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中頻爐加裝金屬壓爐板可行性分析及應用
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廠家：中頻爐加裝金屬壓爐板可行性分析及應用 日期：：2019-12-14 瀏覽次數： 148
本文萬峰工業爐小編介紹了用壓爐板來抑制石英砂爐襯膨脹的方法和壓爐板對漏保系統帶來的影響。提出了對漏保系統的改進措施及操作時注意事項。
冶金機械有限公司投資兩千多萬元打造的一 條具有國內先進水平的軋輥生產線, 其主體設備 是 3T、10T中頻電爐, 整個熔煉過程采用全程控制 圖形化操作界面 。在運行過程中發現電爐在使用 一定爐次以后, 由于爐襯膨脹、疏松, 鐵水極易穿 透爐襯 。為確保生產正常運行, 提高爐體的使用 壽命。對爐體提出改進設想并對其進行可行性分 析 ,通過應用對漏保系統采取改進措施。
目前國內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 。開始加熱時, 石英砂隨溫度升高而均勻 膨脹。在 573℃時發生同質異晶轉變 ,低溫石英轉 變成高溫石英后因晶體轉變而突然膨脹 (這個轉 變是可逆的 )。高溫石英砂在 870℃以上和有溶 劑存在的條件下會轉變成磷石英 , 但轉變速度很 慢 。升高溫 度可加 快轉變 , 但 即使在 1250 ～ 1350℃高溫下亦需 1小時左右才能完成。此時體 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
在烘爐過程中項變不可能充分, 而前期冶煉 過程中 ,由于爐襯經受了膨脹 -收縮 -再膨脹 - 再收縮的自然循環過程 。爐襯石英砂向上膨脹 , 造成了爐襯口上漲, 導致爐襯致密度下降,冷卻時 收縮,爐內產生收縮裂紋, 爐齡縮短。一般說鐵水 溫度在 1520℃左右 ,爐襯的上漲速度為 2 ～ 3mm/ 爐 。為有效地阻止爐襯上漲, 考慮采用投資少, 成 本低,結構簡單的物理抑制法, 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。在爐襯上漲時受到阻力而使爐襯軸向更致 密 ,減少裂紋傾向來提高爐次。
當感應圈通以中頻電流時 , 就產生中頻磁場 ,其 中一部分經過石英砂坩堝進入爐膛內但沒有穿過鋼 材的磁通即為漏磁通 。另一部分穿過坩堝內金屬工 件的磁通為主磁通 。 主磁通和漏磁通是同時存在 的 ,從爐料中逸出的磁通和漏磁通將在感應圈周邊 金屬內感應出電流使之嚴重發熱 ,增加了能耗并影 響了設備正常使用 。針對上述狀況采用下列措施來 抑制漏磁對感應圈外部金屬的影響 。 1)感 應 圈 外 圍 安 裝 若 干 個 磁 軛 (由 0.2 ～ 0.35mm厚硅鋼片迭成的柱體 ) 2)在感應圈上下端各安裝一只短路環 (首尾相 連的環型金屬管 ) 設 S為磁導率分別為 u1、u2的兩種磁介質的分 界面 (如圖 3)。根據磁場中的高斯定理式 ∮Bmds= 0,磁介質中的安培環路定律 ∮LdL =0 可推導出 B1n = B2n, H1t=H2t即通過兩種磁介質的分界面時 ,磁感強 度的法向分量是連續的 ,磁場強度的切面分量是連 續的 。由關系式 B=uH,得 B1t/u1 =B2t/u2 ,即在兩 種磁介質的分界面上 , 磁感強度的切面分量是不連 續的 ,由 ①式和 ②式可得 B1t/B2t=u1/u2, 即通過兩 種磁介質的界面時 ,磁感強度 B的方向要發生變化 , 也就是說要產生 “折射 ”,當磁力線從磁導率較小的 磁介質進入磁導率較大的磁介質時 , 磁力線應偏離 法線 ,所以 當漏磁通從爐襯進入磁軛時 ,磁力線對 法線的偏離很大 。因此強烈地收縮使得絕大部分漏 磁通進入磁軛或折射返回 (漏磁通在磁軛中產生的 熱損耗通過水冷帶走 , 極少部分進入爐殼 ),達到了 磁屏蔽目的 。磁軛在無心感應爐 ,特別是中頻爐中 所起的作用是不容忽視的 , 沒有磁軛或磁軛設計不 當 ,感應爐的漏磁通便會變得嚴重并引起爐架 、壓爐 板發熱等一系列問題 。所以在中頻爐的外部應裝設 0.2 ～ 0.35mm厚硅鋼片迭成的磁軛若干個 。
短路環中的磁通是穿過爐料之中的磁通的一部 分 ,經短路環后 ,由于短路環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水冷系統帶走 。 綜上所述磁軛對漏磁通的徑向屏蔽和短路環的 集磁效果 ,對防止漏磁通引起金屬體發熱起到良好 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 的壓爐板內徑較原來的爐口徑要小 , 爐襯上沿口爐 襯與壓爐板徑向絕緣厚度變薄 , 使得漏保系統誤保 護問題越發明顯 。其問題大至分為三種狀態 : ⑴ 烘爐狀態 — —石英砂爐襯潮氣較大 。 ⑵ 投放棚料 ———爐內棚料堆集 、撒落連接爐 體 。 ⑶ 投放軋輥條料 ———爐內溶液在熔融狀態或 過居里點后 ,投入軋輥長條料引起爐內磁通急劇變 化 。 ⑷爐壁熔渣 ———熔煉若干爐次后爐壁爐渣易與 爐板粘粘.
為解決上述出現的問題 ,須對漏保系統進行改動。 對改動后的漏保系統又進行了操作補充說明及 要求 : ① 漏保系統在烘爐狀態不投入運行 ; ② 漏保系統在投入棚料狀態不投入運行 ; ③ 漏保系統在爐內熔液處于熔融狀態時不投 入使用 ; ④ 經常觀察控制柜上的功率表 、功率因數表 、 電流 、電壓表 、頻率表記錄其變化 ; ⑤ 漏保系統在爐料熔融狀態下適時監測 。 經過以上改進措施 ,大大提高了爐齡的使用壽 命 ,避免了壓爐板與爐內爐料接觸及漏磁急劇變化引起的誤報警動作 ,保證了中頻感應電爐運行的可靠性 。
通過對 3T、10T中頻感應電爐能否加裝壓爐板的理論分析和在生產中的實際應用 , 證明所增加的裝置和對漏保系統的線路改進是有效的 、可行的經過多爐次的運行無一例因漏保系統誤動作而停機 , 確保了電爐的可靠運行 。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 的 70 ～ 100爐次增加到 200 ～ 300爐次 。無論從經濟效益上 ,從設備完好率上 , 還是從安全生產 、節約能源等均上了臺階。
冶金機械有限公司投資兩千多萬元打造的一 條具有國內先進水平的軋輥生產線, 其主體設備 是 3T、10T中頻電爐, 整個熔煉過程采用全程控制 圖形化操作界面 。在運行過程中發現電爐在使用 一定爐次以后, 由于爐襯膨脹、疏松, 鐵水極易穿 透爐襯 。為確保生產正常運行, 提高爐體的使用 壽命。對爐體提出改進設想并對其進行可行性分 析 ,通過應用對漏保系統采取改進措施。
目前國內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 。開始加熱時, 石英砂隨溫度升高而均勻 膨脹。在 573℃時發生同質異晶轉變 ,低溫石英轉 變成高溫石英后因晶體轉變而突然膨脹 (這個轉 變是可逆的 )。高溫石英砂在 870℃以上和有溶 劑存在的條件下會轉變成磷石英 , 但轉變速度很 慢 。升高溫 度可加 快轉變 , 但 即使在 1250 ～ 1350℃高溫下亦需 1小時左右才能完成。此時體 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
在烘爐過程中項變不可能充分, 而前期冶煉 過程中 ,由于爐襯經受了膨脹 -收縮 -再膨脹 - 再收縮的自然循環過程 。爐襯石英砂向上膨脹 , 造成了爐襯口上漲, 導致爐襯致密度下降,冷卻時 收縮,爐內產生收縮裂紋, 爐齡縮短。一般說鐵水 溫度在 1520℃左右 ,爐襯的上漲速度為 2 ～ 3mm/ 爐 。為有效地阻止爐襯上漲, 考慮采用投資少, 成 本低,結構簡單的物理抑制法, 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。在爐襯上漲時受到阻力而使爐襯軸向更致 密 ,減少裂紋傾向來提高爐次。
當感應圈通以中頻電流時 , 就產生中頻磁場 ,其 中一部分經過石英砂坩堝進入爐膛內但沒有穿過鋼 材的磁通即為漏磁通 。另一部分穿過坩堝內金屬工 件的磁通為主磁通 。 主磁通和漏磁通是同時存在 的 ,從爐料中逸出的磁通和漏磁通將在感應圈周邊 金屬內感應出電流使之嚴重發熱 ,增加了能耗并影 響了設備正常使用 。針對上述狀況采用下列措施來 抑制漏磁對感應圈外部金屬的影響 。 1)感 應 圈 外 圍 安 裝 若 干 個 磁 軛 (由 0.2 ～ 0.35mm厚硅鋼片迭成的柱體 ) 2)在感應圈上下端各安裝一只短路環 (首尾相 連的環型金屬管 ) 設 S為磁導率分別為 u1、u2的兩種磁介質的分 界面 (如圖 3)。根據磁場中的高斯定理式 ∮Bmds= 0,磁介質中的安培環路定律 ∮LdL =0 可推導出 B1n = B2n, H1t=H2t即通過兩種磁介質的分界面時 ,磁感強 度的法向分量是連續的 ,磁場強度的切面分量是連 續的 。由關系式 B=uH,得 B1t/u1 =B2t/u2 ,即在兩 種磁介質的分界面上 , 磁感強度的切面分量是不連 續的 ,由 ①式和 ②式可得 B1t/B2t=u1/u2, 即通過兩 種磁介質的界面時 ,磁感強度 B的方向要發生變化 , 也就是說要產生 “折射 ”,當磁力線從磁導率較小的 磁介質進入磁導率較大的磁介質時 , 磁力線應偏離 法線 ,所以 當漏磁通從爐襯進入磁軛時 ,磁力線對 法線的偏離很大 。因此強烈地收縮使得絕大部分漏 磁通進入磁軛或折射返回 (漏磁通在磁軛中產生的 熱損耗通過水冷帶走 , 極少部分進入爐殼 ),達到了 磁屏蔽目的 。磁軛在無心感應爐 ,特別是中頻爐中 所起的作用是不容忽視的 , 沒有磁軛或磁軛設計不 當 ,感應爐的漏磁通便會變得嚴重并引起爐架 、壓爐 板發熱等一系列問題 。所以在中頻爐的外部應裝設 0.2 ～ 0.35mm厚硅鋼片迭成的磁軛若干個 。
短路環中的磁通是穿過爐料之中的磁通的一部 分 ,經短路環后 ,由于短路環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水冷系統帶走 。 綜上所述磁軛對漏磁通的徑向屏蔽和短路環的 集磁效果 ,對防止漏磁通引起金屬體發熱起到良好 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 的壓爐板內徑較原來的爐口徑要小 , 爐襯上沿口爐 襯與壓爐板徑向絕緣厚度變薄 , 使得漏保系統誤保 護問題越發明顯 。其問題大至分為三種狀態 : ⑴ 烘爐狀態 — —石英砂爐襯潮氣較大 。 ⑵ 投放棚料 ———爐內棚料堆集 、撒落連接爐 體 。 ⑶ 投放軋輥條料 ———爐內溶液在熔融狀態或 過居里點后 ,投入軋輥長條料引起爐內磁通急劇變 化 。 ⑷爐壁熔渣 ———熔煉若干爐次后爐壁爐渣易與 爐板粘粘.
為解決上述出現的問題 ,須對漏保系統進行改動。 對改動后的漏保系統又進行了操作補充說明及 要求 : ① 漏保系統在烘爐狀態不投入運行 ; ② 漏保系統在投入棚料狀態不投入運行 ; ③ 漏保系統在爐內熔液處于熔融狀態時不投 入使用 ; ④ 經常觀察控制柜上的功率表 、功率因數表 、 電流 、電壓表 、頻率表記錄其變化 ; ⑤ 漏保系統在爐料熔融狀態下適時監測 。 經過以上改進措施 ,大大提高了爐齡的使用壽 命 ,避免了壓爐板與爐內爐料接觸及漏磁急劇變化引起的誤報警動作 ,保證了中頻感應電爐運行的可靠性 。
通過對 3T、10T中頻感應電爐能否加裝壓爐板的理論分析和在生產中的實際應用 , 證明所增加的裝置和對漏保系統的線路改進是有效的 、可行的經過多爐次的運行無一例因漏保系統誤動作而停機 , 確保了電爐的可靠運行 。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 的 70 ～ 100爐次增加到 200 ～ 300爐次 。無論從經濟效益上 ,從設備完好率上 , 還是從安全生產 、節約能源等均上了臺階。
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