中頻爐電工技師技師論文

中頻感應(yīng)燒結(jié)爐常見故障分析

與改進(jìn)研究作者：單位：金堆城鉬業(yè)股份有限公司金屬分公司時間：二0—年十月二十日中頻感應(yīng)燒結(jié)爐常見故障分析與改進(jìn)研究摘要：中頻感應(yīng)燒結(jié)爐加熱技術(shù)具有快速、清潔、節(jié)能、易于實現(xiàn)自動化和在線生產(chǎn)、非接觸加熱等特點，被廣泛應(yīng)用于有色金屬的冶煉行業(yè)。但該設(shè)備控制部分故障頻率較高嚴(yán)重影響了該設(shè)備能力的發(fā)揮。本研究工作針對中頻感應(yīng)燒結(jié)爐常見故障，從電氣控制部件入手采用全新的方法進(jìn)行改進(jìn)，減少故障發(fā)生的機(jī)率，降低維修成本，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。關(guān)鍵詞：中頻感應(yīng)燒結(jié)爐；爐膽；爐體；感應(yīng)圈；電力電容器0前言目前，隨著科學(xué)的進(jìn)步，材料學(xué)科進(jìn)一步發(fā)展，鉬制品的高溫?zé)Y(jié)多采用中頻感應(yīng)進(jìn)行加熱。而金鉬股份金屬分公司于1994年開始引進(jìn)中頻感應(yīng)燒結(jié)爐，發(fā)展到現(xiàn)在數(shù)量已達(dá)到18臺，產(chǎn)能從原來的每個月5噸，已發(fā)展到現(xiàn)在的每月200噸，無論從數(shù)量上還是產(chǎn)能上都發(fā)生了飛躍式的發(fā)展，然而中頻感應(yīng)燒結(jié)爐的故障維修一直困擾著企業(yè)，通常故障點不明顯，排查因素多，并且在通常情況下維修時間長，這些原因嚴(yán)重影響了中頻感應(yīng)燒結(jié)爐的運(yùn)轉(zhuǎn)率。本文的研究工作總結(jié)了本人自身十幾年來的中頻感應(yīng)燒結(jié)爐維修與實踐經(jīng)驗，從電氣控制部分入手，進(jìn)行了全面的對比分析并且講述了故障易發(fā)點形成的原因，以及其解決方案。1中頻感應(yīng)燒結(jié)爐的工作原理及電氣原理1.1中頻感應(yīng)燒結(jié)爐的工作原理中頻感應(yīng)燒結(jié)爐所應(yīng)用的原理主要是來源于法拉第所發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，也就是交變的電流會在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而導(dǎo)致導(dǎo)體產(chǎn)生發(fā)熱的現(xiàn)象，感應(yīng)加熱是電加熱的良好形式之一，它是利用法拉第電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽谷嚯娫赐ㄟ^中頻感應(yīng)電源變?yōu)橹蓄l交變電流，而當(dāng)交變電流通過圓形感應(yīng)線圈后，就會產(chǎn)生交變感應(yīng)磁場，也就是說會產(chǎn)生大小和方向都隨時間改變的交變磁通々。當(dāng)把一塊導(dǎo)電金屬（對于金屬分公司燒結(jié)鉬制品來說，其中鉬壓坯就相當(dāng)于其中的導(dǎo)體）放在感應(yīng)線圈內(nèi)時，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，金屬內(nèi)部就會產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動勢e，由于金屬是導(dǎo)體也就會因為感應(yīng)電動勢的存在產(chǎn)生感應(yīng)電流I2,這個感應(yīng)電流I2就叫做渦流，又根據(jù)焦耳——楞次定律，渦流在具有一定電阻的金屬內(nèi)部流動的時候就會產(chǎn)生一定的熱量Q，從而使該金屬被加熱。其原理圖如圖1所示圖1感應(yīng)加熱工作原理圖1.2中頻感應(yīng)燒結(jié)爐的電氣原理首先，將三相中頻交流電通過由6只品閘管元件組成的三相橋式全控整流電路整流為直流，經(jīng)過電抗器平波之后，成為一個恒定的直流電流源，再經(jīng)單相逆變橋，把直流電流逆變成為具有一定頻率的單相中頻電流，供給感應(yīng)線圈，為了要補(bǔ)償線圈的無功功率，在線圈的兩端需并聯(lián)補(bǔ)償電容，這就組成了LC震蕩回路。圖2中頻爐電源框圖金鉬股份金屬分公司使用的中頻感應(yīng)燒結(jié)爐要求具有燒結(jié)時間長并且運(yùn)行穩(wěn)定的特點，其中頻裝置進(jìn)線采用380v三相電源，其額定輸出功率有160kW、250kW、350kW、450kW、500kW、1500kW六種，中頻電壓750v。并且裝有相序指示電路及顯示，該電路內(nèi)有直流電壓表、直流電流表、中頻電壓表、中頻電流表、功率表以及控制板（其中包括：整流、逆變、保護(hù)）。采用自激勵式預(yù)磁化撞擊啟動。其中包括過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、失壓保護(hù)以及水壓保護(hù)。2中頻感應(yīng)燒結(jié)爐常見故障及處理方法中頻感應(yīng)燒結(jié)爐就其故障發(fā)生的范圍來說，主要可分為兩大塊，是控制部分，二是主電路部分，其中既包括補(bǔ)償電容器、感應(yīng)器在內(nèi)的諧振回路，也包括其中的水冷及母排等部分。而就故障種類來說，主要可分為過流、過電壓、失壓、欠壓、水壓低以及輸出的中頻功率低等。其中故障發(fā)生較頻繁的主要有可控硅擊穿、電容擊穿、控制板故障、感應(yīng)線圈的匝間短路等等。而造成這些故障的原因通常也是多種多樣的。下面將分別列舉常見的故障現(xiàn)象以及相應(yīng)現(xiàn)象的處理方法。2.1開機(jī)不能正常啟動的處理首先，先要看控制板OP（缺相）指示燈是否亮，OP指示燈亮則說明缺相，而缺相會導(dǎo)致開機(jī)不能啟動。然后，再查看控制板的電源是否正常，如果電源有17V說明工作正常。而如果不是17V,則應(yīng)該檢查電源的變壓器進(jìn)線端是否為220V，出線端是否為17V，如果不是，就應(yīng)當(dāng)更換電源的變壓器。2.2對6只kp整流硅的檢測：斷開逆變硅的控制線，看直流電壓表是否能達(dá)到500V左右，如果達(dá)不到500V則說明有只整流硅KP管壞了。如果整流硅KP管壞了，則應(yīng)查看控制板上的六組整流控制輸出線，每次拆下一組看下電流表是否發(fā)生變化，如果沒有發(fā)生變化則說明這組對應(yīng)的可控硅壞了，如果發(fā)生變化則說明這組對應(yīng)的可控硅是好的，重新裝上后，再拆另一組整流硅控制輸出線看下電壓表是否有變化，重復(fù)以上方法依次檢查完六組即可排除故障，檢測時，如果發(fā)生短路會燒保險或跳閘。2.3逆變硅的的四個KK可控硅問題處理逆變硅的四個KK可控硅出問題時通常會出現(xiàn)以下現(xiàn)象：中頻爐能啟動，但其電流聲很大且水冷電抗器震蕩很厲害，并且直流電壓和中頻電壓比值很小，這就說明有可控硅壞了，如果是短路時電流很大且難升大功率，如果是開路時，電流不是很大，但聲音卻明顯不同并且也加大不了其最大功率，同時功率表、中頻電壓表都會大幅度擺動，并且在使用萬用表量2KQ擋測量逆變硅時，數(shù)值為零，則說明有一只逆變硅已經(jīng)被擊穿，應(yīng)當(dāng)及時更換，如果測量結(jié)果為不通則說明逆變硅正常。而且，發(fā)生中頻電壓低時，除了要檢查可控硅是否損壞之外還需要徹底查水冷電容是否發(fā)生漏電，膨肚、容量變值等現(xiàn)象，如出現(xiàn)以上情況應(yīng)該及時更換水冷電容。2.4正常運(yùn)行時損壞逆變晶閘管的故障原因及其處理方法正常運(yùn)行時損壞逆變硅品閘管的現(xiàn)象、原因及其處理方法主要分為以下三種：（1）品閘管的冷卻水路不通或水量小，品閘管發(fā)熱使關(guān)斷時間增大而導(dǎo)致不能關(guān)斷，造成逆變顛覆現(xiàn)象，此時，應(yīng)該檢查水路并將其疏通；（2）脈沖變壓器發(fā)生老化現(xiàn)象，使逆變硅時常發(fā)生脈沖信號提前觸發(fā)的現(xiàn)象，造成逆變換流失敗，遇到此現(xiàn)象應(yīng)該定期及時更換脈沖變壓器；（3）主回路連接件接觸不良，造成大電流突然斷開回路，使平波電抗器產(chǎn)生很高的自感電勢，從而產(chǎn)生逆變和整流品閘管被擊穿的現(xiàn)象，處理此現(xiàn)象應(yīng)經(jīng)常檢查連接部件，觀察其顏色是否變?yōu)樗{(lán)色或者黑色，并使用測溫儀測量其溫度與其他部件的溫度是否相同，如有以上情況應(yīng)及時更換損壞的部件。2.5中頻爐功率不能增大的的原因及處理方法（1）電位器的輸出電壓值沒有變化。電位器損壞或電位器的電壓故障通常導(dǎo)致此現(xiàn)象的發(fā)生，遇到此現(xiàn)象時應(yīng)該及時更換電位器。（2）過電流保護(hù)動作。①由于一次過電流保護(hù)或二次過電流保護(hù)設(shè)定值低，造成的多電流保護(hù)電路動作的現(xiàn)象，此時，應(yīng)該放大電流保護(hù)設(shè)定值。②由于電路干擾造成的過電流保護(hù)電路動作的現(xiàn)象，應(yīng)該在電路中加入平波電抗器來消弱電路的干擾。（3）負(fù)載大量增加，但負(fù)載的直流等效電阻過小，從而導(dǎo)致直流電壓低而直流電流卻很大，造成環(huán)流困難逆變電路顛覆的現(xiàn)象，遇到此情況，應(yīng)該更換感應(yīng)線圈，從而使負(fù)載等效電阻增大。（4）負(fù)載輕導(dǎo)致直流電壓和中頻電壓達(dá)到額定值，但中頻電流卻很小，并且中頻功率達(dá)不到額定值，發(fā)生此現(xiàn)象時，應(yīng)當(dāng)增加電容容量，從而提高中頻功率。（5）電熱電容器耐壓降低或者電熱電容器底座因灰塵、水、油等雜質(zhì)造成電熱電容器發(fā)生放電現(xiàn)象。此時，應(yīng)當(dāng)拆掉電容器上的銅板，并用1000V兆歐表檢測。如果不絕緣，應(yīng)及時清理電熱電容器底座上的灰塵、水、油污等雜質(zhì)或者更換電容器。（6）由于感應(yīng)線圈匝間短路或者感應(yīng)線圈對地短路，從而造成過壓保護(hù)電路或過流保護(hù)電路動作的現(xiàn)象發(fā)生。此時，應(yīng)當(dāng)檢查感應(yīng)線圈以確保線圈匝間清潔，并清理感應(yīng)線圈周圍弧光粉及灰塵。（7）逆變品閘管出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象。此時應(yīng)該拆掉品閘管，并用萬用表量其陰陽極電阻或者在啟動中頻后用示波器測量兩晶閘管兩端電壓波形，并觀察波形是否是處于一條直線。若是一條直線則證明此品閘管已經(jīng)被擊穿，應(yīng)該及時更換逆變品閘管。（8）逆變品閘管發(fā)生關(guān)不斷的現(xiàn)象。應(yīng)該在啟動中頻后用示波器測量此品閘管兩端，觀察其電阻是否為零，由此可確定此品閘管運(yùn)行時是否關(guān)不斷，如果關(guān)不斷，應(yīng)及時更換逆變品閘管。（9）發(fā)生逆變品閘管沒觸發(fā)導(dǎo)通的現(xiàn)象時，應(yīng)該使用示波器測量此品閘管的兩端的電壓波形，若波形為正弦波則證明此品閘管沒有導(dǎo)通，應(yīng)檢查脈沖變壓器波形是否正常，如果脈沖變壓器波形正常則說明品閘管已損壞，此時應(yīng)及時更換品閘管，如果脈沖變壓器波形不正常，應(yīng)及時更換脈沖變壓器。3中頻感應(yīng)燒結(jié)爐的改進(jìn)3.1金屬分公司第一代、第二代中頻感應(yīng)燒結(jié)爐故障的改進(jìn)我公司第一代、第二代中頻感應(yīng)燒結(jié)爐運(yùn)行中故障頻發(fā)，具體表現(xiàn)為：過流，分析：70%故障是在水冷電容器上，究其原因，水冷電容器是靠水冷卻，冷卻水管是塑料管，運(yùn)行中電容器電流大，連接部分經(jīng)常漏水、滲水現(xiàn)象較為頻繁，水冷電容器與母排連接又是軟連接，用的是銅緶就會潮濕，因銅緶有大電流流過，溫度很高，水漏到銅緶上就會出現(xiàn)變藍(lán)、變黑、接觸不良，對地打火花、燒斷銅緶、燒壞電容器，造成過流動作而被迫停爐，直接影響鉬產(chǎn)品的燒結(jié)質(zhì)量。經(jīng)過分析研究將怕水的銅緶改成銅排連接，我在單臺爐上反復(fù)實驗，結(jié)果非常成功，得到廠領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)證后，對5臺中頻感應(yīng)燒結(jié)爐進(jìn)行改造，故障率下降70%，年節(jié)約數(shù)萬元，并且產(chǎn)品質(zhì)量也得到了保證。3.2中頻感應(yīng)燒結(jié)爐電容器部分問題及改進(jìn)中頻感應(yīng)燒結(jié)爐電容器出現(xiàn)問題的原因為：原廠家電容柜里電容用的是010mm厚、長10cm\寬5cm的電木板與下面支架鐵板隔離絕緣，電容器上面水管出現(xiàn)問題時，水就會把電容器和鐵板連接起來造成短路（因絕緣板與鐵架只有10mm），從而導(dǎo)致電容器漏油、打火、過流保護(hù)動作等現(xiàn)象。經(jīng)過研究探索我將原廠家的010mm厚電木板去掉，改為2寸見方的電木板4根，將8臺電容器全部支起，徹底解決了電容器冷卻水管漏水而造成對地絕緣燒壞電容器的問題，每臺爐年節(jié)約電容器數(shù)臺，同時也確保了中頻感應(yīng)燒結(jié)爐的正常運(yùn)行。3.3感應(yīng)加熱裝置匯流母線的改進(jìn)感應(yīng)加熱裝置是指利用電流產(chǎn)生的磁場非接觸地對感應(yīng)器內(nèi)的金屬工件實現(xiàn)渦流加熱的裝置。而我分公司的感應(yīng)器一般由環(huán)形的通水銅管制成，為了減少裝置的容量，目前所采用的絕大部分是將負(fù)載電路設(shè)計為由感應(yīng)器和補(bǔ)償電容器組成的并聯(lián)諧振電路。該諧振電路的最大特點就是電流大、頻率高，并且在裝置補(bǔ)償電容柜內(nèi)的匯流母線上呈階梯形逐漸下降，在同一根母線上密度相差懸殊。然而現(xiàn)在我公司所用的母線多為等截面的銅排，這就顯得很不合理。假如按補(bǔ)償電容柜內(nèi)最大電流值來考慮其截面，則小電流處的截面就顯得過于浪費(fèi)。假如按補(bǔ)償電容柜內(nèi)母線的平均電流來設(shè)計其母線的截面，則母線的最大電流處（靠近爐體處）會嚴(yán)重發(fā)熱，增大功耗，進(jìn)而降低了裝置的系統(tǒng)效率并容易造成銅排連接部分嚴(yán)重發(fā)熱而氧化，必須及時停爐處理氧化部分否則就會打火造成過流，將銅排表面嚴(yán)重?zé)龎摹Ｒ虼?，電容柜?nèi)母線的理想形狀應(yīng)該是與電流大小相匹配的階梯狀。再加之諧振回路的諧振電流效率較高，來回母線間的距離又小，嚴(yán)重的“集膚效應(yīng)”和“鄰近效應(yīng)”會影響母線內(nèi)的電流分布。這也是在設(shè)計該母線時不得不考慮的又一個問題?；亓髂妇€上電流的分布曲線如下圖所示：I+I| !0123 ~~n—1圖L回流毋線上電流的分布曲線從圖1.中可以看出，每經(jīng)過一個接觸點，母線上的電流就要下降相應(yīng)單個電容器的額定電流值（當(dāng)裝置的輸出電壓為額定電壓時）。母線上的電流大小變化有規(guī)律，且頭尾相差懸殊，極不平衡。根據(jù)以上的分析，設(shè)計諧振回路母線應(yīng)遵循以下幾個原則：考慮集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，并根據(jù)流過母線電流的頻率確定母線厚度。選取適當(dāng)?shù)碾娏髅芏?。實踐經(jīng)驗表明，在感應(yīng)加熱過程中，諧振回路母線的電流密度在自然風(fēng)冷條件下取2A/mm2，而在通水冷卻條件下取5A/mm2是適當(dāng)?shù)摹８鶕?jù)母線電流的分布曲線，并考慮到加工的簡單性和可行性來確定母線的實際形狀和尺寸。改進(jìn)后的母線，電流密度的選取更趨合理，更節(jié)能，母線縱向變截面形狀的合理設(shè)計更符合省材料的經(jīng)濟(jì)原則。以上情況經(jīng)過與西航廠家反復(fù)交流，已經(jīng)在我金屬分公司去年使用的2000kW的中頻爐實施改進(jìn)措施，改進(jìn)后的母線故障發(fā)生率明顯降低，母線損壞次數(shù)明顯減少，并且設(shè)備運(yùn)行效果良好。3.4中頻感應(yīng)燒結(jié)爐主感應(yīng)圈絕緣的問題及改進(jìn):原主感應(yīng)圈絕緣是先用玻璃絲帶包扎，然后刷絕緣漆，設(shè)備運(yùn)行一段時間后，玻璃絲帶就會脫落、絕緣老化，運(yùn)行過程中就會聽見爐內(nèi)有“咔”的響聲，等爐子降溫后開蓋進(jìn)行處理，處理完蓋蓋運(yùn)行中結(jié)果感應(yīng)圈還會出現(xiàn)同樣的問題，因耐火材料是主感應(yīng)圈內(nèi)襯，主感應(yīng)圈本身無間隙無法進(jìn)行重新包扎處理，嚴(yán)重時就必須拆掉耐火材料，將感應(yīng)圈取出重新包扎處理，而拆掉的耐火材料多數(shù)都不能重新再用，每次浪費(fèi)的耐火材料直接損失就萬余元，還不算人工費(fèi)、停爐期間的停產(chǎn)損失費(fèi)。為了解決這一問題，我在網(wǎng)上查找最新資料，結(jié)合自己多年的實際經(jīng)驗，最終選擇了用耐高溫速干絕緣漆直接刷到主感應(yīng)圈上代替原有玻璃絲帶包扎的方法先在一