中頻爐電工技師技師論文

中頻感應(yīng)燒結(jié)爐常見(jiàn)故障分析

與改進(jìn)研究作者：?jiǎn)挝唬航鸲殉倾f業(yè)股份有限公司金屬分公司時(shí)間：二0—年十月二十日中頻感應(yīng)燒結(jié)爐常見(jiàn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和在線生產(chǎn)、非接觸加熱等特點(diǎn)，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(duì)中頻感應(yīng)燒結(jié)爐常見(jiàn)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(kāi)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(tái)，產(chǎn)能從原來(lái)的每個(gè)月5噸，已發(fā)展到現(xiàn)在的每月200噸，無(wú)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(diǎn)不明顯，排查因素多，并且在通常情況下維修時(shí)間長(zhǎng)，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(lái)的中頻感應(yīng)燒結(jié)爐維修與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從電氣控制部分入手，進(jìn)行了全面的對(duì)比分析并且講述了故障易發(fā)點(diǎn)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(lái)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(huì)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^(guò)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(guò)圓形感應(yīng)線圈后，就會(huì)產(chǎn)生交變感應(yīng)磁場(chǎng)，也就是說(shuō)會(huì)產(chǎn)生大小和方向都隨時(shí)間改變的交變磁通々。當(dāng)把一塊導(dǎo)電金屬（對(duì)于金屬分公司燒結(jié)鉬制品來(lái)說(shuō)，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(shí)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，金屬內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，由于金屬是導(dǎo)體也就會(huì)因?yàn)楦袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)的存在產(chǎn)生感應(yīng)電流I2,這個(gè)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(dòng)的時(shí)候就會(huì)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(guò)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(guò)電抗器平波之后，成為一個(gè)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(wú)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(shí)間長(zhǎng)并且運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，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(lì)式預(yù)磁化撞擊啟動(dòng)。其中包括過(guò)流保護(hù)、過(guò)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(jiàn)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(lái)說(shuō)，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(lèi)來(lái)說(shuō)，主要可分為過(guò)流、過(guò)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(jiàn)的故障現(xiàn)象以及相應(yīng)現(xiàn)象的處理方法。2.1開(kāi)機(jī)不能正常啟動(dòng)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(shuō)明缺相，而缺相會(huì)導(dǎo)致開(kāi)機(jī)不能啟動(dòng)。然后，再查看控制板的電源是否正常，如果電源有17V說(shuō)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(duì)6只kp整流硅的檢測(cè)：斷開(kāi)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(shuō)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(méi)有發(fā)生變化則說(shuō)明這組對(duì)應(yīng)的可控硅壞了，如果發(fā)生變化則說(shuō)明這組對(duì)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(cè)時(shí)，如果發(fā)生短路會(huì)燒保險(xiǎn)或跳閘。2.3逆變硅的的四個(gè)KK可控硅問(wèn)題處理逆變硅的四個(gè)KK可控硅出問(wèn)題時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)以下現(xiàn)象：中頻爐能啟動(dòng)，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(shuō)明有可控硅壞了，如果是短路時(shí)電流很大且難升大功率，如果是開(kāi)路時(shí)，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(shí)功率表、中頻電壓表都會(huì)大幅度擺動(dòng)，并且在使用萬(wàn)用表量2KQ擋測(cè)量逆變硅時(shí)，數(shù)值為零，則說(shuō)明有一只逆變硅已經(jīng)被擊穿，應(yīng)當(dāng)及時(shí)更換，如果測(cè)量結(jié)果為不通則說(shuō)明逆變硅正常。而且，發(fā)生中頻電壓低時(shí)，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(shí)更換水冷電容。2.4正常運(yùn)行時(shí)損壞逆變晶閘管的故障原因及其處理方法正常運(yùn)行時(shí)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(shí)間增大而導(dǎo)致不能關(guān)斷，造成逆變顛覆現(xiàn)象，此時(shí)，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(shí)常發(fā)生脈沖信號(hào)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(shí)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(kāi)回路，使平波電抗器產(chǎn)生很高的自感電勢(shì)，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(cè)溫儀測(cè)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(shí)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(méi)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(shí)應(yīng)該及時(shí)更換電位器。（2）過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作。①由于一次過(guò)電流保護(hù)或二次過(guò)電流保護(hù)設(shè)定值低，造成的多電流保護(hù)電路動(dòng)作的現(xiàn)象，此時(shí)，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(guò)電流保護(hù)電路動(dòng)作的現(xiàn)象，應(yīng)該在電路中加入平波電抗器來(lái)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(guò)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(shí)，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(shí)，應(yīng)當(dāng)拆掉電容器上的銅板，并用1000V兆歐表檢測(cè)。如果不絕緣，應(yīng)及時(shí)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(duì)地短路，從而造成過(guò)壓保護(hù)電路或過(guò)流保護(hù)電路動(dòng)作的現(xiàn)象發(fā)生。此時(shí)，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?chē)」夥奂盎覊m。（7）逆變品閘管出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象。此時(shí)應(yīng)該拆掉品閘管，并用萬(wàn)用表量其陰陽(yáng)極電阻或者在啟動(dòng)中頻后用示波器測(cè)量?jī)删чl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(shí)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(dòng)中頻后用示波器測(cè)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(shí)是否關(guān)不斷，如果關(guān)不斷，應(yīng)及時(shí)更換逆變品閘管。（9）發(fā)生逆變品閘管沒(méi)觸發(fā)導(dǎo)通的現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)該使用示波器測(cè)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(méi)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(shuō)明品閘管已損壞，此時(shí)應(yīng)及時(shí)更換品閘管，如果脈沖變壓器波形不正常，應(yīng)及時(shí)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(guò)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(huì)潮濕，因銅緶有大電流流過(guò)，溫度很高，水漏到銅緶上就會(huì)出現(xiàn)變藍(lán)、變黑、接觸不良，對(duì)地打火花、燒斷銅緶、燒壞電容器，造成過(guò)流動(dòng)作而被迫停爐，直接影響鉬產(chǎn)品的燒結(jié)質(zhì)量。經(jīng)過(guò)分析研究將怕水的銅緶改成銅排連接，我在單臺(tái)爐上反復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果非常成功，得到廠領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)證后，對(duì)5臺(tái)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(wàn)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(wèn)題及改進(jìn)中頻感應(yīng)燒結(jié)爐電容器出現(xiàn)問(wèn)題的原因?yàn)椋涸瓘S家電容柜里電容用的是010mm厚、長(zhǎng)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(wèn)題時(shí)，水就會(huì)把電容器和鐵板連接起來(lái)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(guò)流保護(hù)動(dòng)作等現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)研究探索我將原廠家的010mm厚電木板去掉，改為2寸見(jiàn)方的電木板4根，將8臺(tái)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(duì)地絕緣燒壞電容器的問(wèn)題，每臺(tái)爐年節(jié)約電容器數(shù)臺(tái)，同時(shí)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(chǎng)非接觸地對(duì)感應(yīng)器內(nèi)的金屬工件實(shí)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(jì)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(diǎn)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(lái)考慮其截面，則小電流處的截面就顯得過(guò)于浪費(fèi)。假如按補(bǔ)償電容柜內(nèi)母線的平均電流來(lái)設(shè)計(jì)其母線的截面，則母線的最大電流處（靠近爐體處）會(huì)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(shí)停爐處理氧化部分否則就會(huì)打火造成過(guò)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(lái)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(huì)影響母線內(nèi)的電流分布。這也是在設(shè)計(jì)該母線時(shí)不得不考慮的又一個(gè)問(wèn)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(guò)一個(gè)接觸點(diǎn)，母線上的電流就要下降相應(yīng)單個(gè)電容器的額定電流值（當(dāng)裝置的輸出電壓為額定電壓時(shí)）。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(jì)諧振回路母線應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：考慮集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，并根據(jù)流過(guò)母線電流的頻率確定母線厚度。選取適當(dāng)?shù)碾娏髅芏?。?shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在感應(yīng)加熱過(guò)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)?。根?jù)母線電流的分布曲線，并考慮到加工的簡(jiǎn)單性和可行性來(lái)確定母線的實(shí)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(jì)更符合省材料的經(jīng)濟(jì)原則。以上情況經(jīng)過(guò)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(shí)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(wèn)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(shí)間后，玻璃絲帶就會(huì)脫落、絕緣老化，運(yùn)行過(guò)程中就會(huì)聽(tīng)見(jiàn)爐內(nèi)有“咔”的響聲，等爐子降溫后開(kāi)蓋進(jìn)行處理，處理完蓋蓋運(yùn)行中結(jié)果感應(yīng)圈還會(huì)出現(xiàn)同樣的問(wèn)題，因耐火材料是主感應(yīng)圈內(nèi)襯，主感應(yīng)圈本身無(wú)間隙無(wú)法進(jìn)行重新包扎處理，嚴(yán)重時(shí)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(wàn)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(wèn)題，我在網(wǎng)上查找最新資料，結(jié)合自己多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，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