中频炉的筑炉补炉炉衬烧结工艺模板.doc
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1、中频炉筑炉、炉衬烧结使用操作及维修目录一 概念1、感应加热、熔化工作原理 52、工频炉和中频炉概念 63、工频炉和中频炉比较 8二 中频炉安装、检测1、炉体安装 112、水系统安装 113、液压系统安装 114、电气安装 115、母线部署 12三 中频炉炉衬筑炉、烘炉1、筑炉前检验 132、筑炉 133、烘炉、炉衬烧结机理及三层结构 16四 炉衬损坏机理及预防1、过热 202、裂纹 213、剥落 224、侵蚀 235、炉瘤 256、浸润 257、其它延长炉衬使用寿命方法 25五 炉衬修补1、热补法 272、冷补法 28六 中频炉使用1、开炉前准备及检验 282、开机操作 293、停机操作 29
2、4、冷开启 305、使用中操作 306、严格严禁操作 33七 中频炉日常维护和检修关键点中频炉日常维护检修关键点(见“周期表”) 34八 事故处理1、停电 342、漏液 353、冷却水事故 36九 其它1、中频炉熔化率和生产率 362、冷却水泵供电 373、冷却水 374、中频炉熔化比工频炉快关键原因 375、中频炉比工频炉节能 386、冷却水塔 387、感应圈和磁轭间绝缘材料 388、关键元件制造商(国外) 389、熔化炉额定功率配置 3810、保温中频炉最小功率配置3911、冷却水管接头卡篐材质要求3912、磁轭作用3913、无碳胶管作用4014、坩埚(炉衬)作用和厚度4015、感应器及坩
3、埚高度4116、影响熔化单耗指标原因4217、相关“防电蚀管”4418、感应炉冷却水特点及对水质要求 44中频炉筑炉、炉衬烧结、使用操作及维修一 概述1、感应加热、熔化工作原理(1)一个无芯感应炉,关键由线圈及放入其中熔化金属炉料所组成,运行基础原理是电磁感应。感应电炉中有一个感应线圈,当它通上交流电时即建立交变磁场。要加热金属炉料放置于交变磁场中(见图1),因为电磁感应作用,金属炉料内产生电流,电流经过金属炉料电阻时使金属炉料发烧。可见,感应电炉是应用电磁感应原理将电能传输给金属炉料,而电能交换为热能方法属于电阻加热。Q=I2 R t(J)式中:Q电流经过电阻产生热量(J) I电流(A) R
4、金属炉料等效电阻()t通电时间(S)感应炉就是利用这个热量使金属炉料发烧熔化。我们能够看出,要进行感应加热,必需满足两条件:1) 用交流电;2) 被加热物体必需是金属材料。因为注入线圈中电流总是滞后于电压,熔炼时感应线圈经典功率因数仅为0.1。所以,就要把电容同线圈并联连接以进行功率因数赔偿,因为电容电流总是超前于电压,所以选择正确电容、线圈组合,功率因数可达成1.0,这就是使用赔偿电容原因(见图2)。2、工频炉和中频炉概念1) 工频炉工频感应电炉是直接利用城市电网交流电(频率为50HZ或60HZ)工作。小容量电炉由380V网提供,大、中容量电炉由6KV以上高压电网供电。2) 中频炉(1)概念
5、中频感应电炉采取大电流半导体(如:IGBT、可控硅)组成变频器,将电网50HZ交流电经过变频器升为200HZ10000HZ中频电流,然后送至电炉感应圈。中频电流产生磁场含有更高耦合效率,能够使更多能量送到炉内被熔化金属中,从而能够取得高效和快速熔化。中频电源工作功效为(见图3):4交流(50HZ) 直流交流(100HZ10000HZ)炉体线圈671532图3 中频电源工作功效示意图1三相交流输入 3 滤波器 5 逆变器 7感应线圈2全波整流 4 单相直流电 6单相交流电(2)常见二种逆变电路 a、并联电路(电流型逆变器,见图4) 并联型逆变器通常含有一个产生可变直流电压整流器,一个直流电抗器和
6、一个全桥逆变部分,其高频输出同炉子线圈相连,线圈两端接有并联功率因数赔偿电容。图4 并联电路原理1三相交流电 3整流器 5滤波电抗器 7赔偿电容器 I 电流2输入端 4单相直流电 6逆变器 8炉子感应圈优点:电流I只在赔偿电容和线圈间流动,所以效率较高。其结构严密,控制全方面,运行可靠性高。缺点:低功率运行状态下其功率因数较低。b、串联电路(电压型逆变器,见图5)串联型逆变器通常含有一个固定直流输出电压整流器和一组较大直流电容,向逆变部分提供了一个低阻抗电压源。现代串联电路使用二分之一桥逆变器,电源输出连接到同功率因数赔偿电容相串联炉子线圈上。图5 串联电路原理1三相交流电 3整流器 5滤波电
7、容器 7赔偿电容器 I电流 2输入端 4限流电抗器 6逆变器(串联)8炉子感应圈关键优点是:(1)在全部功率水平下全部有很好功率因数。(2)采取不控整流,工作时整流可控硅全导通,所以高次谐波分量小,对电网影响小。(3)其开启成功率不管是冷炉还是热炉均为100。关键缺点是电流I不仅流经赔偿电容器和线圈,还流经SCR,使SCR长久在大电流下运行,影响寿命。3、 中频炉和工频炉比较即使中频炉和工频炉均属感应电炉,但除了使用电源频率不一样以外,还有很多差异:(1) 中频炉升温快,熔化率高 中频炉功率密度大,每吨容量炉料功率比工频炉大50200。工频:250KW/t,而中频500KW/t以上(高密度达成
8、7001000KW/t)(2) 适用性和灵活性 中频炉在空炉、满炉情况下全部能100开启,并在很短时间内达成满功率。同时,中频炉能够倒空铁水,更换炉料方便,适应多个牌号铁水生产。因为没有存留铁液,调整铁水成份方便,不受限制,宜少批量、多品种材质生产方法。另外,中频炉投入熔化功率能够从5100无级调整,铁水温度控制也正确。(3) 中频炉由电子控制,连续可调,能够恒定满功率输入。(4) 相同容量中频炉占地面积比工频炉小(无庞大电容空间,中频炉赔偿电容少,能够安装在一个柜子内),一次投资可降低1015。(5) 中频炉内铁水搅拌力和功率密度成正比,和频率平方根成正比,所以轻易控制。既能充足搅拌,又不像
9、工频炉那样猛烈翻滚。因为工频炉频率(50HZ)固定,但随功率改变而改变,所以当功率提升时,搅拌力提升很大,能把浮在铁液上面炉渣卷入铁液内,且铁水在翻滚中不停同空气中O2接触而氧化,元素烧损严重(1小时烧损1),使铁液纯度下降,影响产品质量。 中频炉实际上也是变频炉,熔化过程频率在改变,会自动全过程跟踪。频率改变范围:下限为额定频率50,上限为额定频率120。 附:铁水驼峰计算公式 H=695NP式中:H铁水驼峰高度(mm) F频率(HZ) A0坩埚直径(英寸) N线圈效率(0.838) L线圈高度(英寸) W炉料重量(磅) P输入功率(KW) 熔化金属密度(0.26磅/立方英寸) R金属电阻率
10、(200微欧姆/cm)(6)假如倒空铁水后加料,则炉料干湿程度不受限制。工频炉因为不能倒空铁水熔炼,所以熔化过程不能加湿料,不然会产生爆炸。(7)中频炉冶炼时间短,从冶金角度看,熔化金属液只存在一次过热,而不像工频炉那样数次、长时间过热,铁水内在质量好。(8)中频炉电效率比工频炉高中频炉在批量熔化作业前期,因为金属炉料电阻大,磁性固态冷料开启时线圈电效率高达95。在温度高于居里点(799)以上时,因为炉料间存在接触电阻,线圈电效率可高达90左右。当金属炉料完全熔化时,此时线圈电效率为80左右,和工频炉残液熔化法时线圈电效率相同。可见中频炉批料熔化法在整个作业周期内平均电效率可达88,高于工频炉
11、残液法熔化周期内80。(9)中频炉在节假日不生产时能够倒空铁水,无须像工频炉那样要做液态保温,故能够降低保温铁水用电耗,也无须派人值班。(10)中频炉炉衬寿命比工频炉低,其原因是: 1)经过把功率和频率很好匹配,中频炉有效电磁场集中在炉衬热表层而成功地提升了熔化效率,其炉料从外向里开始熔化,外部炉料和其接触炉衬会很快过热(无芯工频炉则从里向外熔化炉料),对炉衬不利。2)作为熔化炉中频炉因为熔化率高,意味着炉衬长久处于高温铁水浸蚀。炉料中碳等元素在高温下会发生“坩埚反应”,使炉衬SiO2被还原成Si,形成炉渣,故炉衬逐步被浸蚀变薄。 SiO2+2CSi+2CO(11)中频炉电源柜可控硅、电容器均
12、应用水冷却,对水质要求高,而工频炉电器无须水冷却。(12)中频炉电耗比工频炉低因为中频炉电效率高,熔化率高,一样熔化相同炉料所需时间中频炉比工频炉短,熔化过程热损失相对比较少,所以电耗低。(13)因为中频坩埚式感应电炉功率密度较工频坩埚式感应电炉高,在相同熔化率要求下,其炉子容量小,对应热损失也小。二 中频炉安装检测中频炉安装要注意以下问题:1、炉体安装 首先要在平地基上安装炉架,然后安装倾炉油缸、炉体等。2、水冷系统安装 安装前应检验系统中多种管道、软管和对应接头尺寸是否符合设计要求。开式水冷系统进水管最好使用镀锌管,和中频炉配套闭式水冷系统全部水管应选择铜管或不锈钢管,备用水源及其它切换系
13、统也应安装完成。 水冷系统安装完成要进行耐压试验(试验水压为使用压力1.5倍保持10min,全部焊缝及接头均无渗漏为合格。3、液压系统安装 油泵站通常安装在有一定高度基础上,便于维修时从油箱内排油。同时,即使发生严重漏炉事故也能确保油箱不受金属溶液侵害(安装油管也应做此考虑)。 液压系统安装完成也应做耐压试验(1.5倍工作压力保持10min)。然后做倾炉试验。4、电气系统 电气系统安装应注意以下问题:1)全部控制线两端均应有端子号。安装完成后要认真检验并试验电气动作,使全部电气及其连接装置工作正确无误。2)感应器通水前,检测感应器绝缘电阻,并做耐压试验。感应器应能承受2Un+1000V(但不低
14、于V)绝缘耐压试验1min而无闪络和击穿现象(Un为感应器额定电压)。在高压试验时,电压从1/2要求值开始,在10S内达成最大值。 感应器中不一样感应圈之间、感应圈和地之间和感应圈和磁轭间电阻要满足以下要求: 额定电压在1000V以下,用1000V兆欧表,其绝缘电阻值不低于1M;额定电压1000V以上者,用2500V兆欧表,其绝缘电阻值不低于1000/V。若发觉绝缘电阻值低应对感应器进行干燥处理(可借助放于炉内加热器或吹热风),但此时应注意预防对绝缘有害局部过热。3)磁轭每一个穿芯螺栓对硅钢片及对地面应有良好绝缘,用1000V兆欧表测量,其绝缘电阻值不低于0.5M。5、母线部署1)尽可能缩短母
15、线距离,比如赔偿电容和炉体尽可能靠近;2)从改善冷却效果提升母线载流量角度出发,母线宜竖放,即母线宽一面相互相对(母线平放则许可负荷将降低8左右);3)邻近效应也会造成导体有效截面利用率降低,单相多条并联母线宜采取交错组合,三相系统则以A、B、C、D交替排列,使导体电感降低。4)不一样极性母线间距离在绝缘强度许可下,要尽可能靠近,因母线感抗伴随母线间距离增大而增大。 5)不应用铠装或有金属包皮工频单芯电缆传输中频电流,可用两芯或四芯铠装或有金属包皮电缆,但芯线必需载往返方向电流,同极性芯线要对角部署(四芯电缆)。6)当母线电流大于1500A时,在其周围300mm范围内不应有钢铁构件。三 中频炉
16、衬筑炉、烘炉1、筑炉前检验 1)检验电气、液压、水冷系统,作送电、倾炉、通水试验。 2)检验感应器绝缘情况。 3)检验报警器。 4)选择适宜坩埚 坩埚模用610mm钢板卷焊而成。模体带一定锥度,采取连续焊接(避免通电时焊缝打火,造成电流不稳,甚至过流保护)。焊缝外面应打磨光滑,并消除氧化锈(以免渗透炉壁结渣影响炉衬寿命)。整个坩埚模外表面应光滑平整,尤其是侧壁和底部相连圆弧处应选择较大为宜(通常取坩埚模内径0.1倍为最大许可圆弧半径)。另外坩埚模表面应充满3.0mm小孔供烘炉时排放水汽,孔距200mm。5)筑炉人员应穿戴洁净工作服,鞋子也要洁净,戴帽;炉台周围洁净无杂物,整个筑炉过程不得有杂物
17、(尤其是残铁)进入炉衬内。2、筑炉1)、铺设绝缘层、隔热层及报警电极a、炉壁 自感应器至炉子中心次序铺设耐火水泥(抹上810mm)钢丝网(报警电极)耐火水泥(810mm)云母板(1.5mm)石棉板(34mm)石棉布(2mm)。铺设时用张紧圈顶紧,每层平整无皱折,竖缝搭接,横缝对接,相邻两层接缝错开,不得有杂物混入。不锈钢丝网上部和引出线连接(第二电极),接入报警线路,抹第一层耐火水泥时予留引出孔。2)炉底 铺设石棉板(34mm)。不锈钢丝穿过石棉板后应分布于以炉子中心为圆心称为第一电极,应和炉内金属液有良好接触。引出线从底部穿出,接入报警系统。安装不锈钢丝网作第二电极方法用于“接触式”漏炉报警
18、装置,在第一、二电极间加上低压直流电。正常情况下,炉衬材料和隔热石棉板全部有很大绝缘电阻(硅砂打结炉衬,绝缘电阻在510K左右,电流很小,30V直流电压时约10mA以下,而且也较稳定)。当金属液渗漏进炉衬中并接触第二电极时,造成第一、二电极短路,此时电流忽然增加,当达成报警设定值(在30V时约7080A)报警装置发出信号并切断电源。此种接触式漏炉报警装置早期用于坩埚式感应电炉上,因为在炉衬中安装第二电极,给筑炉工作带来麻烦,有时还会因为干扰电动势而引发误动作,故使用受限制。现在另一个报警装置为“地漏监视装置”,不需要在炉衬材料内安装上述第二电极(但底电极仍需要),直流低压电加在感应圈电源线和地
19、之间。炉衬正常时电阻很大,电流很小。假如发生炉衬低电阻现象(如炉衬变薄,金属液渗漏全部会造成炉衬低电阻),这时电流表读数很大,装置跳闸继电器动作并发生报警信号。3)筑炉底a、若有炉底打结机,则用炉底打结机打结。手工打结用风动平锤,分两次打结,打实四遍以上。打结后其体积密度达成2.3Kg/cm3。在第二次加料前拆除下部张紧圈,刮平炉底表面料层,用平板和水平仪沿各个方向检验,确保炉底底料水平。b、每次投料后,首先用钢叉插一遍,除去炉衬材料中气体,再将炉料刮平,然后从中央开始捣固,逐步向外缘扩展。c、再次投料前,用钢叉将捣固炉衬划一遍,预防炉衬分层。d、最终一次捣固后要确保炉底厚度比实际厚度突出50
20、mm以上,再刮出多出炉料,并用水平尺找平,注意找好中心,炉底以外部分不要刮出,不然安放坩埚钢模后处理打结好炉底较困难,轻易产生分层。4)坩埚模放置(清除外表面铁锈及污物)放中后,四面用固定尺寸木块固定,测量坩埚模和铺设石棉板间距离,以确保炉衬侧壁尺寸均匀。各方向误差控制在5mm之间,确保模子对中。5)捣固斜坡部位 斜坡部位是关键部位之一,因为该部位机械冲刷厉害,侵蚀严重(俗称“大象脚”现象),也是捣固最困难地方,是整个炉衬最微弱步骤,必需确保打结质量。a、首先用钢叉将炉底面拉毛,划松,以预防分层。b、确定没有异物掉入后,开始加料。每加入一遍料要用钢叉叉一遍(手工除气),然后再捣固。捣固时尽可能
21、贴近坩埚模,以免损坏感应圈内壁云母绝缘片。检验确定没有异物掉入后,再加料,反复上述过程。6)侧壁部位捣固捣固方法同上。但炉口应留尺寸,因为炉衬再烧结时,体积会膨胀。同时整体炉壁打结完后,刮去坩埚模多出部分。注:假如使用电动筑炉机,可采取整体筑炉壁方法: 坩埚模安放好后从四面加入筑炉材料,一次加满。开动坩埚模内底层、第二层振动器1520min,然后关掉第一层,开第三层,振动1520min,然后关掉第二、三层,再开第四层,振动1520min(每次振击时间确实定以料面停止下降为准)。再次振击前,从四面补料至平炉口。7)筑制铁流槽用耐火砖水玻璃石英砂和筑炉用石英砂筑制流铁槽。炉衬本体和流铁槽结合处不得
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