宇電顯示儀表工頻感應(yīng)電爐上的工程案例

摘要：工頻有鐵心感應(yīng)電爐是熔鑄行業(yè)廣泛使用的重要設(shè)備，感應(yīng)體作為電爐的關(guān)鍵部件，也是薄弱的環(huán)節(jié)，其運(yùn)行狀況決定了電爐的安全性和可靠性。本文是通過(guò)長(zhǎng)期工作實(shí)踐并結(jié)合剖析此類(lèi)電爐工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用情況的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)廣泛市場(chǎng)調(diào)研，推介采用宇電AI多路巡檢顯示儀，以溫差量來(lái)監(jiān)測(cè)工頻有鐵心感應(yīng)電爐運(yùn)行狀況。

Abstract: Power frequency iron cored induction furnace is an important equipment widely used in the casting industry. The inductor is the key component of the furnace and the weakest point. Its operation status determines the safety and reliability of the furnace. This article is based on long-standing working practice combined with analysis of the working principle, structural characteristics and use of such furnace. Through extensive market research, it is recommended to apply Yudian AI multi-channel inspection display instrument to monitor the operation of power frequency iron cored induction furnace by temperature difference.

關(guān)鍵詞：感應(yīng)體、熔溝內(nèi)周耐火層、冷卻保護(hù)水套、溫差控制、AI-704M多路巡檢顯示儀、熱交換—循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。

Key words: inductor, inner refractory layer of molten channel, cooling water jacket, temperature difference control, AI-704M multi-channel inspection display instrument, heat exchange-circulating water cooling system

0 引言

在熔鑄行業(yè)廣泛使用的工頻有鐵心感應(yīng)電爐也稱(chēng)工頻熔溝式感應(yīng)電爐，它的工作原理與變壓器相似，只是它的次級(jí)僅有一匝且處于熔化狀態(tài)的熔溝，見(jiàn)示意圖（一）。

1.感應(yīng)體 1.1熔溝 1.2內(nèi)周耐火層

1.3冷卻保護(hù)水套 1.4線圈（一次級(jí)）1.5鐵心 2.爐膛

圖（一）工頻有鐵心感應(yīng)電爐示意圖

電爐的關(guān)鍵部件是感應(yīng)體，它是電爐的發(fā)熱體，它決定了電爐的性能和可靠性。根據(jù)電爐的用途、牌號(hào)、容量、熔化率和生產(chǎn)形式等要求不同，感應(yīng)體具有如下特點(diǎn)：（1）需要連續(xù)幾個(gè)月到一年左右不間斷地工作；（2）由于熔溝的結(jié)構(gòu)，決定了它的功率范圍在幾十千瓦至一千多千瓦；（3）由于它是安裝在電爐的底部位置，工作時(shí)候要承重近百公斤至十多噸的金屬液；（4）由于它類(lèi)似變壓器的工作原理，工作時(shí)液態(tài)熔溝要承受電磁壓縮力和電動(dòng)攪拌力；（5）由于工作時(shí)熔體熱交換的需要，熔溝溫度要高出爐膛熔煉（或者保溫）溫度幾十度至二百多度;（6）為了兼顧工作可靠性與工作效率的關(guān)系，只能使熔溝內(nèi)周耐火層厚度大約只為四厘米至十厘米之間。由此可見(jiàn)，處于熔溝內(nèi)周耐火層是整個(gè)電爐薄弱的環(huán)節(jié)。鑒于這些實(shí)際情況，為了確保電爐安全、可靠地運(yùn)行，需要有監(jiān)測(cè)感應(yīng)體實(shí)時(shí)狀態(tài)的裝置，對(duì)于大容量電爐更是必須設(shè)置；雖然，目前已有幾種監(jiān)測(cè)感應(yīng)體運(yùn)行狀態(tài)的方法和措施，例如：用較多個(gè)熱電偶檢測(cè)感應(yīng)體多個(gè)位置耐火層中的溫度；用金屬網(wǎng)式電極布置在熔溝內(nèi)周耐火層內(nèi)，以電路形式檢測(cè)熔溝內(nèi)周耐火層中金屬液的滲透情況；用感應(yīng)體的多個(gè)電氣參數(shù)編繪運(yùn)行圖，通過(guò)運(yùn)行圖反映熔溝周?chē)�耐火層的磨損狀況等。由于上述方法、器件和措施在實(shí)際工作中都有各自的局限性和不足之處，因而影響和限制了它們的廣泛運(yùn)用。

1 應(yīng)用原理

筆者在長(zhǎng)期工作實(shí)踐中，通過(guò)進(jìn)一步剖析感應(yīng)體工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用情況的基礎(chǔ)上，另辟蹊徑，依據(jù)電力系統(tǒng)差動(dòng)控制保護(hù)的原理，在反復(fù)綜合廣泛市場(chǎng)調(diào)研現(xiàn)有檢測(cè)控制器件的實(shí)際情況下，選用了廈門(mén)宇電自動(dòng)化科技有限公司的具有溫度差控制性能的AI-704M多路巡檢顯示儀，采用這種在市場(chǎng)上比較難以尋找到的、具有運(yùn)算功能的多路巡檢顯示儀可以使它成為一種實(shí)用、新穎的監(jiān)測(cè)工頻有鐵心感應(yīng)電爐運(yùn)行狀況的器件。因?yàn)樵诩骖櫣ぷ骺煽啃耘c工作效率的情況下，不同功率的感應(yīng)體其熔溝內(nèi)周耐火層徑向厚度只設(shè)置為約四厘米至十厘米之間，為了增強(qiáng)這個(gè)耐火層的可靠性還得在其內(nèi)周再緊貼安置了一個(gè)徑向厚度約為二厘米的非磁性金屬材料制成的、開(kāi)口環(huán)形套狀換熱器，也稱(chēng)為冷卻保護(hù)水套；這個(gè)冷卻保護(hù)水套為了防止水溫過(guò)高引起結(jié)污垢影響冷卻效果，其傳熱面冷卻水測(cè)壁溫不宜高于70℃，為此冷卻保護(hù)水套的進(jìn)水溫度和流量要使出水溫度通�？刂圃�55℃左右。由冷卻保護(hù)水套與循環(huán)冷卻水裝置組成了一個(gè)熱交換—循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。在冷卻保護(hù)水套的進(jìn)水端和出水端分別設(shè)置測(cè)量冷卻水溫度的熱電阻WZ1和WZ2，把WZ1、WZ2檢測(cè)到的對(duì)應(yīng)溫度信號(hào)T1、T2接入到AI-704M多路巡檢顯示儀輸入端，見(jiàn)示意圖（二）。

1.冷卻保護(hù)水套 2.循環(huán)冷卻水裝置 3.AI-704M多路巡檢顯示儀

4.1進(jìn)水測(cè)溫?zé)犭娮鑇Z1 4.2 出水測(cè)溫?zé)犭娮鑇Z2

圖（二）用AI-704M多路巡檢顯示儀監(jiān)測(cè)工頻有鐵心電爐示意圖

其中，由循環(huán)冷卻水裝置輸入給冷卻保護(hù)水套的熱量為Q1、由熔溝通過(guò)其內(nèi)周耐火材層遞給冷卻保護(hù)水套水中的熱量為Q3、由冷卻保護(hù)水套輸出端回輸給循環(huán)冷卻水裝置的熱量為Q2,以溫度T1、T2、T3分別對(duì)應(yīng)表示熱量Q1、Q2、Q3；得Q1+Q3=Q2、或Q2-Q1=Q3，即T1+T3=T2或T2-T1=T3；在正常工作情況下，T3是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，這樣冷卻保護(hù)水套的出水端與進(jìn)水端的溫度差ΔT=T2-T1=T3也是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，以ΔT表示T3。正常運(yùn)行中即使冷卻保護(hù)水套的進(jìn)水溫度T1受到外界條件（例如環(huán)境溫度）影響發(fā)生變化，由于T3相對(duì)穩(wěn)定，出水溫度T2也跟隨T1作相應(yīng)變化，溫度差ΔT還是處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，這樣提高了整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)保護(hù)的抗干擾能力，也是一般單端測(cè)溫方法和裝置無(wú)法達(dá)到的性能。當(dāng)熔溝內(nèi)周耐火層有所損傷，導(dǎo)致熔溝金屬熔體開(kāi)始初步滲入到耐火層內(nèi)的時(shí)候，T3必定升高，即溫度差ΔT也相對(duì)升高，當(dāng)升高到預(yù)置值ΔT’時(shí)AI-704M多路巡檢顯示儀輸出預(yù)警報(bào)警信號(hào)；當(dāng)損傷情況進(jìn)一步惡化，則會(huì)使T3進(jìn)一步升高，即溫度差ΔT也進(jìn)一步升高，當(dāng)ΔT繼續(xù)升高到預(yù)置值ΔT’’時(shí)，AI-704M多路巡檢顯示儀輸出停爐跳閘故障信號(hào)，此時(shí)必須使電爐停止工作，現(xiàn)場(chǎng)采取對(duì)應(yīng)措施，確保電爐安全，防止事故擴(kuò)大。接線原理圖見(jiàn)圖（三）。

圖（三）接線原理圖

2結(jié)束語(yǔ)

采用本具有溫差控制方法和AI-704M多路巡檢顯示儀除了能可靠、方便、簡(jiǎn)單地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工頻有鐵心感應(yīng)電爐的運(yùn)行狀況，確保電爐安全地運(yùn)行之外，還具有能不需要改變已有電爐結(jié)構(gòu)和筑爐施工方式，便于舊電爐設(shè)備改進(jìn)，不會(huì)因?yàn)樵O(shè)置檢測(cè)反而引入額外不足等優(yōu)點(diǎn)；另外特有的差動(dòng)運(yùn)算控制功能還可以運(yùn)用到其他單端控制器件無(wú)法勝任的多個(gè)場(chǎng)合。為此把廈門(mén)宇電自動(dòng)化科技有限公司AI-704M多路巡檢顯示儀產(chǎn)品推薦給鑄造行業(yè)的同行們使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]  GB 50056-93   電熱設(shè)備電力設(shè)計(jì)規(guī)范   P.13

[2]  GB 50050-2007 工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范   P.8

[3]  重有色金屬處理加工手冊(cè)  第2分冊(cè)   P.60

[4]  電氣工程師手冊(cè)   P.20-67

[5]  電機(jī)工程手冊(cè)  第6卷工業(yè)電氣設(shè)備   P.34-93

作者簡(jiǎn)介：諸琢玉，高級(jí)工程師，主要從事電爐電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。