3吨中频感应熔炼炉技术方案

一、设备主要技术参数及生产标准：

本方案为3吨中频钢壳（1500KW）熔炼炉技术方案。配置见22页。

（二）、技术标准

        本设备相关部分符合下列相应的技术标准。

 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。

        （三）、本设备的正常运行条件如下

 1、环境

 a．海拔不超过1000m。

 b．环境温度在0℃～50℃之间。

 c．相对湿度不大于90%(25℃时)。

d．周围没有导电尘埃、爆炸性气体及能损坏金属和绝缘的腐蚀性气体。

 e．没有明显的振动和颠簸。

 2、供电要求

 a．主电路供电电压1OKV，波动不大于5%，三相不平衡度不大于5%。

 b．控制系统供电电压220V，波动不大于5%。

 c．主电路和控制系统供电电压必须为正弦波，波形畸变不大于10%。 

3、外循环冷却水要求（当采用风-水冷却装置时无此项要求）：

 a．总硬度< 60mg当量/L

 b．溶解性固体物<300mg／L

 c. PH值:7—8.5

  d．悬浮固体物<lOmg／L

e．电导率<500ps／cm

f．进水温度≤35℃

  二、电气部分技术说明

设备的电气部分包括:电源整流变压器(可选)、中频电源柜、补偿电容器组。

1、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、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-5％，0，+5％三档调节。

3、中频电源结构：

 3.1、整流部分的可控硅采用了Z新的叠装式散热器组件如下图。

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、大容量的直流滤波电抗器

    滤波电抗器对固体电源是非常重要的，它有二个作用。第一，使整流器的输出电流变得平滑稳定。第二，当逆变可控硅直通短路时，限制短路电流的增长速度和Z大短路电流的大小。如果滤波电抗器的参数设计不合理，铁芯材料不好或制造工艺不过关，将对中频电源的工作可靠性产生极大影响。

3.3、逆变电路采用大容量快速可控硅

    为了保证逆变器的可靠性，逆变可控硅采用两只大容量KK硅串联。

3.4、主电路可控硅元件选取依据

无论是采用6脉波整流还是1 2脉波整流时，选取可控硅的电流值时以整流后的直流电流为依据，根据以下原则选取。

3.4.1、可控硅电流值的选取：

A、根据进线电压计算出整流后的直流电压

a、 直流电压Vd=1.35×进线电压

b、 直流电压Vd=1.26×进线电压

B、直流电流

a、 直流电流Id max=中频功率/直流电压Vd

b、 直流电流Id max=0.5×中频功率/直流电压Vd

c、整流可控硅的平均电流可按下式计算

        Ikpmax=Id max／2.72

    d、逆变可控硅的平均电流可按下式计算

        Ikkmax=0.45×Idmax

  通过上述公式，选定可控硅的规格并选取它们具有的安全系数大于2倍。

3.4.2、可控硅电压值的选取：

A、整流可控硅上耐受的峰值电压Vkp=1.414×进线电压Vi

B、逆变可控硅上耐受的峰值电压Vkk=1.414×中频电压Vo

    其中中频电压Vo=1.5×直流电压Vd（前面已经计算出了Vd）

根据计算出的整流和逆变可控硅上耐受的峰值电压Vkp和Vkk，在选择可控硅时，按可控硅的耐压值大于可控硅上耐受峰值电压的2倍的原则选取。

3.5、中频电源的性能特点:

3.5.1、控制系统全数字化，无继电控制

控制系统采用单板高可靠性的大规模集成电路控制。各种信号的运算处理及其相应动作的执行都按程序自动进行。用数字控制系统代替各种继电控制回路所要完成的功能。整个中频电源设备无继电器，提高了系统的可靠性。

3.5.2   独特的扫频式启动方式，具有100%的启动成功率                                                                             

逆变部分采用扫频式零压软启动方式，启动性能优于普通的零压软启动电路。其扫频式的大致启动过程如下：在逆变电路启动以前，先以一个高于槽路谐振频率的它激信号去触发逆变晶闸管，并控制它激信号的频率从高到低扫描。当它激信号的频率下降到接近槽路谐振频率时，中频电压便建立起来。为防止中频电源偶尔的启动失败，我公司专门设计了自动重复启动电路，保证了100%的启动成功率，而且，其响应时间很短，完成一次自动重复启动的时间小于500毫秒。

3.5.3  具有快速响应特性的调节器

    我公司在控制线路中设计了独特的调节器，其响应时间很短，完全适合于中频电源在负载突变的情况下适应快速响应的使用要求。

3.5.4 电源恒功率输出，可保证高的功率因数

特殊设计的阻抗调节器可检测到阻抗的变化，并将此变化送入电路内部进行数字运算，自动调节负载阻抗的匹配，使中频电源达到恒功率输出。同时，由于阻抗调节器的使用，在熔炼的全过程中，整套设备的运行功率因数可达到0.92以上。恒功率段中频电压Us与其对应的功率因数COSФ关系曲线如下图所示。                             

3.5.5  具有优异的抗冲击负荷能力

系统中主要元器件的参数选择均留出较大裕量，在硬件上保证了各元器件有较好的抗冲击能力。在软件上，我公司在系统的控制部分进行了特殊设计，使系统的运行更加稳定可靠，有效的防止了加料时所造成的电流冲击对晶闸管的损坏。这样就保证了设备具有优异的抗冲击负荷能力，使设备能够长期安全可靠地运行。

3.5.6  完善可靠的保护功能

本控制线路设有过流、过载、过压、缺相、控制电源欠电压、冷却水压过低和冷却水温过高、水流量过低等各项保护措施。这些保护功能的分析处理与实现都由主控制板上的功能完成，保证了各项保护功能的灵敏度及可靠性。本

套系统为水冷却设备，为了设备的安全可靠运行，故应对冷却水的水温进行多点实时监控。我公司针对水温监控重要性，设计了一套具有特色的专用监测仪表。在每一只可控硅上均装有两个温度检测点，并且在每一台谐振电容器及各感应线圈上也装有相同的温度检测点。这就使该套系统的每一个水冷却部分均受到实时监控，决不会因为某点的水温过高而造成元器件的损坏。

3.5.7  先进的相序自识别功能

控制系统中含有相序自识别电路，使系统中无须安装同步变压器，免去了调试维修中调相序、对同步的工作。

3.5.8  丰富的外控接口

 设备含有内/外转换、自动/手动转换开关和它们的接口，可方便的实现远程自动控制。并设有温度外环的控制接口，与红外测温仪和温度自动控制系统相结合，可方便的实现程序设定温升对电源输出功率的自动调节，使钢管的Z终加热温度达到预期温度。

3.5.9光隔离脉冲输出

    在控制系统中，触发脉冲从控制板到可控硅的控制极之间具有双重隔离措施。在控制板上采用了2500V以上耐压的光隔离器件对触发脉冲进行光电隔离，在脉冲变压器上采用了3000V以上耐压等级的变压器组件。即使可控硅过压击穿，也不会对控制系统产生任何影响o

3.5.10  调试维修简单方便

     控制板中大多数参数的设定都由控制板的内部电路自动完成，用户调整的仅有六只电位器的参数设定。所以该控制板具有极强的通用性和互换性，而且调试维修极为简单方便。

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

为了减小大电流回路的损耗，补偿电容器组安装在地下室尽量靠近电炉的位置。电容器全部采用新型大容量无毒介质水冷中频电容器，具有单台容量大，介质损耗低，占地面积小等优点。在每台电容器上都安装了数字式温度监测元件，通过我公司研制的专用温度检测仪表检测电容器的工作温度，当温度超过时产生报警信号，使中频电源自动停机。

为了减小中频输电线路上的损耗，逆变器的补偿电容器接成了串并联倍压形式，这种接法可以使电炉上的电压比逆变器输出电压提高一倍。这样，在相同的输出功率下输出电流变成原来的50％，从而使中频输电线路上的损耗减小为原来的l／4。电容器组全部采用大截面水冷铜排，使铜排的工作温度不超过45℃，以减低并联谐振电路的传输损耗。

三、中频电炉部分

    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。

1、炉体

炉体由感应线圈，磁轭，炉架，倾动油缸等组成。

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。

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。

易损件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。

1.3、炉架

炉架分活动和固定二部分。

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。

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。

1.4、炉盖

活动炉架上面安装有炉盖。炉盖的操作为手动方式。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。

1、 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。

2、 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。

4、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。

四、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，炉衬推出油缸提供动力。

倾炉操作台用于控制炉体的倾动，回落，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。

五、冷却水系统

冷却水系统为水-水冷却系统或闭式冷却塔。

1、概述

该系统采用水—水冷却方式，冷却电源及电容柜的内循环水为软水，外循环冷却水（即副水）为工业用水。外循环水通过热交换器带走内循环水的热量。

该装置在运行中不仅能稳定输出一定温度、压力、流量的水质，保证了负载主机安全可靠运行，还能有效地杜绝水道电腐蚀、结垢及堵塞等事故发生，从而给主机长期正常运行提供可靠的质量保证。

2、 结构原理

2.1、本装置主要由热交换器、泵组、高位膨胀水箱、管道和电气控制等部分组成。其换热机理是内循环软水从电源及电容柜吸热后，经工作水泵加压，通过自动换向阀F2进入热交换器中，内循环软水的热量以间壁传热方式传给外循环副水而被冷却，被冷却后的内循环软水再对电源及电容柜进行冷却，吸收热量后，与高位膨胀水箱的补充水汇合，重新进入水泵加压，形成周而复始的循环回路。从换热器吸热后的外循环副水，由管道输出，进入冷却塔，进行冷却，回到水池，结构原理如图13所示。

2.2、软水循环系统的动力采用两泵组合设计，并能互为工作和作为备用。

2.3、换热器为波纹平板式，采用两台并联安装，该换热器具有体积小、热交换容量大、效率高等优点。

2.4、高位膨胀水箱安放位置应高于电源及电容柜一米，用来补充内循环软水，补充水可为自来水，一次补充量约为0.01立方米。

2.5、循环系统的主要关键件采用不锈钢材料制造，电气控制设动力自动切换，数值显示和相应的声光报警系统。

2.6、本产品具有结构合理、维修方便、运行稳定、换热效率高、低噪音、不泄漏和可靠的电气控制、数字显示和声光指示、报警等功能。

3、水冷却装置的选型

采用无锡方舟《纯水冷却装置》，选用纯水冷却装置的型号为LSS—150数量1台。

六、筑炉工具

a、炉底筑炉工具：

炉底筑炉工具采用气动方式，通过震动使炉底更加密实，可以延长炉底的使用寿命。

b、炉壁筑炉工具：

此工具适合于干式筑炉，将其用吊具吊在炉体坩埚模内部，通过震动使炉衬材料更加密实，可以有效的提高炉衬的使用寿命。衬打结完毕后，其炉衬、云母垫层、线圈耐火胶泥、线圈之间的关系如下图所示。

七、安装及基础图

设备的安装及基础图如附图所示。

八、技术资料和图纸

    设备出厂时提供下列技术资料。

 1、机械部分

包括电炉外型图，平面布置图，土建要求，平台和冷却系统资料，易损件图。设备安装和调试指导书，电炉的使用维护说明书。液压原理图，液压系统使用说明书。水系统使用说明书。炉衬打结工艺说明书。

2、电气部分

    包括主电路电气原理图，外部接线图，电器元件表。中频电源使用维护说书，控制系统故障检查排除指导说明书。

九、设备的预验收和培训

在全部设备制造完毕后，邀请买方有关技术人员到设备的制造工厂，参加对设备的预验收和培训。

1、预验收内容：

（1）  一般检验

（2）  安全检验

（3） 炉体装配尺寸检测

    (4)  感应圈制造质量检查及绝缘耐压试验

    (5)  感应圈与炉壳的电气间隙测量

    (6)  感应圈与炉壳的绝缘电阻测量 

    (7)  感应圈与磁轭间绝缘电阻测量

    (8)  中频炉绝缘耐压测试

    (9)  液压系统的压力试验

    (10)  倾炉传动机构的倾炉操作试验

    (11)  感应线圈的水压试验

    (12)  电气连锁及漏炉报警装置的检验

    (13)  电气故障显示、监测、报警等各种保护功能的检验

    (14)  配套件检查，包括型号、规格、出厂合格证检查

    (15)  供货范围、出厂技术文件完整性的检查

2．培训

    卖方对用户做以下内容的技术培训工作：

    (1)  设备的安装培训

    (2)  电气控制设计原理的培训(包括：电气设计中的保护、监测、故障

  显示等)

    (3)  设备的维修及日常保养工作的培训

    (4)  设备常见故障及特殊故障的排除的培训

3. 所有预验收的项目及测试数据，均应有双方人员在场参加并签字，同时供给用户存档。

4．只有对验收工作全部完成并且双方同意签字后，卖方才能将设备包装发货  

十、  安装、调试及Z终验收

1．  设备现场安装完毕后，在进行现场的水压试验确定无漏水、供电系统都能够正常供电时，进行设备的现场调试。

2．  卖方专家在现场对用户设备操作维修人员进行设备的操作和维修的培训。

3．设备的Z终验收工作应在用户现场，验收的项目包括：

    (1)  所有出厂检验项目和全面的安全检查；

    (2)  感应炉功率的测量，生产率的测量；

    (3)  感应炉电耗和熔化率的测量

    (4)  冷却介质温升的测量；

    (5)  炉子构件温度的测量；

    (6)   报警系统的可靠性及灵敏度检查；

    (7)  根据技术要求中所提条款的验证；

    所有项目检查测试完成以后，写出Z终验收报告书，双方认可签字后生

    效。

十一、产品质量控制措施

我公司在质量控制方面严格按照ISO9001质量标准，建立了一套完整的质量体系文件。公司于2001年1月18日通过了ISO9001质量认证。

1、原材料和外配件在选型时，我公司建立了完整的合格分供方，保证了原材料和外配件的质量。

2、在生产过程中，每个零部件都有质量责任跟踪卡，载明每个加工步骤的责任人和Z后的检查人员。对于关键的零部件如感应器，磁轭等都有专门的工艺守则，确保上道不合格另部件决不流入下道工序。

3、产品出厂前要进行出厂检验。内容包括外观检查，机械尺寸检查，感应线圈的绝缘检查，耐压试验和水压试验。电炉的倾炉动作检查，炉盖升降旋转查。

液压系统的检查和中频电源各参数试验。所有检查合格后由检查员填写产品合

格证书，并将各种试验数据记录存档，保证产品质量有可追溯性。

十二、产品质量保证书

1、本电炉设备是用全新的，与设备技术规格说明书相适应的优质材料制造的，所有实质性方面与设备技术规格说明书规定的相符。

2、设备的主要外配件都有原生产厂出具的产品合格证书。

3、本电炉设备自Z终验收合格之日起12个月为保修期。在保修期内，设备因制造不良或外配件质量不好而引起故障时，免费为买方修复或更换相应的零部件。

4、提供24小时响应服务。自接到用户服务要求后国内24小时之内派人前往，国外要考虑办理出国手续的时间，根据政府办事效率而定。    

5、确保零部件生产的稳定性，长期以优惠价(低于同期市场价)向用户提供备品备件。

十三、熔炼炉设备配置：

★ 3吨钢壳(1500KW）熔炼炉设备配置：

1、KGPS-1500/0.5中频电源柜               二套      

2、补偿用电热电容器柜                      二套           

3、GWJ3.0-1500/0.5钢壳磁轭屏蔽炉体        三套

4、液压倾炉系统(双电双泵)                 一套

5、漏炉报警装置                           三套           

    6、炉衬快速顶出装置                       一套           

    7、水冷电缆                               三套            

8、坩埚模                                 三只            

9、电容柜到电源柜间连接铜排               二套                      

10、水分配器                              三套    

11、液压操作台                            一台

12、整流变压器（可选）                    一台

13、电源纯水交换器（双机双泵）（可选）     一台

14、耐火材料（可选）                      成套