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中頻爐加裝金屬壓爐板可行性分析及應(yīng)用
您的位置： 中頻爐|感應(yīng)加熱|熔鋼爐|熔鋁爐|熔銅爐|熔鉛爐|洛陽(yáng)萬(wàn)峰工業(yè)爐有限公司-技術(shù)支持中頻爐加裝金屬壓爐板可行性分析及應(yīng)用
廠家：中頻爐加裝金屬壓爐板可行性分析及應(yīng)用 日期：：2019-12-14 瀏覽次數(shù)： 148
本文萬(wàn)峰工業(yè)爐小編介紹了用壓爐板來(lái)抑制石英砂爐襯膨脹的方法和壓爐板對(duì)漏保系統(tǒng)帶來(lái)的影響。提出了對(duì)漏保系統(tǒng)的改進(jìn)措施及操作時(shí)注意事項(xiàng)。
冶金機(jī)械有限公司投資兩千多萬(wàn)元打造的一 條具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的軋輥生產(chǎn)線, 其主體設(shè)備 是 3T、10T中頻電爐, 整個(gè)熔煉過(guò)程采用全程控制 圖形化操作界面 。在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)電爐在使用 一定爐次以后, 由于爐襯膨脹、疏松, 鐵水極易穿 透爐襯 。為確保生產(chǎn)正常運(yùn)行, 提高爐體的使用 壽命。對(duì)爐體提出改進(jìn)設(shè)想并對(duì)其進(jìn)行可行性分 析 ,通過(guò)應(yīng)用對(duì)漏保系統(tǒng)采取改進(jìn)措施。
目前國(guó)內(nèi)中頻電爐用于熔煉鑄鐵的普通爐襯 材料使用的是 SiO2 石英砂 。自然界的石英是低 溫型的 。開(kāi)始加熱時(shí), 石英砂隨溫度升高而均勻 膨脹。在 573℃時(shí)發(fā)生同質(zhì)異晶轉(zhuǎn)變 ,低溫石英轉(zhuǎn) 變成高溫石英后因晶體轉(zhuǎn)變而突然膨脹 (這個(gè)轉(zhuǎn) 變是可逆的 )。高溫石英砂在 870℃以上和有溶 劑存在的條件下會(huì)轉(zhuǎn)變成磷石英 , 但轉(zhuǎn)變速度很 慢 。升高溫 度可加 快轉(zhuǎn)變 , 但 即使在 1250 ～ 1350℃高溫下亦需 1小時(shí)左右才能完成。此時(shí)體 積增大 1.6倍 ,磷石英在 1470℃以上變成方石英。 方石英在 1713℃以上融化, 冷卻后變成石英玻璃 , 如圖 1所示
在烘爐過(guò)程中項(xiàng)變不可能充分, 而前期冶煉 過(guò)程中 ,由于爐襯經(jīng)受了膨脹 -收縮 -再膨脹 - 再收縮的自然循環(huán)過(guò)程 。爐襯石英砂向上膨脹 , 造成了爐襯口上漲, 導(dǎo)致?tīng)t襯致密度下降,冷卻時(shí) 收縮,爐內(nèi)產(chǎn)生收縮裂紋, 爐齡縮短。一般說(shuō)鐵水 溫度在 1520℃左右 ,爐襯的上漲速度為 2 ～ 3mm/ 爐 。為有效地阻止?fàn)t襯上漲, 考慮采用投資少, 成 本低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的物理抑制法, 即在爐襯口安裝一 塊金屬壓爐板 (要求:耐溫, 抗變形 ), 尺寸如圖 2所示。在爐襯上漲時(shí)受到阻力而使?fàn)t襯軸向更致 密 ,減少裂紋傾向來(lái)提高爐次。
當(dāng)感應(yīng)圈通以中頻電流時(shí) , 就產(chǎn)生中頻磁場(chǎng) ,其 中一部分經(jīng)過(guò)石英砂坩堝進(jìn)入爐膛內(nèi)但沒(méi)有穿過(guò)鋼 材的磁通即為漏磁通 。另一部分穿過(guò)坩堝內(nèi)金屬工 件的磁通為主磁通 。 主磁通和漏磁通是同時(shí)存在 的 ,從爐料中逸出的磁通和漏磁通將在感應(yīng)圈周邊 金屬內(nèi)感應(yīng)出電流使之嚴(yán)重發(fā)熱 ,增加了能耗并影 響了設(shè)備正常使用 。針對(duì)上述狀況采用下列措施來(lái) 抑制漏磁對(duì)感應(yīng)圈外部金屬的影響 。 1)感 應(yīng) 圈 外 圍 安 裝 若 干 個(gè) 磁 軛 (由 0.2 ～ 0.35mm厚硅鋼片迭成的柱體 ) 2)在感應(yīng)圈上下端各安裝一只短路環(huán) (首尾相 連的環(huán)型金屬管 ) 設(shè) S為磁導(dǎo)率分別為 u1、u2的兩種磁介質(zhì)的分 界面 (如圖 3)。根據(jù)磁場(chǎng)中的高斯定理式 ∮Bmds= 0,磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律 ∮LdL =0 可推導(dǎo)出 B1n = B2n, H1t=H2t即通過(guò)兩種磁介質(zhì)的分界面時(shí) ,磁感強(qiáng) 度的法向分量是連續(xù)的 ,磁場(chǎng)強(qiáng)度的切面分量是連 續(xù)的 。由關(guān)系式 B=uH,得 B1t/u1 =B2t/u2 ,即在兩 種磁介質(zhì)的分界面上 , 磁感強(qiáng)度的切面分量是不連 續(xù)的 ,由 ①式和 ②式可得 B1t/B2t=u1/u2, 即通過(guò)兩 種磁介質(zhì)的界面時(shí) ,磁感強(qiáng)度 B的方向要發(fā)生變化 , 也就是說(shuō)要產(chǎn)生 “折射 ”,當(dāng)磁力線從磁導(dǎo)率較小的 磁介質(zhì)進(jìn)入磁導(dǎo)率較大的磁介質(zhì)時(shí) , 磁力線應(yīng)偏離 法線 ,所以 當(dāng)漏磁通從爐襯進(jìn)入磁軛時(shí) ,磁力線對(duì) 法線的偏離很大 。因此強(qiáng)烈地收縮使得絕大部分漏 磁通進(jìn)入磁軛或折射返回 (漏磁通在磁軛中產(chǎn)生的 熱損耗通過(guò)水冷帶走 , 極少部分進(jìn)入爐殼 ),達(dá)到了 磁屏蔽目的 。磁軛在無(wú)心感應(yīng)爐 ,特別是中頻爐中 所起的作用是不容忽視的 , 沒(méi)有磁軛或磁軛設(shè)計(jì)不 當(dāng) ,感應(yīng)爐的漏磁通便會(huì)變得嚴(yán)重并引起爐架 、壓爐 板發(fā)熱等一系列問(wèn)題 。所以在中頻爐的外部應(yīng)裝設(shè) 0.2 ～ 0.35mm厚硅鋼片迭成的磁軛若干個(gè) 。
短路環(huán)中的磁通是穿過(guò)爐料之中的磁通的一部 分 ,經(jīng)短路環(huán)后 ,由于短路環(huán)磁屏蔽和磁壓縮的作用 將拋出爐口和爐底的磁路以磁能形式耗掉熱能通過(guò)水冷系統(tǒng)帶走 。 綜上所述磁軛對(duì)漏磁通的徑向屏蔽和短路環(huán)的 集磁效果 ,對(duì)防止漏磁通引起金屬體發(fā)熱起到良好 的抑制作用 ,使得安裝金屬壓爐板成為可能 。
加裝爐壓板后 ,雖然對(duì)爐襯的軸向疏松起了很 好地抑制作用 ,提高了爐襯的使用壽命 ,但由于加裝 的壓爐板內(nèi)徑較原來(lái)的爐口徑要小 , 爐襯上沿口爐 襯與壓爐板徑向絕緣厚度變薄 , 使得漏保系統(tǒng)誤保 護(hù)問(wèn)題越發(fā)明顯 。其問(wèn)題大至分為三種狀態(tài) : ⑴ 烘爐狀態(tài) — —石英砂爐襯潮氣較大 。 ⑵ 投放棚料 ———爐內(nèi)棚料堆集 、撒落連接爐 體 。 ⑶ 投放軋輥條料 ———爐內(nèi)溶液在熔融狀態(tài)或 過(guò)居里點(diǎn)后 ,投入軋輥長(zhǎng)條料引起爐內(nèi)磁通急劇變 化 。 ⑷爐壁熔渣 ———熔煉若干爐次后爐壁爐渣易與 爐板粘粘.
為解決上述出現(xiàn)的問(wèn)題 ,須對(duì)漏保系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)。 對(duì)改動(dòng)后的漏保系統(tǒng)又進(jìn)行了操作補(bǔ)充說(shuō)明及 要求 : ① 漏保系統(tǒng)在烘爐狀態(tài)不投入運(yùn)行 ; ② 漏保系統(tǒng)在投入棚料狀態(tài)不投入運(yùn)行 ; ③ 漏保系統(tǒng)在爐內(nèi)熔液處于熔融狀態(tài)時(shí)不投 入使用 ; ④ 經(jīng)常觀察控制柜上的功率表 、功率因數(shù)表 、 電流 、電壓表 、頻率表記錄其變化 ; ⑤ 漏保系統(tǒng)在爐料熔融狀態(tài)下適時(shí)監(jiān)測(cè) 。 經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)措施 ,大大提高了爐齡的使用壽 命 ,避免了壓爐板與爐內(nèi)爐料接觸及漏磁急劇變化引起的誤報(bào)警動(dòng)作 ,保證了中頻感應(yīng)電爐運(yùn)行的可靠性 。
通過(guò)對(duì) 3T、10T中頻感應(yīng)電爐能否加裝壓爐板的理論分析和在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用 , 證明所增加的裝置和對(duì)漏保系統(tǒng)的線路改進(jìn)是有效的 、可行的經(jīng)過(guò)多爐次的運(yùn)行無(wú)一例因漏保系統(tǒng)誤動(dòng)作而停機(jī) , 確保了電爐的可靠運(yùn)行 。由于加裝了鑄鐵壓爐板大 大地提高了爐子的使用壽命 。如表 1所示 ,由原來(lái) 的 70 ～ 100爐次增加到 200 ～ 300爐次 。無(wú)論從經(jīng)濟(jì)效益上 ,從設(shè)備完好率上 , 還是從安全生產(chǎn) 、節(jié)約能源等均上了臺(tái)階。
冶金機(jī)械有限公司投資兩千多萬(wàn)元打造的一 條具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的軋輥生產(chǎn)線, 其主體設(shè)備 是 3T、10T中頻電爐, 整個(gè)熔煉過(guò)程采用全程控制 圖形化操作界面 。在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)電爐在使用 一定爐次以后, 由于爐襯膨脹、疏松, 鐵水極易穿 透爐襯 。為確保生產(chǎn)正常運(yùn)行, 提高爐體的使用 壽命。對(duì)爐體提出改進(jìn)設(shè)想并對(duì)其進(jìn)行可行性分 析 ,通過(guò)應(yīng)用對(duì)漏保系統(tǒng)采取改進(jìn)措施。
目前國(guó)內(nèi)中頻電爐用于熔煉鑄鐵的普通爐襯 材料使用的是 SiO2 石英砂 。自然界的石英是低 溫型的 。開(kāi)始加熱時(shí), 石英砂隨溫度升高而均勻 膨脹。在 573℃時(shí)發(fā)生同質(zhì)異晶轉(zhuǎn)變 ,低溫石英轉(zhuǎn) 變成高溫石英后因晶體轉(zhuǎn)變而突然膨脹 (這個(gè)轉(zhuǎn) 變是可逆的 )。高溫石英砂在 870℃以上和有溶 劑存在的條件下會(huì)轉(zhuǎn)變成磷石英 , 但轉(zhuǎn)變速度很 慢 。升高溫 度可加 快轉(zhuǎn)變 , 但 即使在 1250 ～ 1350℃高溫下亦需 1小時(shí)左右才能完成。此時(shí)體 積增大 1.6倍 ,磷石英在 1470℃以上變成方石英。 方石英在 1713℃以上融化, 冷卻后變成石英玻璃 , 如圖 1所示
在烘爐過(guò)程中項(xiàng)變不可能充分, 而前期冶煉 過(guò)程中 ,由于爐襯經(jīng)受了膨脹 -收縮 -再膨脹 - 再收縮的自然循環(huán)過(guò)程 。爐襯石英砂向上膨脹 , 造成了爐襯口上漲, 導(dǎo)致?tīng)t襯致密度下降,冷卻時(shí) 收縮,爐內(nèi)產(chǎn)生收縮裂紋, 爐齡縮短。一般說(shuō)鐵水 溫度在 1520℃左右 ,爐襯的上漲速度為 2 ～ 3mm/ 爐 。為有效地阻止?fàn)t襯上漲, 考慮采用投資少, 成 本低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的物理抑制法, 即在爐襯口安裝一 塊金屬壓爐板 (要求:耐溫, 抗變形 ), 尺寸如圖 2所示。在爐襯上漲時(shí)受到阻力而使?fàn)t襯軸向更致 密 ,減少裂紋傾向來(lái)提高爐次。
當(dāng)感應(yīng)圈通以中頻電流時(shí) , 就產(chǎn)生中頻磁場(chǎng) ,其 中一部分經(jīng)過(guò)石英砂坩堝進(jìn)入爐膛內(nèi)但沒(méi)有穿過(guò)鋼 材的磁通即為漏磁通 。另一部分穿過(guò)坩堝內(nèi)金屬工 件的磁通為主磁通 。 主磁通和漏磁通是同時(shí)存在 的 ,從爐料中逸出的磁通和漏磁通將在感應(yīng)圈周邊 金屬內(nèi)感應(yīng)出電流使之嚴(yán)重發(fā)熱 ,增加了能耗并影 響了設(shè)備正常使用 。針對(duì)上述狀況采用下列措施來(lái) 抑制漏磁對(duì)感應(yīng)圈外部金屬的影響 。 1)感 應(yīng) 圈 外 圍 安 裝 若 干 個(gè) 磁 軛 (由 0.2 ～ 0.35mm厚硅鋼片迭成的柱體 ) 2)在感應(yīng)圈上下端各安裝一只短路環(huán) (首尾相 連的環(huán)型金屬管 ) 設(shè) S為磁導(dǎo)率分別為 u1、u2的兩種磁介質(zhì)的分 界面 (如圖 3)。根據(jù)磁場(chǎng)中的高斯定理式 ∮Bmds= 0,磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律 ∮LdL =0 可推導(dǎo)出 B1n = B2n, H1t=H2t即通過(guò)兩種磁介質(zhì)的分界面時(shí) ,磁感強(qiáng) 度的法向分量是連續(xù)的 ,磁場(chǎng)強(qiáng)度的切面分量是連 續(xù)的 。由關(guān)系式 B=uH,得 B1t/u1 =B2t/u2 ,即在兩 種磁介質(zhì)的分界面上 , 磁感強(qiáng)度的切面分量是不連 續(xù)的 ,由 ①式和 ②式可得 B1t/B2t=u1/u2, 即通過(guò)兩 種磁介質(zhì)的界面時(shí) ,磁感強(qiáng)度 B的方向要發(fā)生變化 , 也就是說(shuō)要產(chǎn)生 “折射 ”,當(dāng)磁力線從磁導(dǎo)率較小的 磁介質(zhì)進(jìn)入磁導(dǎo)率較大的磁介質(zhì)時(shí) , 磁力線應(yīng)偏離 法線 ,所以 當(dāng)漏磁通從爐襯進(jìn)入磁軛時(shí) ,磁力線對(duì) 法線的偏離很大 。因此強(qiáng)烈地收縮使得絕大部分漏 磁通進(jìn)入磁軛或折射返回 (漏磁通在磁軛中產(chǎn)生的 熱損耗通過(guò)水冷帶走 , 極少部分進(jìn)入爐殼 ),達(dá)到了 磁屏蔽目的 。磁軛在無(wú)心感應(yīng)爐 ,特別是中頻爐中 所起的作用是不容忽視的 , 沒(méi)有磁軛或磁軛設(shè)計(jì)不 當(dāng) ,感應(yīng)爐的漏磁通便會(huì)變得嚴(yán)重并引起爐架 、壓爐 板發(fā)熱等一系列問(wèn)題 。所以在中頻爐的外部應(yīng)裝設(shè) 0.2 ～ 0.35mm厚硅鋼片迭成的磁軛若干個(gè) 。
短路環(huán)中的磁通是穿過(guò)爐料之中的磁通的一部 分 ,經(jīng)短路環(huán)后 ,由于短路環(huán)磁屏蔽和磁壓縮的作用 將拋出爐口和爐底的磁路以磁能形式耗掉熱能通過(guò)水冷系統(tǒng)帶走 。 綜上所述磁軛對(duì)漏磁通的徑向屏蔽和短路環(huán)的 集磁效果 ,對(duì)防止漏磁通引起金屬體發(fā)熱起到良好 的抑制作用 ,使得安裝金屬壓爐板成為可能 。
加裝爐壓板后 ,雖然對(duì)爐襯的軸向疏松起了很 好地抑制作用 ,提高了爐襯的使用壽命 ,但由于加裝 的壓爐板內(nèi)徑較原來(lái)的爐口徑要小 , 爐襯上沿口爐 襯與壓爐板徑向絕緣厚度變薄 , 使得漏保系統(tǒng)誤保 護(hù)問(wèn)題越發(fā)明顯 。其問(wèn)題大至分為三種狀態(tài) : ⑴ 烘爐狀態(tài) — —石英砂爐襯潮氣較大 。 ⑵ 投放棚料 ———爐內(nèi)棚料堆集 、撒落連接爐 體 。 ⑶ 投放軋輥條料 ———爐內(nèi)溶液在熔融狀態(tài)或 過(guò)居里點(diǎn)后 ,投入軋輥長(zhǎng)條料引起爐內(nèi)磁通急劇變 化 。 ⑷爐壁熔渣 ———熔煉若干爐次后爐壁爐渣易與 爐板粘粘.
為解決上述出現(xiàn)的問(wèn)題 ,須對(duì)漏保系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)。 對(duì)改動(dòng)后的漏保系統(tǒng)又進(jìn)行了操作補(bǔ)充說(shuō)明及 要求 : ① 漏保系統(tǒng)在烘爐狀態(tài)不投入運(yùn)行 ; ② 漏保系統(tǒng)在投入棚料狀態(tài)不投入運(yùn)行 ; ③ 漏保系統(tǒng)在爐內(nèi)熔液處于熔融狀態(tài)時(shí)不投 入使用 ; ④ 經(jīng)常觀察控制柜上的功率表 、功率因數(shù)表 、 電流 、電壓表 、頻率表記錄其變化 ; ⑤ 漏保系統(tǒng)在爐料熔融狀態(tài)下適時(shí)監(jiān)測(cè) 。 經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)措施 ,大大提高了爐齡的使用壽 命 ,避免了壓爐板與爐內(nèi)爐料接觸及漏磁急劇變化引起的誤報(bào)警動(dòng)作 ,保證了中頻感應(yīng)電爐運(yùn)行的可靠性 。
通過(guò)對(duì) 3T、10T中頻感應(yīng)電爐能否加裝壓爐板的理論分析和在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用 , 證明所增加的裝置和對(duì)漏保系統(tǒng)的線路改進(jìn)是有效的 、可行的經(jīng)過(guò)多爐次的運(yùn)行無(wú)一例因漏保系統(tǒng)誤動(dòng)作而停機(jī) , 確保了電爐的可靠運(yùn)行 。由于加裝了鑄鐵壓爐板大 大地提高了爐子的使用壽命 。如表 1所示 ,由原來(lái) 的 70 ～ 100爐次增加到 200 ～ 300爐次 。無(wú)論從經(jīng)濟(jì)效益上 ,從設(shè)備完好率上 , 還是從安全生產(chǎn) 、節(jié)約能源等均上了臺(tái)階。
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