铸造装备之中频感应炉发展介绍

中国铸造协会熔炼技术与设备分会 高巍、张永武

长期以来，我国都是铸件生产大国，自本世纪初开始，我国铸件产量已连续多年稳居世界第一。我国铸造业的发展具有悠久的历史，从早期的青铜器铸造到今天的汽车零部件、航空航天器件等的铸造，铸造技术和工艺取得了极大的进步和突破。如今，铸造仍是我国发展高端装备制造业不可或缺的基础工艺，是众多主机产品和高端装备创新发展的重要支撑和基础保障。随着铸造业的发展，铸造装备水平也有了显著提升，包括熔炼装备、造型制芯装备、砂处理装备、后处理装备及特种铸造装备等，不断向高效节能、自动化、数字化方向发展，并不断创新，推动铸造在精密铸造、关键主机部件生产等方面实现突破。

中频感应炉作为铸造熔炼装备，电热转化有效利用率可达75%以上，远高于传统燃气炉和冲天炉（40%～50%左右）。随着铸造行业向节能降耗、实现绿色可持续发展迈进，追求优质、高效、稳定、节能、环保、可控的生产方式已成为铸造行业的共识，中频感应炉已基本取代燃气炉和冲天炉，成为现代铸造工艺熔炼、保温最有效的基础工艺装备和重要的工业母机。

一、中频感应炉的工作原理及应用领域

中频感应炉主要利用电磁感应原理和电热效应，通过以电力电子技术为核心的中频感应电源提供交变电流至感应线圈建立磁场，磁场产生磁力线切割感应炉内的金属产生涡流形成高温，并最终实现金属熔化。

由于加热熔化全程通过使用电力的感应线圈，并无额外的燃料添加，中频感应炉相比于传统的冲天炉等设备，具有熔炼速度快、生产效率高、铸件杂质少、能源消耗低、环境污染小等诸多优点，在铸造行业得到普遍应用。由于国家打击地条钢，中频感应炉在钢铁企业中使用受到严格监管，一度影响中频感应炉行业的发展。由中国铸造协会参与编制的《关于支持打击“地条钢”、界定工频和中频感应炉使用范围的意见》（钢协[2017]23号）中已明确：铸造行业采用中频感应炉生产各类铸件产品以及不锈钢生产过程中使用中频感应炉熔化铬铁、镍铁等合金符合产业政策的规定。

中频感应炉因其节能环保、金属元素回收率高等优点，也广泛应用于不锈钢生产过程中的合金熔化环节，我国主要钢铁企业在新建短流程炼钢工艺中基本都配备了中频感应炉作为辅助熔化装备。目前中频感应炉已成为现代铸造行业金属熔炼、保温和短流程炼钢领域合金熔化最高效的核心基础工艺装备之一，具有不可替代性。随着产业政策对中频感应炉使用范围的明确界定，近年中频感应炉行业逐渐恢复并稳定发展。2023年7月，财政部和国家税务总局发布文件，将真空熔铸装备（坩埚容量≥50千克）、感应熔炼电炉（熔化量≥10吨）等铸造装备列入先进工业母机产品，产业政策将有力推动中频感应炉行业的持续健康发展。

二、中频感应炉行业发展情况

自20世纪五六十年代中频感应炉在工业领域广泛使用，特别是铸造领域的应用开始，“节能、安全、稳定”就成为中频感应炉的核心价值，时至今日，其核心价值仍未改变，这些核心价值保证铸造企业能够以更高的效率和更低的能耗，连续稳定的熔化金属生产各类铸件。

长期以来，国内的中频感应炉市场存在两极分化的状态，国产的中频感应炉多为质量差、能耗高、故障频出的低端产品，不能满足客户对设备稳定性、节能性、安全性的要求。自20世纪90年代，美国应达、德国ABP等国外中频感应炉制造厂商进入我国后，长期垄断国内的高端中频感应炉市场，产品价格高昂，性价比不高，但由于选择有限，客户对高端中频感应炉的需求只能选择少数国外品牌。

据中国铸造协会熔炼分会统计，截止2023年底，我国中频感应电炉企业制造企业数量基本在150家左右，全年电炉装机总容量为9600MVA左右。企业整体规模偏小，年产值3亿元以上的头部企业数量占比2-3%，1亿元以上的企业数量占比5%，5000万以上企业占比10%。2021年到2023年，在国家倡导节能减排、发展低碳经济的大环境下，在铸造行业新增和改造更新的中频感应电炉按照设备总产值计算，市场规模分别达到了89亿，95亿和100亿元，近三年总市值复合增长率约为5%。其中，高附加值的多供电高端中频感应熔炼炉的占比接近20%。近年我国铸造行业实现快速发展，截至国内高端铸造装备取得了长足进步。其中以上海新研等为代表的国产中频感应炉生产企业，在高端中频感应炉市场打破国外品牌垄断，并实现国产替代，目前其在国内高端中频感应炉市场的占有率已达到15%以上，具有较高的品牌知名度。

三、中频感应炉产品标准情况

我国中频感应电炉制造企业以中小微企业为主，属于离散型产业，整个工艺流程由多个独立的工艺或工序组成，坚持标准创新引领已成为促进我国中频感应电炉产业绿色发展、促进产品产业迈向中高端的重要途经之一。中频感应炉标准情况如下：

1、安全标准3项（等同采纳IEC国际标准）

2、中频炉试验方法标准2项（等同采纳IEC国际标准）

3、中频炉产品技术标准6项

4、中频炉产品能耗标准2项

5、中频炉设备辅助及配套标准8项

6、中频炉使用要求标准3项

7、地方标准

四、中频感应炉技术发展展望

近年来本细分领域涉及的主要创新技术方向有：

1、超大功率绝缘栅双极型晶体管（IGBT）半导体器件及集成技术的应用；

2、高功率碳化硅电力电子器件关键技术的应用；

3、直流共母供电集成技术的应用；

4、高电压变频器技术的应用；

5、熔炼、铁水转运及浇注的一体化集中管控；

6、测温取样机器人的应用；

7 、超大吨位炉体、后倾机构，实现大炉体的后倾扒渣；

8、炉体称重技术的应用；

9、炉外自动扒渣装置的应用… …

在我国制造业数字化转型以及“双碳”目标背景下，绿色智能铸造逐渐成为我国铸造行业发展重要驱动因素，随着铸造熔炼技术创新和产业变革演进，中频感应炉将伴随着铸造行业的发展实现自身的技术创新和健康发展，未来中频感应炉将朝着更加节能环保、大功率大吨位、自动化及数字化等方向发展。