中频电炉使用与保养

中频电炉使用与保养
摘要：
消失模工艺的前级是中频炉冶炼，文章从中频炉设备基本构成和维护要点两方面讲述一些基本知识及经验。

一、铸件吨电耗
对每一个企业管理者而言，生产成本是最重要的话题。

对铸造企业来讲，铸件吨电耗的重要性不言而喻。

电炉熔炼工艺，不论是中频炉，还是工频炉、电弧炉，有一个规律是不变的，即在同等熔化时间下，炉容量越大越节电；在同等炉容量下，熔化时间越快越节电。

如果一个企业年产5000吨钢水（铁水），如果每吨产量电耗下降30度，每度电费0.5元，一年就可节约5000*30*0.5=75000元。

就国内企业而言，吨钢水电耗从650—1000度，随着设备状况和管理水平的不同，差别相当大。

美国英达公司的常规电炉（1-5T），吨钢水电耗水平，对外宣称可达550度。

而国内铸造厂的水平，能达到700—800度就不错了。

其中，中频炉设备的配置至关重要。

好多老板都希望买的设备越便宜越好，往往忽略了电炉的重要指标吨电耗，实际上把很多钱都送到国家电网上去了。

设备的使用是降低电耗的第二原因，保证设备正常工作，尽量在短时间内出炉，能明显降低电耗。

二、中频炉设备的基本结构组成
中频电炉设备是一种将三相工频交流电能静止换成中频单相交流电能的静止变频装置。

设备分中频电源、无芯感应炉体（中频炉）两部分，辅助部分为循环水系统及工频供电系统（变压器或母线）。

1、中频电源：由中频电源柜（图1）、电容补偿架（图2）两部分组成。

随着设备功率的提高，中频电源的供电电压也有所不通：目前国内常见的有380V，575V，660V，750V，950V，1100V；供电相数分为三相，六相，十二相。

中频电源柜构成：主开关，整流可控硅，逆变可控硅，主控制板，平波电抗器。

主控制板的重要性：相当于人的大脑。

目前采用最广泛的是恒功率主控制板（图3），有波峰焊和手工焊两种工艺，波峰焊工艺稳定，故障率低。

炉体部分：普通的采用铝壳感应炉（图4），稍好的不锈钢壳感应炉（图5），好一些的采用液压磁轭钢壳感应炉（图6）。

倾炉方式分减速机倾炉和液压倾炉两种。

工频供电系统：供电变压器（图7），低压开关柜。

三、可控硅的正确使用
可控硅（图8）是中频电源的心脏，它的正确使用对设备的运行至关重要。

一台设备一年损坏三五只可控硅尚属正常，如果经常烧硅，电炉停摆，影响生产，就要引起警觉了。

可控硅的工作电流从几百安到几千安，电压通常在一两千伏，良好的主控板保护和良好的水冷条件是必备的。

可控硅的超负荷特性：可控硅的损坏称为击穿。

在正常的水冷条件下，电流超负荷能力可达110%以上；无电压超负荷能力，就是说，硅在超压情况下，是肯定损坏的。

再考虑到浪涌电压，厂家在制造设备时，往往都按工作电压的3-4倍值来选择硅元件。

比如说，中频柜的额定工作电压是750V时，就选2只耐压1400V的硅元件串联工作，相当于2800V耐压值。

可控硅的正确安装压力：150-200KG/cm2。

在设备出厂时，一般是用油压机压装。

人工用普通的扳手用最大力气也达不到该数值，所以人工装压时，不必要担心硅会被压坏；压松了，反而会由于散热不良而烧硅。

可控硅的散热器结构（图8）：水冷空腔+多铜柱支撑。

如果循环水太硬，就会在水腔内部结垢，造成散热不良；如果水腔内进入树叶等杂物，也会造成水流不畅。

可控硅的出厂测试温度是100℃（结温）,一般情况下，电柜循环水温保持在40℃以下就能保证它的正常工作。

手持式红外线测温仪非常有用，350℃的测温仪才几百元，不太贵。

用它来测量正在工作电源的可控硅温度及散热器温度，可及时发现异常点，处理故障。

散热器的台面必须与元件台面尺寸相匹配，防止压偏、压歪，而损坏器件。

散热器台面必须具有较高的平整、光洁度。

建议散热器台面粗糙度小于或等于 1.6µm，平整度小于或等于30µm。

安装时元件台面与散热器台面应保持清洁、干净、无油污等脏物。

安装时要保持硅元件台面与散热器的台面完全平行、同心。

安装过程中，要求通过元件中心线施加压力，以使压力均匀分布在整个接触区域。

用户手工安装时，建议使用扭矩扳手，对所有紧固螺母交替均匀用力，压力的大小要达到规定要求。

在重复使用水冷散热器时，应特别注意检查其台面是否光洁、平整，水腔内是否有水垢和堵塞，尤其注意台面是否出现下陷情况，若出现了上述情况应予以更换。

四、循环水系统的重要性
中频炉设备是一种大功率的电力电子装置，可控硅、平波电抗器、电容、感应圈、水冷电缆等主要部件都需要水冷却，许多冷却管的内径只有8mm左右。

功率小一些的电炉，只采用循环水池就可以了。

功率大一些的电炉，就要采取循环水池加
玻璃钢冷却塔的方式（图9），并要求电炉和电柜循环水分开，因为电炉出水温度在55℃左右，电炉出水温度在40℃左右，温差十几度以上。

条件好些的企业，或者本地水质很硬的情况，最好采用纯水（蒸馏水）循环系统。

目前纯水循环系统产品分全封闭式（铜管机芯）（图10）和换热器式（图11）两种，前者占地面积小，但造价高，后者占地面积大，但造价低，两者都能达到纯水封闭循环冷却的目的。

许多企业不重视水系统的配置，循环水温度过高，系统进入杂物，造成结垢和堵水现象，出现烧硅、烧电抗器故障，造成不必要的损失。

山东、河北、云贵川的部分地区，水硬度较大，中频电源最好采用纯水内循环系统。

常见的中频炉水循环系统见图：中频电源普通循环水系统（图12），电源纯水循环系统（图13），电炉循环水系统（图14）图10全封闭式（铜管机芯）纯水循环系统
各进水管路应有闸阀控制水的流量，
总进水管应装水压表；回水管路应各走各的，越粗越好，使回水不致溢出；水池要求容积越大越好，使水冷却更快。

炉体出水温度高，出水口应远离水泵抽水口；进水管弯道应当尽量少，水池距离水泵越近越好，使水压和流量不致于损耗。

建议用户在建水池时，最好将电炉水和电柜水各用一个水池，独立循环。

五、日常维护
企业一定要配备专业维修电工，对设备进行日常维护和故障处理。

本设备每月检查一次，消除机内尘土灰垢，机件损蚀松动情况应调整后再使用。

如设备暂不用时应加强干燥措施，加强通风，以免受潮引起装置损坏，以及各电子元件参数蠕变；冬天，应排除水冷系统中的积水，防止冻结损坏管道。

由于可控硅元件过载能力低，故不允许设备过载使用。

在生产过程中，不允许机内或负载感应圈有短路情况发生，这样会导至设备损坏。

用户人员在使用调备过程中，不能变动主控板上电位器设定的参数。

六、用户案例
1、鞍钢某专业厂：生产方式为24小时连续，原有几套中频电源，使用一年多后故障率变大，可控硅烧损严重。

原因之一是主控板为手工焊接，保护电参数蠕变；二是可控硅散热器装配方式不合理；三是使用的可控硅品牌不稳定。

2、二汽某配套厂：有0.25T-1T数套中频炉，普通水冷却，水质良好，使用后发现设备故障率逐年上升。

原因：大型水池露天，周边有树木及杂草，循环管道中发现大量细树棍、小鱼骨及杂物。

3、广汉石油钻采厂：0.5T设备，普通水冷却，设备功率开低时没问题，功率开高后，在
同一个位置连续烧了几只可控硅。

原因是水质太硬，结垢太厚，散热器无法散热。

4、山东某精铸厂：使用普通水冷却，循环水碱性大、硬度大，生产一年后由于结垢严重，平波电抗器经常烧坏，可控硅散热器也需定期更换。

5、成都某公司：二手台湾中频炉，有纯水系统，使用二年后烧硅。

经查发现其纯水系统渗漏损坏至少有半年，可控硅散热器内结垢严重。

七、其它相关事项：
电网谐波：所有包括中频炉在内的电力电子设备，在使用时都会不同程度地在电网中产生谐波，在谐波较重时，就要采取相应措施。

解决办法有几种，隔离变压器，进线滤波电感，投入无源滤波设备，投入有源滤波设备。

前两项的造价较小，后两项造价较大。

设备功率因数：目前国内绝大多数设备属于并联线路，功率因数85%以上，需另加补偿，补偿柜需要有抗谐波功能。

少数设备采用串联线路，功率因数95%以上，不需补偿。