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中頻爐加裝金屬壓爐板的應用
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廠(chǎng)家：中頻爐加裝金屬壓爐板的應用 日期：：2020-01-28 瀏覽次數： 261
冶金機械有限公司投資兩千多萬(wàn)元打造的一條具有國內先進(jìn)水平的軋輥生產(chǎn)線(xiàn)，其主體設備是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。在運行過(guò)程中發(fā)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(chǎn)正常運行，提高爐體的使用壽命。對爐體提出改進(jìn)設想并對其進(jìn)行可行性分析，通過(guò)應用對漏保系統采取改進(jìn)措施。
目前國內中頻爐用于熔煉鑄鐵的普通爐襯材料使用的是SiO：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~C時(shí)發(fā)生同質(zhì)異晶轉變，低溫石英轉變成高溫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SiO：石英砂。石英后因晶體轉變而突然膨脹(這個(gè)轉變是可逆的)。高溫石英砂在870~C以上和有溶劑存在的條件下會(huì )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(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。
在中頻電爐烘爐過(guò)程中項變不可能充分，而前期冶煉過(guò)程中，由于爐襯經(jīng)受了膨脹一收縮一再膨脹一再收縮的自然循環(huán)過(guò)程。爐襯石英砂向上膨脹，造成了爐襯口上漲，導致?tīng)t襯致密度下降，冷卻時(shí)收縮，爐內產(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。為有效地阻止爐襯上漲，考慮采用投資少，成本低，結構簡(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)受到阻力而使爐襯軸向更致密，減少裂紋傾向來(lái)提高爐次。
當感應圈通以中頻電流時(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圈周邊金屬內感應出電流使之嚴重發(fā)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(lái)抑制漏磁對感應圈外部金屬的影響。
1)? ? 中頻爐感應圈外圍安裝若干個(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s為磁導率分別為u1、的兩種磁介質(zhì)的分界面(如圖3)。根據磁場(chǎng)中的高斯定理式fBd，=0，磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律fLd=0可推導出B。=，H。。=即通過(guò)兩種磁介質(zhì)的分界面時(shí)，磁感強度的法向分量是連續的，磁場(chǎng)強度的切面分量是連續的。由關(guān)系式B=uH，得B。。／ul=B／u2，即在兩種磁介質(zhì)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。。／B。=ul／u2，即通過(guò)兩種磁介質(zhì)的界面時(shí)，磁感強度B的方向要發(fā)生變化，也就是說(shuō)要產(chǎn)生“折射”，當磁力線(xiàn)從磁導率較小的磁介質(zhì)進(jìn)入磁導率較大的磁介質(zhì)時(shí)，磁力線(xiàn)應偏離法線(xiàn)，所以當漏磁通從爐襯進(jìn)入磁軛時(shí)，磁力線(xiàn)對法線(xiàn)的偏離很大。因此強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)，達到了磁屏蔽目的。磁軛在無(wú)心感應爐，特別是中頻爐中所起的作用是不容忽視的，沒(méi)有磁軛或磁軛設計不當，感應爐的漏磁通便會(huì )變得嚴重并引起爐架、壓爐板發(fā)熱等一系列問(wèn)題。所以在中頻爐的外部應裝設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)中頻電爐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)水冷系統帶走。綜上所述磁軛對漏磁通的徑向屏蔽和短路環(huán)的集磁效果，對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，雖然對中頻電爐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(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，使得漏保系統誤保護問(wèn)題越發(fā)明顯。其問(wèn)題大至分為三種狀態(tài)：(1)烘爐狀態(tài)——石英砂爐襯潮氣較大。(2)投放棚料——爐內棚料堆集、撒落連接爐體。(3)投放軋輥條料——爐內溶液在熔融狀態(tài)或過(guò)居里點(diǎn)后，投入軋輥長(cháng)條料引起爐內磁通急劇變化。(4)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(wèn)題，須對漏保系統進(jìn)行改動(dòng)，原系統示意如圖4所示，改動(dòng)后的系統如圖5。對改動(dòng)后的漏保系統又進(jìn)行了操作補充說(shuō)明及要求：①漏保系統在烘爐狀態(tài)不投入運行；②漏保系統在投入棚料狀態(tài)不投入運行；③漏保系統在爐內熔液處于熔融狀態(tài)時(shí)不投入使用；④經(jīng)常觀(guān)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中頻爐漏保系統在爐料熔融狀態(tài)下適時(shí)監測。經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)措施，大大提高了爐齡的使用壽命，避免了中頻電爐壓爐板與爐內爐料接觸及漏磁急劇變化引起的誤報警動(dòng)作，保證了中頻感應電爐運行的可靠性。
通過(guò)對3T、10T中頻爐能否加裝壓爐板的理論分析和在生產(chǎn)中的實(shí)際應用，證明所增加的裝置和對漏保系統的線(xiàn)路改進(jìn)是有效的、可行的，經(jīng)過(guò)多爐次的運行無(wú)一例因漏保系統誤動(dòng)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(lái)的70～100爐次增加到200～300爐次。無(wú)論從經(jīng)濟效益上，從設備完好率上，還是從安全生產(chǎn)、節約能源等均上了臺階。
目前國內中頻爐用于熔煉鑄鐵的普通爐襯材料使用的是SiO：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~C時(shí)發(fā)生同質(zhì)異晶轉變，低溫石英轉變成高溫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SiO：石英砂。石英后因晶體轉變而突然膨脹(這個(gè)轉變是可逆的)。高溫石英砂在870~C以上和有溶劑存在的條件下會(huì )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(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。
在中頻電爐烘爐過(guò)程中項變不可能充分，而前期冶煉過(guò)程中，由于爐襯經(jīng)受了膨脹一收縮一再膨脹一再收縮的自然循環(huán)過(guò)程。爐襯石英砂向上膨脹，造成了爐襯口上漲，導致?tīng)t襯致密度下降，冷卻時(shí)收縮，爐內產(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。為有效地阻止爐襯上漲，考慮采用投資少，成本低，結構簡(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)受到阻力而使爐襯軸向更致密，減少裂紋傾向來(lái)提高爐次。
當感應圈通以中頻電流時(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圈周邊金屬內感應出電流使之嚴重發(fā)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(lái)抑制漏磁對感應圈外部金屬的影響。
1)? ? 中頻爐感應圈外圍安裝若干個(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s為磁導率分別為u1、的兩種磁介質(zhì)的分界面(如圖3)。根據磁場(chǎng)中的高斯定理式fBd，=0，磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律fLd=0可推導出B。=，H。。=即通過(guò)兩種磁介質(zhì)的分界面時(shí)，磁感強度的法向分量是連續的，磁場(chǎng)強度的切面分量是連續的。由關(guān)系式B=uH，得B。。／ul=B／u2，即在兩種磁介質(zhì)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。。／B。=ul／u2，即通過(guò)兩種磁介質(zhì)的界面時(shí)，磁感強度B的方向要發(fā)生變化，也就是說(shuō)要產(chǎn)生“折射”，當磁力線(xiàn)從磁導率較小的磁介質(zhì)進(jìn)入磁導率較大的磁介質(zhì)時(shí)，磁力線(xiàn)應偏離法線(xiàn)，所以當漏磁通從爐襯進(jìn)入磁軛時(shí)，磁力線(xiàn)對法線(xiàn)的偏離很大。因此強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)，達到了磁屏蔽目的。磁軛在無(wú)心感應爐，特別是中頻爐中所起的作用是不容忽視的，沒(méi)有磁軛或磁軛設計不當，感應爐的漏磁通便會(huì )變得嚴重并引起爐架、壓爐板發(fā)熱等一系列問(wèn)題。所以在中頻爐的外部應裝設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)中頻電爐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)水冷系統帶走。綜上所述磁軛對漏磁通的徑向屏蔽和短路環(huán)的集磁效果，對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，雖然對中頻電爐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(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，使得漏保系統誤保護問(wèn)題越發(fā)明顯。其問(wèn)題大至分為三種狀態(tài)：(1)烘爐狀態(tài)——石英砂爐襯潮氣較大。(2)投放棚料——爐內棚料堆集、撒落連接爐體。(3)投放軋輥條料——爐內溶液在熔融狀態(tài)或過(guò)居里點(diǎn)后，投入軋輥長(cháng)條料引起爐內磁通急劇變化。(4)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(wèn)題，須對漏保系統進(jìn)行改動(dòng)，原系統示意如圖4所示，改動(dòng)后的系統如圖5。對改動(dòng)后的漏保系統又進(jìn)行了操作補充說(shuō)明及要求：①漏保系統在烘爐狀態(tài)不投入運行；②漏保系統在投入棚料狀態(tài)不投入運行；③漏保系統在爐內熔液處于熔融狀態(tài)時(shí)不投入使用；④經(jīng)常觀(guān)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中頻爐漏保系統在爐料熔融狀態(tài)下適時(shí)監測。經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)措施，大大提高了爐齡的使用壽命，避免了中頻電爐壓爐板與爐內爐料接觸及漏磁急劇變化引起的誤報警動(dòng)作，保證了中頻感應電爐運行的可靠性。
通過(guò)對3T、10T中頻爐能否加裝壓爐板的理論分析和在生產(chǎn)中的實(shí)際應用，證明所增加的裝置和對漏保系統的線(xiàn)路改進(jìn)是有效的、可行的，經(jīng)過(guò)多爐次的運行無(wú)一例因漏保系統誤動(dòng)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(lái)的70～100爐次增加到200～300爐次。無(wú)論從經(jīng)濟效益上，從設備完好率上，還是從安全生產(chǎn)、節約能源等均上了臺階。
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