2T定点浇铸炉项目整体技术方案

一． 概况:

  1.设备说明

设备概述：该产品属于新型专业炉种，引进国外技术设计制造，具有当今先进水平。独特的液压倾炉连杆机构，在熔炼完毕倒出熔液全过程中，能始终使金属溶液倒入直径很小的接料口内。是采用水(气)雾化工艺生产金属粉末及类似工艺要求之首选装备。

    本设备为超级节能型产品，采用半桥串联逆变中频电源。电炉无论是冷态，热态，加半炉料或加满料时，半桥串联逆变器都能够输出额定功率，功率因数恒定为0.98。具有速度熔化，能耗低，运行稳定可靠等特点。

 基本配置：典型的一电一炉，1600kw恒功率数字化串联逆变电源一台、一台定点浇铸炉体、电源结构为3相6脉单整流逆变串联结构，

二、串联逆变节能型2T/1600kw定点浇铸炉主要技术指标

1.综合指标

2.半桥串联逆变中频电源简介: 

数字化串联逆变中频电源是我公司推出的第六代产品，在设计中除采用常规的主电路以外控制电路只需两只变压器和一块控制电路板即可。彻底去掉了接触器、中间继电器、以及其它的辅助电路，使整套设备连线极少，更由于三相交流输入不必区分相序，中频输出线不必区别相位的优点，使用户现场调试更为方便。

技术特点：我公司串联逆变可控硅中频电源具有以下优点。

1、整机可实现傻瓜式操作，避免因操作失误造成事故。

2、整流逆变合用一个功率电位器完成，缓冲软启动。自判断负载状态，如果负载短路或开路，均可以零冲击、微电流锁控逆变输出，避免故障进一步扩大。

3、 高功率因数，低谐波干扰。整机功率因数comφ≥0.98，无需配置无功补偿和消谐波装置,降低建厂投资.

4、逆变脉宽和换流死区时间均可灵活调整，以适应各种负载频率。

5、 高可靠性：众所周知，串联逆变最令人头痛的是直通保护困难，而产生直通的原因80%来自负载突变，控制线路为能够及时适应或外磁场杂波干扰等造成逆变脉冲触发错位。本线路采用电压电流双重锁控脉冲位置，从根本上解决了产生直通的因素。

6、高启动成功率:任何负荷状态均可100%启动,具有极高的负载适应能力：即便在冻炉（冷炉）状态下仍可高功率因数满负荷输出 。

7、 极高的节电效果：相对并联谐振节电率达20~30%，其原因如下

⑴、关断损耗小 由于串联谐振属于自然换流，无换流重叠角，所以不存在关断损耗；

⑵、高电压特性 串联谐振属于电压谐振，感应器电压是输出电压的Q倍，无需倍压或变压器升压就可得到 1500V~4000V 高压，逆变输出的每一份电流都流经感应负载，相对并联谐

振，槽路电流要小2~3倍。这种高电压，低电流特性使得槽路损耗大幅度降低。

⑶、低无功损耗 串联谐振属于电压谐振，直流滤波采用电容滤波，正常工作时整流桥处于全

开放状态，对电网功率因数达到 cosφ≥0.98 以上，再加上低谐波损耗，电效率远高于

并联谐振。

8、 高兼容性：该板预留IGBT驱动接口、温控接口、远程控制接口、联机封锁保护接口。外加IGBT驱动板可以直接驱动IGBT模块；加温控仪（或计算机）可实现可编程温控。

9、环保性能好：相对并联谐振，整机运行声音平稳轻脆，无杂波噪音，对电网中频谐波极小。

10、高频率特性：用普通KK逆变硅(关断时间20uS)，工作频率能达到4KHz，如果用KA或KG可控硅，频率能达到18KHz，达到超音频感应加热效果。由此可实现大功率超音频电源的生产。其成本远低于同等功率的IGBT电源，但其稳定性又远高于IGBT电源。

2.1、整流电路

     1600kw中频电源采用我公司独特的6脉整流技术，线路优点：（１）通常的三相6脉冲桥式整流线路在工作时会对电网产生5次、7次、11次、13次和更高次的谐波干扰电流，采用我公司独特的6脉整流技术谐波干扰小，没有5次、7次谐波的干扰，（2）整流器工作在全导通状态，电压和电流始终同相位，因此无论输出功率大小，中频电源的电网侧功率因数始终大于0.98。

2.2数字化串联逆变电源柜

   电源柜由高强度的冷轧钢板制成，板厚2.5毫米。打开门可以方便地接近整流和逆变等各个部分，并根据用户要求加装空调器。所有的门都安装有安全开关，如果门未关上，电源就不能启动。电源柜的上方都有起吊钩，方便运输和安装。

   电源柜内铜排和铜管使用国内知名品牌洛铜产品,铜排经喷沙,钝化,制作规范。电源柜元器件布置合理，易于维修，走线，布线规范。维修人员能很轻易地接触到所有的维修点。

2.2.1 隔离控制室

主控室：在前门上部布置一个密闭的隔离控制室，装有主控板、控制电源等控制部件，可以方便地观测主控板的信号。由于电源柜内主要的电力电子元器件都配有水冷系统，在运行过成中的温升不会影响到主控室的温度，故主控室无需额外的冷却系统，而且主控室内的电路板上所有的电子元件都选用国际知名品牌施耐德产品，按照高温度等级来选型。所以主控室运行的电路板具有非常高的稳定性。

  主控室装有PLC辅助熔炼管理系统，彩屏触控不仅能够显示电源运行的实时数据与信息，还能够显示整个系统的运行状态与信息，并且具有自动烘炉，冷炉启动，故障诊断，故障信息显示和存储，运行信息显示，系统状态显示等功能。

2.2.2  进线空气开关保护系统

a.快速动作的ZYW1系列智能控制断路器德力西产品，把来自变压器供电线路和电源柜隔离开。当有故障出现时，立即跳闸，以保护电源柜不受进一步的损害。它由电动操作机构操作，有一个24V的失压线圈起联锁保护作用。

b.带有过电流保护，发生过电流时，它跳闸保护动作，切断进线电源对电源柜的供电。

c.空气开关下部安装保护半导体的快熔。

2.2.3 AC-DC整流部分和电路保护

a.桥式整流部分把交流电转换成直流电，为逆变部分提供一个稳定的直流平台。在正常操作时，确保对工厂电源谐波影响最小。另外，在出现故障时，整流可控硅作为快速动作开关，切断供电电源和逆变部分的联系，保护电源柜。

b.当逆变启动时，整流环节可监视直流电流和电压，提供一个电源稳定上升的台阶，防止对电源的冲击。

c.可控硅两端的阻容吸收支路，可以在可控硅开关时，起到缓冲电流突然变化的作用。

2.2.4  滤波环节（直流滤波电容在中频电源柜内）

a.电抗器，平整直流电流，去除电流纹波，阻止高频信号进入工厂供电线路。

b.滤波电容器。滤波电容器为水冷

c.滤波电容器有外部放电电阻，在断电后5分钟内可完成放电。

d.d.电抗器是空芯、水冷的，用环氧树脂真空浇注，固封，并由温度开关保护，当温度过高时关断电源。

2.2.5 DC-AC中频逆变电路

逆变电路包括以下部分：

a.大功率逆变可控硅组成了半桥逆变电路，将直流电转变成中频交流电。

b.在可控硅两端串联阻容吸收电路，在可控硅开关时，起到缓冲作用。

2.2.5逆变电容器柜（在中频电源柜内）

     补偿电容器柜体整体结构坚固、外表美观，对电容器在绝缘处理上采用双层云母绝缘技术，即使不慎将水喷洒于电容器上，也能保证柜体的绝缘强度。

     电容器全部采用新型大容量无毒介质水冷RFM系列电热电容器，具有单台容量大，介质损耗低，占地面积小等优点。电容器柜内安有温度监测点，这样确保电源稳定工作。

a.补偿电容配置最佳值。电容器内部不含有毒物质。新采用的物质无毒、阻燃，即使内部出现打弧和短路，甚至在电容器外壳破裂时，也不会危害到人体。

b.每个电容器上有一个安全释放口，当电容压力在稍低于破裂压力前，它会自动打开，释放内部压力。

2.2.6 控制系统

a.安装在锁定门内的单主控板

b.功率输出精度小于1%

c.功率上升时间从0至100%小于200毫秒

d.最低功率小于10%

e.控制操作简单，仅有一起动/停止按钮和一功率拨盘，没有其它的调节。

2.2.7  内部闭路水冷系统

a.在进水分水器上，装有一个温度开关，当温度超过45℃时切断电源工作；

b.在进水分水器上，装有一个压力表；

c.在进水分水器和回水集水器间装有一个压差开关，当压差小于200KPA（一定值）时，切断电源工作。

d.在回水集水器上装有一个压力表；

e.内部每一个水流支路，都装有一个温度开关，当温度超过65℃时，切断电源工作并指示。

综上所述我公司恒功率数字化电源与其它控制方式电源比较具有：

A.有效的抑制对电网的干扰措施，使电网中任何有电设备不受任何影响。阻抗调节器的作用，可使设备始终运行在最佳状态。

B.与老式线路相比，节电效果明显，可节电10—20%左右。

C.功率因数可达0.98。

D. 电源的启动成功率可达100%；

E.调试维修简便。

2.2.8 电源的保护措施包括：

★主回路短路保护

★ 主回路缺相保护

★ 主回路过电流保护

★电网电压高保护

★电网电压低保护

★冷却水温高保护

★冷却水压低保护

★冷却水流量低保护

★可控硅过电压保护

★可控硅过电流保护

★逆变可控硅电流上升率高保护

★逆变可控硅换流时间不足保护

★逆变可控硅反向关断电压时间不足保护

2.3 中频电源结构特点：

电源外壳采用德国威图工艺制作，具有外形美观、开关、变频、水冷一体化设计合理的多组合式结构、刚性强、防尘性好、有适当的通风散热措施，并根据用户要求加装空调器。

a.独特的双重门结构将弱电控制与强电（高压）分开，避免强电干扰，柜门与主电断路器联锁从而进一步提高了整个系统运行的可靠性。 

b.布置合理的操作面板，完全消除了设备操作员的视觉疲劳。而内部配置的资料盒更为设备维护提供了方便。

c.“完全封闭”的箱体设计，在确保内部空气充分流通的情况下（散热通风窗均设置过滤）提高了内部环境的清洁。有利地克服了导电性尘埃引起的绝缘失效。对潮湿的环境下使用的电源，其内部配置了电加热器，防止流通空气的湿度大而对端子或接线柱形成腐蚀。

d.集中的供水管路，在保障各部分充分冷却的情况下，布置及走向合理而美观。

E.元器件的安装严格按照工艺要求，合理布局、整洁美观、绝缘性及抗震性均符合国家标准。确保了设备在长期运行中的稳定性。

2.4、PLC熔炼管理系统及监控系统

PLC熔炼管理系统及监控系统可具有如下功能：

1）完善的熔化控制管理功能、自动故障诊断、自动炉衬烧结等功能。

2）完善的熔化过程控制功能和完善的监测、报警和故障自诊断功能。具有完善的声、光报警。并对如下状况作出报警，反馈各种故障。

■电源冷却水温度过高

■电源冷却水压力太低

■炉子冷却水温度过高

■炉子冷却水压力太低

■变频电源整流部分无直流输出

3）PLC熔化管理系统除保护系统外，设定以下极限限制显示

■逆变器工作

■满功率极限

■电容器电压极限

■感应线圈电压极限

■输出电流极限

■频率极限

■电网输入电流极限

4）PLC熔化管理系统要求具有完善的熔化、保温过程控制，其主要功能包括

■连续监测和显示各种参数

■显示系统的运行状态

■自动烧结炉衬

■冷炉启动

5）监控软件系统功能

   现场工业控制触摸屏，可通过各个流程画面，将各个流程数据和参数显示出来。控制软件采用实时交换的方式，通过通讯网络，将所要查询的数据地址发送到处理器中，并将数据及时反映在画面中。

系统操作人员通过对工作站的操作，可以轻松地实现对设备的控制：

★启动设备

★关闭设备

★紧急停机

★报警复位

6）自动化系统主要设备配置明细表

3.炉体结构描述:

3.1炉体

   炉体是无心感应炉的主要工作部分，它由炉架、磁轭和紧固装置、感应线圈、水冷架等部分组成。

感应线圈内壁涂抹用于保护线圈的耐火胶泥，与坩埚通过中间层紧密组合成一个整体，承受着高温熔液引起的压力和热应力。为防止因坩埚龟裂引起铝液漏炉事故，在耐火胶泥中铺设有漏炉报警装置。

磁轭的作用是辅助导磁，加强感应器对炉料的功率传递和两者间的电磁感应，约束线圈漏磁的发散，减少炉架等金属构件的发热，即作为磁屏蔽；磁轭的另一作用是压紧线圈，径向靠顶紧螺栓保护径向的固定，磁轭对于提高炉子的效率，改善炉温的轴向分布也起着相当大的作用。

感应线圈是炉子的心脏，因通过电流较大，采用优质冷挤制铜管。感应线圈采用H级绝缘。感应线圈安装在炉架内，8条磁轭分布在周围，其径向用架上的顶紧螺栓固定。

3.2 线 圈:

感应线圈是整个感应炉的心脏，感应线圈由中频电源供电，在中频电压、电流的作用下产生强大的磁场，此磁场使炉膛内的金属产生涡流而发热，线圈是电能转换热能的关键。所以线圈设计就显得优为重要，本炉的线圈是结合国内外中频炉实际使用状况，根据电磁场原理，通过计算机分析计算而确定的较佳方案。

  感应线圈用铜管绕成。为了保证感应线圈的可靠性，铜管采用了大于5mm厚,纯度为99.99%，材质为T2的优质冷挤制铜管。这种铜管密度好，管壁厚度均匀。感应线圈在设计时考虑了铜管的固有长度的影响，将铜管的焊接处和引电，引水部位结合，使每组感应线圈内部没有焊缝。

    感应线圈的外表绝缘采用双层形式，内层用静电噴涂工艺噴涂了一层高强度的绝缘树脂，外层用云母带包扎，然后使用H级绝缘漆浸漆烘干。绝缘层的耐压大于8000V。

    在感应线圈的上部和下部都设有不锈钢制水冷圈，其目的是使炉衬材料在轴向受热均匀，延长炉衬的使用寿命。

    感应线圈由焊接在外圆周的数列螺栓和绝缘撑条固定。线圈固定后，其匝间距误差不大于2mm。所有螺栓为沉头方式,以提高绝缘强度。

在感应线圈的上部和下部都设有不锈钢或铜制水冷圈，使炉衬材料在轴向受热逐渐形成梯度，近而延长炉衬的使用寿命。感应线圈的焊接均采用银质焊条，不会影响电流流动性。

    感应线圈还设有短路环,用于锁磁防止炉体发热。

3.3炉体及炉架:

 炉体定点浇铸结构安装在支承框架上，运行速度均匀，炉咀的高差小，出液连续稳定，解决了传统结构通过传运包浇铸的缺点。炉咀的运行曲线，由固定的工艺，并由电脑优化运算，使用特殊的曲线模板导向锁定。使炉体从连续出液到定点出液均匀有序进行。炉体主体结构为优质耐热不锈钢或无磁铝合金材料，避免了热损引起的电气效率低。成套设备维护更换均采用模块化设计，易维护易检修，很大程度提高生产效率。

3.4磁 轭:

磁轭采用进口牌号为Z11的高导磁率冷轧硅钢片制造。硅钢片的厚度为0.27mm。磁轭采用仿形结构， 内弧面的弧度与感应线圈的外圆弧度相同，使磁轭可以紧贴感应线圈外侧，最大限度的约束线圈向外发散的磁场，减少外磁路磁阻。

磁轭由两侧的不锈钢板和不锈钢夹持，焊接固定。提高利用率。硅钢片加工后剪切口飞边允差小于±0.1mm，磁轭总装后，弯曲度不大于4mm，理论中心线与实际中心线偏差不大于3mm。保证线圈与磁轭圆弧状接触，精确耦合，覆盖线圈面积在80%以上。

磁轭沿长度方向包含上下水冷圈。硅钢片材质不低于GB/T2521—1996标准中的27QG110标准。

磁轭上冷却水管采用方型紫铜管，引出嘴采用φ=16×2紫铜管，短路环采用方型紫铜管。磁轭采用仿形结构，其内弧面的弧度与感应线圈的外圆弧度相同，使磁轭可以紧贴感应线圈外侧，最大限度的约束线圈向外发散的磁场，减少外磁路磁阻。

磁轭由二側的不锈钢板和不锈钢夹件夹持，焊接固定。在二側的不锈钢板上焊有紫铜冷却水管，用于冷却磁轭。冷却水管可以承0.45Mpa水压。

3.5柔性水冷电缆:

水冷电缆的接头采用冷压成型工艺与铜绞线压接。这种方式联接牢固 ，接触电阻小，不损伤铜绞线。其单个接头和铜线之间可承受8t以上的拉力。

水冷电缆的外套管采用阻燃橡胶管。这种胶管不易燃烧，强度好。可承受0.45MPa水压而不泄漏或破裂。

水冷电缆馈送电流较大（约20000A），所以在进行铜绞线的选定时要求无断股现象。

电缆本体采用编织式，保存了编织电缆具有的反复交织，电缆正体性好，电流分布均匀，导线间同步运行自感阻抗小，可节约电能，降低单耗，另外。相互磨擦力小，缆线不易断股，明显提高电缆和使用寿命。

电缆两端100-200mm采用绞股式，保存了绞股电缆时线和导电头压接紧密可靠。导线损伤性小，接触电阻也小的优点。

导线在导电接头压接口、加装X4.1Cr18弯曲弹簧减轻导线压接口处极易疲劳折断的老大难问题，更有效延长电缆的使用寿命。　

冷却水流合理，采用单水冷，保证导线得到充分冷却。所有紧固件，用高电阻非导磁性材料制作，减少涡流损耗，有利节电，且不会产生发热现象，减少故障。

3.6  液压泵站和阀站

a) 液压泵站，为倾翻满炉负载而设计，由液压泵和驱动电机、应急泵、电机启动装置、油箱、回油和吸油过滤装置(及防溢装置)组成。油箱上装有油标，显示液面高度。

b) 倾炉操作台,设有油泵启动,停止按钮及油泵运行指示灯,炉体(升、降)手动操纵杆及多路阀。

c) 液压泵站的电机和油泵一用一备，规格型号一致, 泵为进口产品

d) 液压阀站的阀体为进口产品。

e) 油缸按使用水乙二醇为液压介质设计。所有液压密封适用于用水乙二醇。

f) 液压泵站装有管式热交换器，用来冷却液压介质。确保系统安全。

g) 同时电气上配备液压泵运行但无操作闲置15分钟，自动停泵功能。

三、逆流式闭环冷却塔技术的选择

设备选型：

  熔炼炉的功率1600kw采用一体分层式分别冷却中频电源和炉体，电源冷却和炉体冷却相互独立，采用一体分层式ZXZ-N140T（40/100）逆流式闭环冷却塔

冷却塔外壳采用宝钢镀铝锌板，防锈防腐，经久耐用。换热设备、连接螺丝、补水箱使用304不锈钢材质；永不腐蚀。电机使用工业级别，三防电机，水冷塔可户外直接使用；主水泵配备一台备用，防止单台故障，造成设备损失。电控采用温度控制，节能省电；温度控制在40度以下。

五、2T定点浇铸炉项目配置表

六、 主要元器件供应商和部分设备配套厂家

九、交货时间及交货地点

9.1交货时间：合同签订后2个月内安装完成具备使用条件，

9.2交货地点：甲方公司。

     洛阳松导感应加热科技有限公司

                                      2018年4月8日