未来节能型5吨一拖二中频炉关键技术与分析

一、概述：5吨一拖二中频炉串联逆变中频无芯感应熔炼炉采用的是串联逆变中频技术。

二、设备性能及特点：

用途：用于熔炼废钢，球墨铸铁、合金结构钢、高镍合金钢、耐热合金等。

本5吨一拖二中频炉组成：

    5吨一拖二中频炉分别由一台高压开关柜、一台整流变压器、一台12脉中频电源、两台5吨炉体（带炉盖和不带炉盖两种形式，带炉盖时有手动和液压两种操作方式）、一套液压装置（双泵液压系统一台，液压倾炉油缸4只，炉衬顶出油缸1只）、1台倾炉操作台、水分配器、水冷却装置组成。一套中频电源分别向两台电炉供电，可以两台炉可同时熔炼，也可以一台中频炉熔炼，另一台中频炉可控制所需温度进行浇铸或保温。（称一拖二5吨中频炉）根据需要用户可自行设定。

5吨一拖二中频炉：是Z节能的中频炉型，是未来时尚主流一拖二中频炉。中频电源采用可控硅全控整流电路，调压调频调功是跟其它串联中频炉不同之处，先调直流电压调试，在调逆变频率，保护是拉逆变快速拉负压保护是串联中频炉的Z大优点。拉逆变保护能有效的保护可控硅过流损坏。

设备具有过电压、过电流、炉衬、水温、水压、短路、接地等保护系统，并且有故障、温度等指示。

特点：5吨一拖二中频炉节能效果效果显著

整流采用12脉可控硅中频电源供电，不含5、7次谐波分量，按照谐波分析，12脉整流电源产生的谐波影响大大小于6脉普通KGPS中频电源。 控制系统全数字化，起动成功率达到100%。

串联逆变器采用半桥电路，主电路元器件数量相对减少，且有很高的功率因数，故有较高功率。
1、高功率因数运行特性，功率因数0.96。 效率高。恒功率输出，功率输出采用恒定控制，在熔炼过程中，负载和温度变化时，其负载始终满功率输出，有效的缩短熔炼时间。采用并联逆变技术的变频电炉平均功率因数0.85，采用串联逆变技术其功率因数0.96

2、与其他电路相比 负载回路的电流要小10-12倍 可节约运行电耗3%

3、无需大容量滤波电抗器 又可节约电耗1%

4、每台感应熔炼炉由一组逆变器独立供电 无需安装大电流换炉开关切换 可节约电耗1%

5、串联逆变器 在运行功率特性曲线中 不存在功率凹角部分即功率损失部分 使之熔炼时间明显缩短 既增加产量又节省电耗 可节能7%

三、5吨一拖二中频炉主要技术参数

四、技术标准和设备运行条件

本设备设计制造符合下列国标和部标技术标准。

1、GBl0067.3—88    电热设备基本技术条件—感应电热设备

2、GBl0063.3—88    电热设备的试验方法—无芯感应电炉

3、GB5959.3--88     电热设备的安全—对感应和导电加热设备以

                及感应熔炼设备的特殊要求

4、JB4086--85       中频无芯感应加热用电控设备技术条件

5、JB／T4280—93    中频无芯感应炉．

6、GB／T14549--93    电能质量—共用电网谐波设备的性能和技术参数达到技术规格说明书的规定。

五、电气部分技术说明

1、高压开关柜

此高压开关柜安装在整流变压器之前，对变压器起到保护作用。

KYN28-12型手车式高压开关柜：

这种开关柜配用真空断路器，适合于切合电容器组、电炉变压器

等频繁操作的场合。此结构的断路器为手车式结构，可以拉出开关柜，维修非常方便。

2、电源整流变压器

电源整流变压器用于将电网的1OKV高压降到适合中频电源的电压。中频设备采用专用的整流变压器，油浸自冷方式。

2.1、十二脉波整流变压器：

这种整流变压器一般都采用Y/d11，Y0连接组方式，二次输出为两组，其中一组输出为Y型连接，另一组输出为d11型连接，这样这两组输出的相位就会互相差30°，即形成了12脉波的整流方式。这种整流方式和六脉波整流相比可以有效的抑制5次和7次谐波，能减小谐波分量对电网的干扰，所以在大型电炉中（2500KW以上）均采用这种整流变压器。

2.3、整流变压器的参数：

注：在变压器的高压侧应有无载调压开关，电压在-10％，-5％，0，

+5％，+10％五档调节。

3、中频电源   

3.1、电路采用12脉波整流方式，进线电压采用950V。逆变采用半桥逆变。这种线路的中频电源适合于较大容量的、功率在1500KW～10000KW的电炉。其电路原理图如下：

3.2中频电源结构特点： 

3.2.1、整流部分的可控硅采用了Z新的叠装式散热器

这种安装方式使可控硅的拆装变得更加方便和科学，在更换可控硅时，只要松开一个顶紧螺栓，即可更换组件内任何一个可控硅元件。散热器组件上有刻度供紧固时作参照，可以保证可控硅和散热器之间正确的压紧力。而且，这种安装方式充分减小了可控硅组件的体积，使电气柜内的操作空间增大。

3.2.2、大容量的直流滤波电容器

滤波电容器对固体电源是非常重要的，它可以使整流器的输出电压变得平滑稳定，为逆变提供稳定平滑的电压，使逆变波形稳定可靠。

3.2.3、逆变电路采用大容量快速可控硅和续流二极管

为了保证逆变器的可靠工作和可靠续流，逆变可控硅和续流二极管采用采用大容量KK可控硅和快速二极管。

4、漏炉保护和接地报警跳闸功能控制系统带有专用的炉衬厚度探测器。其工作原理是根据感应线圈和炉料之间漏电流的大小，来判断炉衬的完好情况。因为当炉衬变薄时，漏电流必然增大。

炉衬厚度探测器的报警电流可以调节。合适的报警电流必须根据不同大小的电炉和不同的炉衬材料在使用中逐步调定。炉衬厚度探测器不能做到100％准确，它只能作为判断炉衬厚度的参考。该炉衬厚度探测器直接接在侧电极和炉底电极之间。 

5、补偿电容器组

串联型中频电源的特点就是槽路电流和中频电源输出的电流相同，槽路的电压是中频电源输出电压的Q倍。由于槽路的电流比较小，所以将补偿电容器安装在中频电源柜内。只需通过水冷电缆与炉体连接即可。大大减小了安装现场的工作量。

6、电炉部分

电炉部分包括电炉炉体，水冷电缆，耐火胶泥，炉衬快速推出装置，主回路铜排。

6.1、炉体

5吨一拖二中频炉炉体由感应线圈，磁轭，炉架，倾动油缸和炉盖组成。

6.1.1感应线圈

感应线圈用99.9%的矩形铜管绕制而成，感应线圈采用包扎云母带和浸绝缘漆工艺, 外表再喷涂一层灰色绝缘漆，绝缘层的耐压大于5000V。感应线圈由焊接在其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。

在感应线圈的上部和下部都设有不锈钢水冷圈，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。在感应线圈的出水口处，按水路分别安装数个水温温度探头，当某一路水发生堵塞水温超高时，可以立即发出警报，并可以自动使中频电源停机。

6.1.2、磁轭    

磁轭采用高导磁率冷轧硅钢片制造。硅钢片的厚度为0．3mm。  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均匀分布，Z大限度的约束线圈向外发散的磁场，减少外磁路磁阻。

磁轭由二侧的不锈钢板和不锈钢夹件夹持，焊接固定。在二侧的不锈钢板上焊有冷却水管，用于冷却磁轭。冷却水管可以承受0.45Mpa水压，15min内无泄漏。

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。磁轭和线圈之间由里向外垫有聚四氟乙烯板、石棉橡胶板。聚四氟乙烯板具有高的绝缘强度和高的耐温性能，石棉橡胶板具有高的耐热性能。这样就确保了磁轭和线圈之间的绝缘和耐热性能。

每根磁轭用固定在炉壳上的丝杆顶住固定，在线圈的一周形成均匀的顶力，这样既固定了磁轭又固定了线圈，在熔化和出炉的过程中，线圈不会产生移动。

6.1.3、炉架

炉架分活动和固定二部分。

6.1.3、1、活动炉架

活动炉架用于安装感应线圈和磁轭。它由型钢和钢板焊接而成，采用框架结构，以便于检修。活动炉架顶部的操作平台采用了加厚钢板，以提高炉架的强度和承重能力。

6.1.3、2、固定炉架

固定炉架安装在地基上，用于承载活动炉架。固定炉架的上部通过倾转轴和活动炉架相联，在倾炉油缸的顶推下，可以使活动炉架向前倾转95度。

炉架部分在设计时预留了很大的安全系数。保证炉架具有足够的刚度，在承载Z大装料量时运行平稳。

6.1.4、炉盖

活动炉架上面安装有炉盖。炉盖的操作有手动和液压驱动两种方式。

6.1.4.1、手动炉盖

手动炉盖安装在炉体上端侧面的转轴上，通过上下拉动手柄可以使炉盖打开和闭合。在加料或不需要使用炉盖时，可以将炉盖旋转至炉体上部的侧面位置。

6.1.4.2、液压驱动炉盖

液压驱动炉盖安装在炉体上端侧面的转轴上，通过上下油缸和旋转油缸的动作，实现炉盖的开启和旋转动作。通过操作台上的操作开关进行操作。在加料或不需要使用炉盖时，可以将炉盖旋转至炉体上部的侧面位置。

7、水冷电缆

水冷电缆的接头采用可拆卸结构，可以方便的拆开。内部通过焊接方式与铜绞线连接。这种方式联接牢固，接触电阻小。

水冷电缆的外套管采用夹布橡胶管。这种胶管不易燃烧，强度好。它可以承受0.45Mpa水压而不泄漏或破裂。

橡胶管经过长期使用后会老化，这时就要进行更换。这种可拆卸结构不需要破坏内部的铜绞线，只需要拆开接头上的螺栓就可以方便的更换外部橡胶管。

接头内部采用斜锥面密封和导电。当上紧接头螺栓时，自然就会起到了既导电又密封的作用。

8、耐火胶泥

耐火胶泥是一种高度绝缘和绝热的材料，它涂在感应线圈的匝间和内侧，有如下作用：

  (1)使感应线圈成为一个整体，减少工作时的振动和噪音。

  (2)当炉料渗漏时保护感应线圈。

  (3)有利于炉衬推出。

9、炉衬快速推出装置

    炉衬快速推出装置用于快速拆除旧炉衬。它包括顶推块，顶推油缸和操作机构。

顶推块装在炉衬的下面，通过炉体底部的顶推孔与顶推油缸相连。需要推出旧炉衬时，电炉倾转到90度，将顶推油缸用固定销和炉体底部的连接法兰固定，操作手动阀向油缸加压即可将旧炉衬推出。

七、液压系统

 包括液压泵站和倾炉操作台。

液压泵站用于向倾炉油缸，炉盖驱动油缸，炉衬推出油缸提供动力。泵站的额定工作压力为11Mpa。液压介质为液压油。

倾炉操作台用于控制炉体的倾动，回落，炉盖的开关和炉衬推出。它采用手动阀操作，动作平稳，无冲击。所有液压元件都采用国内优质产品。各种形式配置的液压原理见下图所示。

                                        作者:康忠波 永鑫电炉城