中频加热炉的的故障分析及中频炉维修过程
1.中频加热炉的的故障分析及中频炉维修过程 篇一
关键词：中频感应溶解炉,晶闸管,冷却水,感应线圈
随着不锈钢精铸行业的发展, 中频感应溶解炉在不锈钢精铸行业得到越来越广泛应用。我公司从1994年开始使用中频感应溶解炉至今已经使用18年, 有175kw 100kg、220kw 150kg及300kw 200kg 3种规格中频感应溶解炉, 月产量也从最初的5T发展到最高的100T, 但中频感应溶解炉的故障维修一直困扰着公司, 通常晶闸管频繁烧坏、故障点不明确、排查范围大等造成维修成本高、维修停机时间长、影响产品交期等不利影响。以下是本人从业十几年来对中频感应溶解炉维修、维护及技术改造的经验和尝试。
1 中频感应溶解炉工作原理
中频感应溶解炉的工作原理可以用源自法拉第的电磁感应定律和焦耳-楞次定律描述。
电磁感应定律:当穿过任何一闭合回路的磁通量随时间改变时, 无论这改变的原因如何, 在这回路上总会产生感应电动势e, 表达式为:e=-dφ/dt上式中的dφ/dt为闭合回路的磁通变化率, 前面的负号表示新的感应电动势是阻止该磁通量发生变化的。
焦耳-楞次定律:Q=I2Rt式中Q—当电流流过具有电阻R的回路时, 由零到t一段时间内, 电阻所消耗的功率转换成的热量, 焦耳。
当线圈中通过交变电流时, 线圈内部会产生一个相应的交变磁场、也即大小和方向都随时间变化的交变磁通量, 当把导电金属放在线圈内时, 根据电磁感应定律, 金属内就有电流产生, 这电流叫做感应电流或涡流。这涡流产生的磁通量, 总是力图阻止线圈内的磁通量发生变化。若施与线圈的交流电流不停止, 则金属内的涡流也不会停止。金属都有电阻, 根据焦耳-楞次定律, 涡流在具有一定电阻的金属内流动就会产生热量, 从而使金属被加热直至熔化。原理图如图1所示:
2 晶闸管中频电源工作原理
可控硅中频电源的基本工作原理, 就是通过一个三相桥式全控整流电路, 把50Hz的工频交流电流整流成直流, 再经过一个滤波器 (直流电抗器) 进行滤波, 最后经逆变器将直流变为具有一定频率的单相中频交流电流供给感应线圈, 为了要补偿线圈的无功功率, 在线圈的两端需并联补偿电容, 这就组成了LC振荡回路。所以这种逆变器实际上是一只交流—直流—交流变换器, 其基本线路如图2。
3 中频感应溶解炉常见故障及处理方法
中频感应溶解炉故障范围分为控制、主控回路及外围三部分, 控制回路包括整流板、逆变触发板、水温控制板、脉冲触发变压器、压力控制器及信号反馈变压器等, 主回路包括快熔、整流晶闸管、电抗器、逆变晶闸管、电热电容器、铜排、感应线圈等, 外围部分包括冷却塔、循环泵、热交换器、水路等。故障种类主要可分为过流、过压、欠压、失压、水压低、水温高以及输出的中频功率低等。其中故障发生比较频繁的有晶闸管击穿、快熔击穿、铜排与电缆连接螺栓虚接跳火、感应线圈匝间短路、逆变触发板故障、脉冲触发变压器烧坏、水路堵塞、水套接口腐蚀等, 造成这些故障的原因也是多种多样的, 下面分别列举常见的故障现象以及相应故障的处理方法。
3.1 整流快熔及6个KP晶闸管的检测
检测进线电压应在370~400v之间, 如果超出范围需检查电源;断开逆变桥输入铜排, 在整流输出正负极之间接入2kw电炉, 直流电压应能达到500v左右。如果达不到500v, 则表明快熔坏或整流晶闸管不工作。静态检测快速熔断器是否烧断, 晶闸管有无击穿。用万用表2KΩ档测量晶闸管触发极对阴极阻值应为数十欧, 阴极与阳极间阻值正常应为无穷大如果为零则是击穿现象。
3.2 逆变4个KK晶闸管的检测
逆变硅的四个KK可控硅出问题时通常会出现以下现象:启动时只有直流电流表有指示, 直流电压、中频电压均无指示, 电抗器发出沉闷嗡嗡声, 这时逆变晶闸管可能击穿;启动困难, 启动后中频电压高出直流电压一倍以上, 且直流电流过大, 此情况可能逆变晶闸管开路 (不导通) 。逆变KK晶闸管静态检测同整流KP晶闸管检测。
3.3 正常运行时损坏整流晶闸管的故障原因及其处理方法
正常运行时损坏整流晶闸管的原因及处理方法主要分为以下5种:
3.3.1 冷却水管堵塞
对于中频电源运行中流量小、水温高管路检查水管是否结垢、进杂物、水口是否腐蚀或水管打弯。
3.3.2 阻容吸收故障
测量电容是否击穿, 清理晶闸管阻容吸收部分灰尘, 若有备件可以更换阻容吸收来判断是否是阻容吸收故障。
3.3.3 整流脉冲故障造成晶闸管误导通
用示波器测量脉冲触发变压器输出侧整流脉冲输出, 看输出脉冲是否正常。
3.3.4 干扰信号造成晶闸管误导通
用示波器测量是否有干扰信号, 若有采取以下措施:增加晶闸管控制极与阴极之间并联电容器的电容, 一般可增大0.47~1uF。
3.3.5 快熔选用不合适或快熔质量差, 起不到保护作用
可用红外测温仪检测, 若温度高于室温20~30℃快速熔断器熔片易烧断, 若与室温接近, 快熔熔片不易熔断, 不起保护作用。
3.3.6 晶闸管质量差
启动的瞬间就击穿或负载增加时晶闸管击穿。
3.4 空炉启动后电抗器发出连续噔噔噔响声, 中频电压升到500v左右时过流保护动作
1) 这种故障是逆变回路阻容保护电容器漏油使损耗太大造成的, 因为在工作中故障保护电容在中频电压下相当于短路, 只有更换新的保护电容才能排除故障。
2) 桥臂可控硅性能不良引起换流不正常, 但电抗器响声更大些。
3) 中频电压互感器或电流信号互感器内部有击穿或接触不良, 造成逆变工作不稳定现象, 电抗器同样有较大异常响声。
4) 逆变脉冲变压器内部绝缘不良, 同样如此。在通常的检修方法中考虑到电抗器有异常声音, 往往误认为是整流部分故障, 实际不然。用示波器观察整流桥直流输出端波形如图2 (a) 的波形。波形中明显看出有短暂短路现象。它与整流桥一个可控硅不导通的波形如图2 (b) 不同。前者缺口较窄, 后者缺口较宽。在实际修理中只要发现以上波形, 可以肯定是逆变部分故障造成的, 不要去整流部分盲目的找问题!走些不必要的弯路。在处理的过程中一定不要盲目, 认真分析查找故障原因所在加以妥善处理。
3.5 正常运行时频繁烧坏逆变可控硅的故障分析与处理
正常运行时损坏整流晶闸管的原因及处理方法主要分为以下9种:
1) 晶闸管在反向关断时, 承受反向电压的瞬时毛刺电压过高, 检查阻容吸收。
2) 负载对地绝缘降低及对地打火或晶闸管两端形成高压, 检查线圈、铜排、补偿电容绝缘。
3) 脉冲触发回路故障, 突然丢失触发脉冲造成晶闸管开路;更换触发板、检查脉冲触发变压器及阻容吸收。
4) 设备运行时负载开路, 检查铜排连接螺栓、水冷电缆等有无松脱、烧断。
5) 设备运行时负载短路, 检查铜排上有无导体坠落造成短路、线圈匝间短路等。
6) 过流、过压保护系统故障 (保护失灵) , 检查测试保护系统。
7) 晶闸管冷却水系统故障造成晶闸管散热不良烧坏, 检查水路。
8) 电抗器故障, 造成逆变侧电流断续, 因电抗器磁饱和失去限流作用烧坏晶闸管, 检查电抗器线圈压板、铁芯压接螺栓有无松动、电抗器对地绝缘应≥0.5MΩ。
9) 换相电感电感量太大, 或绝缘降低引起电流不稳定;检查电感有无变形或对地。
4 中频感应溶解炉的改进
冷却水改造:初期使用中频熔炼炉中频电源柜及炉体感应线圈内冷却水均来自冷却塔循环水, 水质硬, 经常造成电抗器内结垢堵塞, 酸洗时经常是加上酸液就完全堵塞不通, 在电抗器线圈上逐段钻孔, 用钢丝一段一段捅, 费时费力严重影响设备正常使用。经改进增加2套热交换器, 一套供中频电源柜, 一套供炉体感应线圈, 内水为蒸馏水, 外水使用软化水。热交换器每年酸洗2次, 使用八年来未再出现电抗器、感应线圈及晶闸管水套结垢堵塞现象。
5 结语
尽管以上列举了多种中频熔炼炉的故障解决方案, 但是由于每次的故障不尽相同, 所以具体问题要具体分析, 不能一概照搬。维修人员应熟悉中频熔炼炉电气原理图并详细分析每次故障发生时的原因、修理过程及修复后的跟踪检查并实时做好维修记录, 积累维修数据并融会贯通以达到熟悉掌握中频熔炼炉常见故障的原因、特点及处理方法, 才能达到迅速排除故障、提高运转率。
参考文献