中频炉的筑炉、补炉、炉衬烧结工艺

1中频炉的筑炉、炉衬烧结使用操作及维修2目录一概念1、感应加热、熔化的工作原理…………………………………………52、工频炉与中频炉的概念………………………………………………63、工频炉与中频炉的比较………………………………………………8二中频炉的安装、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、母线的布置………………………………………………………………12三中频炉炉衬的筑炉、烘炉1、筑炉前的检查……………………………………………………………132、筑炉………………………………………………………………………133、烘炉、炉衬烧结机理及三层结构………………………………………16四炉衬的损坏机理及预防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的措施…………………………………………253五炉衬的修补1、热补法……………………………………………………………………272、冷补法……………………………………………………………………28六中频炉的使用1、开炉前的准备及检查……………………………………………………282、开机操作…………………………………………………………………293、停机操作…………………………………………………………………294、冷启动……………………………………………………………………305、使用中的操作……………………………………………………………306、严格禁止的操作…………………………………………………………33七中频炉的日常维护和检修要点中频炉的日常维护检修要点（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、中频炉的熔化率与生产率………………………………………………362、冷却水泵供电……………………………………………………………373、冷却水……………………………………………………………………374、中频炉熔化比工频炉快的主要原因……………………………………375、中频炉比工频炉节能……………………………………………………386、冷却水塔…………………………………………………………………3847、感应圈与磁轭间的绝缘材料……………………………………………388、关键元件的制造商（国外）……………………………………………389、熔化炉额定功率的配置…………………………………………………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、磁轭的作用………………………………………………………………3913、无碳胶管的作用…………………………………………………………4014、坩埚（炉衬）的作用与厚度……………………………………………4015、感应器及坩埚的高度……………………………………………………4116、影响熔化单耗指标的因素………………………………………………4217、关于“防电蚀管”………………………………………………………4418、感应炉冷却水的特点及对水质的要求………………………………445中频炉的筑炉、炉衬烧结、使用操作及维修一概述1、感应加热、熔化的工作原理（1）一个无芯感应炉，主要由线圈及放入其中熔化的金属炉料所构成，运行的基本原理是电磁感应。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。要加热的金属炉料放置于交变磁场中（见图1），由于电磁感应作用，金属炉料内产生电流，电流通过金属炉料电阻时使金属炉料发热。可见，感应电炉是应用电磁感应原理将电能传递给金属炉料，而电能交换为热能的方式属于电阻加热。Q=I2Rt(J)式中：Q－电流通过电阻产生的热量（J）I－电流（A）R－金属炉料等效电阻（Ω）t－通电时间（S）感应炉就是利用这个热量使金属炉料发热熔化。我们可以看出，要进行感应加热，必须满足两条件：1)用交流电；2)被加热物体必须是金属材料。由于注入线圈中的电流总是滞后于电压，熔炼时感应线圈的典型功率因数仅为0.1。因此，就要把电容同线圈并联连接以进行功率因数的补偿，因为电容电流总是超前于电压，因此选择正确的电容、线圈组合，功率因数可达到1.0，这就是使用补偿电容的原因（见图2）。672、工频炉与中频炉的概念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）工作的。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）概念中频感应电炉采用大电流半导体（如：IGBT、可控硅）构成变频器，将电网50HZ交流电经过变频器升为200HZ～10000HZ的中频电流，然后送至电炉的感应圈。中频电流产生的磁场具有更高的耦合效率，可以使更多的能量送到炉内被熔化的金属中，从而可以获得高效和快速的熔化。中频电源的工作功能为（见图3）：交流（50HZ)→直流→交流（100HZ～10000HZ）→炉体线圈图3中频电源工作功能示意图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）常用的二种逆变电路a、并联电路（电流型逆变器，见图4）2351647并联型逆变器一般具有一个产生可变直流电压的整流器，一个直流电抗器和一个全桥逆变部分，其高频输出同炉子线圈相连，线圈两端接有并联功率因数补偿电容。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－补偿电容器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只在补偿电容和线圈间流动，因而效率较高。其结构严密，控制全面，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）串联型逆变器一般具有一个固定直流输出电压的整流器和一组较大的直流电容，向逆变部分提供了一个低阻抗的电压源。现代串联电路使用一半桥逆变器，电源输出连接到同功率因数补偿电容相串联的炉子线圈上。8图5串联电路原理1－三相交流电3－整流器5－滤波电容器7－补偿电容器I－电流2－输入端4－限流电抗器6－逆变器（串联）8－炉子感应圈主要优点是：（1）在所有功率水平下都有很好的功率因数。（2）采用不控整流，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）其启动成功率不论是冷炉还是热炉均为100％。主要缺点是电流I不仅流经补偿电容器和线圈，还流经SCR，使SCR长期在大电流下运行，影响寿命。3、中频炉与工频炉的比较虽然中频炉和工频炉均属感应电炉，但除了使用的电源频率不同以外，还有许多差异：（1）中频炉升温快，熔化率高中频炉功率密度大，每吨容量炉料的功率比工频炉大50％～200％。工频：250KW/t，而中频500KW/t以上（高密度达到700～1000KW/t）（2）适用性和灵活性中频炉在空炉、满炉情况下都能100％启动，并在很短时间内达到满功率。同时，中频炉可以倒空铁水，更换炉料方便，适应多种牌号的铁水的生产。由于没有存留铁液，调整铁水成分方便，不受限制，宜少批量、多品种材质生产方式。另外，中频炉投入熔化功率可以从5％～100％无级调节，铁水温度控制也精确。（3）中频炉由电子控制，连续可调，可以恒定满功率输入。9（4）相同容量的中频炉占地面积比工频炉小（无庞大的电容空间，中频炉补偿电容少，可以安装在一个柜子内），一次投资可减少10％～15％。（5）中频炉内铁水搅拌力与功率密度成正比，与频率平方根成正比，因而容易控制。既能充分搅拌，又不像工频炉那样激烈翻滚。由于工频炉的频率（50HZ）固定，但随功率的变化而变化，因此当功率提高时，搅拌力提高很大，能把浮在铁液上面的炉渣卷入铁液内，且铁水在翻滚中不断同空气中的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，熔化过程频率在变化，会自动全过程跟踪。频率变化范围：下限为额定频率的50％，上限为额定频率的120％。附：铁水驼峰计算公式H=695×N×P÷ρ÷FR÷3014.3AL÷32)4(W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）ρ－熔化金属密度（0.26磅/立方英寸）R－金属电阻率（200微欧姆/cm）(6)如果倒空铁水后加料，则炉料干湿程度不受限制。工频炉由于不能倒空铁水熔炼，因此熔化过程不能加湿料，否则会产生爆炸。(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，而不像工频炉那样多次、长时间过热，铁水内在质量好。(8)中频炉电效率比工频炉高10中频炉在批量熔化作业前期，由于金属炉料电阻大，磁性固态冷料启动时的线圈电效率高达95％。在温度高于居里点（799℃）以上时，由于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，与工频炉残液熔化法时的线圈电效率相同。可见中频炉的批料熔化法在整个作业周期内平均电效率可达88％，高于工频炉残液法熔化周期内的80％。（9）中频炉在节假日不生产时可以倒空铁水，不必像工频炉那样要做液态保温，故可以减少保温铁水用电耗，也不必派人值班。(10)中频炉炉衬的寿命比工频炉低，其原因是：1）通过把功率和频率的很好匹配，中频炉有效电磁场集中在炉衬的热表层而成功地提高了熔化效率，其炉料从外向里开始熔化，外部炉料与其接触的炉衬会很快过热(无芯工频炉则从里向外熔化炉料)，对炉衬不利。2）作为熔化炉的中频炉由于熔化率高，意味着炉衬长期处于高温铁水的浸蚀。炉料中的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，故炉衬逐渐被浸蚀变薄。SiO2+2C→Si+2CO↑（11）中频炉电源柜可控硅、电容器均应用水冷却，对水质要求高，而工频炉电器不必水冷却。（12）中频炉电耗比工频炉低由于中频炉电效率高，熔化率高，同样熔化相同炉料所需时间中频炉比工频炉短，熔化过程的热损失相对比较少，因而电耗低。（13）由于中频坩埚式感应电炉的功率密度较工频坩埚式感应电炉的高，在相同的熔化率要求下，其炉子容量小，相应的热损失也小。11二中频炉的安装检测中频炉的安装要注意如下问题：1、炉体安装首先要在平的地基上安装炉架，然后安装倾炉油缸、炉体等。2、水冷系统的安装安装前应检查系统中的各种管道、软管以及相应的接头尺寸是否符合设计要求。开式水冷系统的进水管最好使用镀锌管，与中频炉配套的闭式水冷系统的所有水管应选用铜管或不锈钢管，备用水源及其他切换系统也应安装完毕。水冷系统安装完毕要进行耐压试验（试验水压为使用压力的1.5倍保持10min，所有焊缝及接头均无渗漏为合格。3、液压系统安装油泵站一般安装在有一定高度的基础上，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保证油箱不受金属溶液的侵害（安装油管也应做此考虑）。液压系统安装完毕也应做耐压试验（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如下问题：1）所有控制线两端均应有端子号。安装完毕后要认真检查并试验电气动作，使所有电气及其连接装置的工作准确无误。2）感应器通水前，检测感