自激加熱啟動和半埋式主電極相結(jié)合，且在鹽爐設計時，以爐膛面積能滿足最大截面的工件加熱為依據(jù)，盡可能縮小爐膛面積，加大爐膛深度，合理決定爐膛尺寸。

另外，要使主電極的工作面積與變壓器額定容量合理匹配。主電極在爐膛的分布也極為重要。如果設計合理，制造精細，使用得當，可使中溫鹽爐電能單耗降至0.9kWh，高溫鹽爐降至1.5kWh／L，電流不平衡值在5%以內(nèi)，爐膛溫差在兩式脈沖控溫條件下也將低于49℃。

4.2 鹽爐液面保溫技術應向方便實用和無污染方面發(fā)展

鹽爐爐溫在1000℃以內(nèi)的爐口鹽液面保溫，應在“654”保溫粉劑的基礎上，研制推廣粒子狀液面保溫層技術。粒子保溫層不必結(jié)殼，因此比粉劑要燒結(jié)才能成殼更簡便，污染少、消耗少，不會粘附于加熱工件表面，不會污染淬火介質(zhì)，且保溫性能好，是一項很有前途的值得開發(fā)的新技術產(chǎn)品。如果研制、應用得當，鹽爐動態(tài)工作時可節(jié)電35%左右；靜態(tài)工作時可節(jié)電80%。

4.3 采用接觸器調(diào)整變壓器檔位

為方便使用與維修且達到好的節(jié)能效果，原有八個檔位的鹽爐變壓器的一檔、三檔和七檔可以舍去。凡少于五個檔次的鹽爐變壓器應按上述各檔位的電壓要求增設。故應在快速啟動技術中盡可能用接觸器替代手輪調(diào)整。

4.4 積極應用新技術新材料

鹽爐改造是一項綜合工程，涉及各種新型耐火、保溫材料，以及一些先進的儀器儀表的應用，因此，在鹽爐改造中應該盡量采用當代新技術、新材料，不斷完善鹽爐技術和控溫的自動化。

4.5 研究推廣微機在鹽爐上的應用

微處理機發(fā)展很快，在鹽爐技術改造中應盡早引入微機來推動鹽爐自身的技術改造，并及早建立鹽爐加熱工件和滲層的生產(chǎn)線。