真空感应炉部件过热和真空放电现象

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1、物 理 侧 试 年 第 期真 空 感 应 炉 部 件 过 热 和 真 空 放 电 现 象刘 富 平 黄 世 贤 王 梅 苏 惠 勒冶 金 工 业 部 钥 铁 研 究 总 院 北 京摘 要 真 空 感 应 炉 在 使 用 过 程 中 经 常 发 生 部 件 过 热 和 发 生 放 电 现 象 , 严 重 时 会 烧 坏 部 件 , 导 致 设 备不 能 正 常 运 行 , 本 文 主 要 介 绍 了 部 件 过 热 的 原 因 , 真 空 放 电 现 象 , 并 提 出 了 一 些 改 进 措 施关 趁 询 真 空 , 部 件 过 热 , 放 电哪 眼 呱 沁卜 亡 皿 琳 访 。 皿 运 鱿

2、呱运 业 运 , 毗 , 叮 以 件 访 外 , , 哪 证 已 爪 仇 肠”钾前 盲部 件 过 热 和 真 空 放 电 这 两 个 问 题 一 直 困 扰 着 真 空 感 应 炉 的 制 造 和 使 用 。 过 去 国 内 制 造 的几 台 大 型 容 最 超 过 真 空 感 应 沪 , 由 于 真 空 放 电 严 重 , 不 能 投 人 使 用 , 制 造 厂 经 过 几 番修 改 都 没 得 到 解 决 , 中 小 型 以 下 真 空 感 应 炉 , 由 于 部 件 过 热 和 放 电 , 使 用 过 程 中 要 不断 地 加 以 修 改 , 方 能 以 此 来 维 持 使 用 。部 件

3、 过 热部 件 过 热 可 归 纳 为 下 面 三 种 类 型电 阻 热 电 流 流 经 导 体 产 生 的 电 阻 热 , 使 导 体 发 热 。电 流 流 过 导 电 部 件 产 生 电 阻 热 , 导 电 部 件 包 括 铜 排 、 电 缆 、 变 压 器 、 感 应 器 及 联 结 部 件 联结 法 兰 盘 、 螺 栓 等 。 电 流 流 过 导 体 产 生 电 阻 热 是 正 常 现 象 , 而 联 结 部 位 接 触 不 紧 实 , 加 大 了 电阻 热 的 产 生 , 属 不 正 常 现 象 这 种 现 象 能 够 产 生 恶 性 循 环 , 使 部 件 过 热 烧 损 。 维

4、持 导 电 部 件 正 常工 作 , 规 定 其 升 温 不 得 超 过 一 个 标 准 温 度 。 标 准 温 度 是 根 据 其 长 期 使 用 不 影 响 正 常 工 作 制 订的 。解 决 部 件 过 热 的 关 键 是 材 料 的 选 择 , 结 构 设 计 的 合 理 和 参 数 的 选 择无 水 冷 铜 排 根 据 频 率 选 择 铜 板 的 厚 度 , 一 般 厚 度 选 择 , 主 要 是 电 流 密 度 允 许 值 的 选 择 实践 证 明 按 电 流 密 度 “ 设 计 的 铜 排 , 夏 天 工 作 也 不 会 出 现 过 热 现 象 , 铜 排 的 联 结 部 位 ,

5、螺 钉 联 结 , 轧 制 铜 板 表 面 光 滑 平 整 , 电 流 密 度 ,联 结 部 位 不 过 热 。 铜 排 滑 动 压 紧 联结 , 电 流 密 度 忿 , 联 结 部 位 不 发 生 过 热 , 我 们 的 换 频 装 置 , 滑 动 压 紧 联 结 部 位 , 电 流密 度 , 也 未 发 生 过 热 现 象 , 因 此 参 数 的 合 理 选 择 是 防 止 部 件 过 热 的 重 要 条 件 。有 水 冷 的 电 缆 , 变 压 器 绕 组 铜 管 及 感 应 器 铜 管 等 , 电 流 密 度 , 即 使 使 用 碱 度 较大 的 水 , 也 很 少 发 现 水 碱 实

6、 践 证 明 出 水 温 度 超 过 使 用 碱 度 较 大 的 水 就 集 结 水 碱 。 真 空 感应 炉 , 感 应 器 , 炉 壳 等 因 出 水 温 度 高 而 富 集 水 碱 例 子 是 很 多 的 如 果 导 电 部 件 由 于 尺 寸 限 制 , 电收 到 稿 件 日 期 , 年 月 日年 第 期 物 理 侧 试流 密 度 必 须 选 大 的 时 , 冷 却 水 就 必 须 采 用 软 化 水 , 如 逆 变 电 源 整 流 管 和 逆 变 管 的 水 冷只 要 条 件 允 许 , 由 电 容 器 柜 到 感 应 器 铜 排 , 电 缆 越 短 损 耗 越 小 , 这 是 感

7、应 炉 的 设 计 常 规感 应 热 中 频 , 工 频 电 流 流 经 导 体 , 导 体 周 围 产 生 交 变 滋 场 , 真 空 感 应 炉 在 工 作 过 程 中由 于 交 变 磁 场 的 作 用 , 周 围 部 件 产 生 感 应 电 流 , 电 流 流 经 部 件 产 生 感 应 热 。 结 构 设 计 要 求 漏 磁尽 量 小 , 漏 磁 场 内 部 件 用 绝 缘 材 料 制 造 或 用 非 导 磁 性 材 料 制 造 , 或 部 件 远 离 导 体 。 如 果 认 为 用非 导 磁 性 材 料 制 造 的 部 件 在 漏 磁 场 内 不 会 发 热 是 不 对 的 , 只

8、是 发 热 的 程 度 比 铁 磁 性 材 料 小 些 。因 此 这 类 部 件 必 须 选 择 采 用 非 磁 性 材 料 和 无 磁 性 奥 氏 体 不 锈 钢 材 料 制 造 , 以 减 轻 它 的 电 阻 热和 感 应 热 的 产 生 。 电 阻 热 的 产 生 和 感 应 热 的 产 生 即 与 部 件 的 材 料 有 关 , 又 与 其 周 围 的 磁 场 的 强弱 有 关 。熔 钢 导 出 热 增 塌 中 被 熔 钢 料 , 对 部 件 造 成 的 过 热 , 包 括 传 导 热 , 对 流 热 及 辐 射 热 。 随着 温 度 的 升 高 , 这 种 过 热 现 象 有 所 增

9、 加 。 对 部 件 产 生 一 定 的 影 响 , 真 空 下 , 钢 液 热 量 以 传 导 方 式经 塔 祸 到 感 应 器 被 水 带 走 。 随 着 容 量 的 增 加 , 增 塌 直 径 的 加 大 , 其 钢 液 导 出 的 热 量 的 增 加 是 必然 的 。以 辐 射 热 方 式 影 响 部 件 过 热 主 要 是 增 涡 上 方 的 部 件 一 主 加 料 系 统 。以 对 流 方 式 影 响 部 件 过 热 , 主 要 是 与 炉 内 的 气 氛 有 关 , 这 部 分 热 量 被 炉 水 冷 带 走 , 但 仍 然对 炉 内 部 件 产 生 一 定 的 过 热 影 响

10、。由 于 受 电 阻 热 , 感 应 热 , 熔 钢 导 出 热 的 影 响 , 一 些 部 件 会 发 生 不 同 程 度 的 过 热 现 象 , 只 要 温度 不 超 过 材 料 的 使 用 温 度 , 就 不 会 影 响 设 备 的 正 常 运 行真 空 放 电由 于 真 空 放 电 问 题 , 一 直 限 制 了 真 空 感 应 炉 中 频 供 电 电 压 的 提 高 , 大 型 真 空 感 应 炉 供 电 电压 的 提 高 , 主 要 是 由 电 效 率 供 电 系 统 结 构 及 绝 缘 技 术 决 定 的 , 真 空 放 电 现 象 主 要 有 以 下 六 个 方面 的 原 因真

11、 空 下 , 气 压 状 态 的 影 响 , 当 剩 余 压 力 区 域 为 一 时 , 放 电 严 重 , 如 图 所 示 。, 以 上 , 。 以 下 不 放 电 , 在 。 时 放 电 最 为 强 烈 。口 只田放 电 强 度放 电 强 度 与 压 力 的 关 系真 空 下 , 放 电 电 压 、 放 电 区 域 如 图 所 示 。放 电 电 压 放 电 与 电 压 有 关 , 放 电 电 压 一 般 在 大 正以 上 , 经 验 证 明 , 裸 体 感 应 器 愉 人 中 频 电 压 大 正 , 多 年 使用 未 曾 发 生 起 辉 , 放 电 , 而 输 人 的 中 频 电 压 大

12、正 时 , 都 可能 造 成 起 辉 , 放 电 。 绝 缘 技 术 提 高 后 , 大 正 , 大 正 中 频供 电 都 能 正 常 工 作 。 因 此 , 大 型 真 空 感 应 电 炉 电 压 超 过 大 正时 , 炉 内 感 应 器 , 输 电 回 路 都 需 绝 缘 处 理 。炉 内 气 氛 的 影 响 真 空 感 应 炉 在 冶 炼 过 程 中 , 炉 壳 内 不 可避 免 地 有 蒸 发 金 属 粉 尘 的 出 现 及 彼 盖 , 这 些 粉 尘 虽 有 一 定 的 电 阻值 , 但 在 高 压 下 也 基 本 导 通 , 可 见 有 一 点 裸 露 , 或 者 粉 尘 渗 人

13、导 通对 地 都 可 能 发 生 起 辉 , 放 电 。 铝 金 属 的 蒸 发 粉 尘 放 电 较 为 严 重 , 一是 铝 是 一 种 很 好 的 导 电 介 质 , 二 是 在 间 距 小 , 压 差 大 的 局 部 起 辉卜训 自 自 自曰,几 咨斗,一四 蒸 发 气 氛 导 通 。 真 空 下 呈 闪 光 云 雾 状 , 越 烧 越 烈 , 导 致 放 电 爬 弧 , 烧 坏 部 件 。感 应 放 电 在 磁 场 或 漏 磁 场 中 , 两 金 属 部 件 , 即 靠 近 又 所 处 场 强 不 同 , 各 自 感 生 的 电 势物 理 侧 试 年 第 期囚钾泪带自 自甘每田智纂仑非

14、 放 电 区真 空 压 力 , 。图 真 空 放 电 区 域 图不 同 , 因 此 也 能 发 生 起 辉 , 放 电 。 而 两 个 部 件 仅 是 靠 近 能 够 起 辉 , 放 电 的 较 少 见 。钥 液 的 喷 溅 放 电 真 空 感 应 炉 在 冶 炼 过 程 中 , 常 常 会 发 生 钢 液 的 喷 溅 。 例 如 , 在 熔 料 过程 中 , 合 金 化 加 料 过 程 中 都 可 能 引 起 钢 液 的 喷 溅 这 种 喷 溅 引 发 的 真 空 放 电 现 象 与 中 频 供 电 电压 及 放 电 区 域 无 直 接 关 系 。供 电 方 式 的 影 响 中 频 发 电

15、机 组 真 空 感 应 炉 工 作 过 程 中 放 电 现 象 较 轻 , 而 可 控 硅 中 频真 空 感 应 炉 放 电 较 为 严 重 这 是 因 为 使 用 可 控 硅 静 止 变 频 电 源 时 , 经 常 出 现 高 次 谐 波 进 人 负 载回 路 , 使 感 应 器 对 炉 壳 对 地 电 压 增 高 , 从 而 引 起 放 电 。 因 此 必 须 在 电 源 输 出 端 增 添 中 频 隔 离变 压 器 , 截 断 高 次 谐 波 的 进 人 。 也 可 以 将 逆 变 器 前 的 滤 波 电 抗 器 做 成 双 线 圈 , 并 分 别 串 接 在 整流 器 的 输 出 端

16、正 负 两 电 路 中 , 使 感 应 器 对 炉 壳 的 电 压 均 衡 , 避 免 放 电 现 象 。中 频 真 空 感 应 炉 在 工 作 过 程 中 由 于 部 件 的 过 热 及 真 空 放 电 , 严 重 影 响 了 冶 炼 过 程 的 正 常进 行 。 联 结 部 件 的 过 热 , 在 整 个 结 构 中 是 比 较 突 出 的 , 如 感 应 器 的 联 结 法 兰 、 螺 栓 过 热 烧 损 就是 一 例 , 又 如 在 带 电 浇 注 过 程 中 由 于 放 电 现 象 而 导 致 过 流 掉 闸 致 使 钢 液 面 上 的 残 存 渣 子 流 人锭 膜 , 造 成 产 品 质 量 下 降 。综 上 所 述部 件 过 热 和 真 空 放 电 是 必 须 要 解 决 的 问 题 , 它 直 接 影 响 冶 炼 的 全 过 程 , 影 响 产 品 质 量 , 影响 设 备 的 正 常 运 行 。 解 决 部 件 过 热 及 真 空 放 电 其 关 键 问 题 结 构 设 计 合 理 , 选 择 合 适 的 供 电参