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如何解決中高頻感應(yīng)線(xiàn)圈常見(jiàn)的打火問(wèn)題?
什么是線(xiàn)圈打火,及其危害
這里的線(xiàn)圈是指的中頻感應(yīng)爐或者高頻感應(yīng)爐的感應(yīng)線(xiàn)圈,是由空心銅管按螺旋狀繞制而成。線(xiàn)圈打火發(fā)生在銅管的匝與匝之間或者銅管與磁軛之間,由于絕緣失效,在電壓的作用下形成短路放電,輕則可見(jiàn)噼噼啪啪的火花閃現(xiàn)(俗稱(chēng)打火),重則出現(xiàn)持續(xù)的電?。ㄋ追Q(chēng)拉?。?。
感應(yīng)線(xiàn)圈打火會(huì)給設(shè)備帶來(lái)諸多危害,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1 | 嚴(yán)重降低設(shè)備運(yùn)行效率,增加熔煉/加熱的電耗和時(shí)間 |
2 | 拉弧引起的大電流極易燒毀晶閘管及其他重要電源部件 |
3 | 拉弧引起設(shè)備故障或穿爐給操作工人帶來(lái)極大的安全隱患 |
4 | 增加設(shè)備故障率,提高運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本,降低企業(yè)生產(chǎn)效率,自己導(dǎo)致企業(yè)損失高額利潤(rùn) |
本文將在剩余部分詳細(xì)論述感應(yīng)線(xiàn)圈打火形成的原因及有效的預(yù)防機(jī)制,提供一套在眾多企業(yè)被驗(yàn)證為行之有效的絕緣處理方案。
感應(yīng)線(xiàn)圈
是由空心銅管按照一定的直徑和匝間距離按螺旋狀繞制而成。如下圖:
感應(yīng)線(xiàn)圈工作時(shí),交變的電流通過(guò)感應(yīng)線(xiàn)圈形成交變磁場(chǎng),根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,交變的磁力線(xiàn)切割線(xiàn)圈內(nèi)部的金屬,形成感應(yīng)電流。因?yàn)榻饘俦旧泶嬖陔娮璋l(fā)熱,,電流在金屬內(nèi)部流通過(guò)程產(chǎn)生熱量,從而將金屬加熱或者熔化。這就是感應(yīng)加熱和感應(yīng)熔化的基本原理。
感應(yīng)線(xiàn)圈工作時(shí)有以下幾個(gè)特征:
1. 線(xiàn)圈中有高電壓強(qiáng)電流通過(guò);
2. 線(xiàn)圈本身處于一個(gè)高溫的工作環(huán)境中;
3. 線(xiàn)圈與線(xiàn)圈之間必須保證良好的絕緣性能,一旦打火或者形成短路,電爐工作效率將大打折扣。
因?yàn)榫€(xiàn)圈本身是一個(gè)導(dǎo)體,感應(yīng)線(xiàn)圈的匝間不能形成任何通路,因此感應(yīng)線(xiàn)圈的絕緣非常重要,直接影響到感應(yīng)電爐的使用效率與工人操作環(huán)境的安全。然而,遺憾的是感應(yīng)線(xiàn)圈的絕緣在行業(yè)內(nèi)并沒(méi)有得到足夠的重視, 大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)僅僅是在線(xiàn)圈制作完成后再在表面噴上一層常規(guī)的絕緣漆作為絕緣手段,此類(lèi)絕緣漆大多是有機(jī)物質(zhì),在常溫下具有良好的絕緣能力,可是隨著溫度的升高,這類(lèi)絕緣漆的性能迅速惡化,其本身也被逐漸碳化,當(dāng)溫度超過(guò)100°C后,絕緣漆會(huì)徹底碳化發(fā)黑,完全失去絕緣能力。
造成感應(yīng)線(xiàn)圈表面絕緣破壞的主要原因是感應(yīng)電爐的工作環(huán)境大多較為惡劣,雖然有水冷系統(tǒng),也不能確保絕緣漆一直在處于較低的溫度環(huán)境下工作。這主要是由于以下幾個(gè)方面的原因引起的:
1. 通過(guò)線(xiàn)圈的感應(yīng)電流具有集膚效應(yīng),即電流主要集中在銅管的表面,感應(yīng)電流的頻率越高,表面電流密度越大。所以感應(yīng)線(xiàn)圈銅管的發(fā)熱集中在表面,與絕緣漆接觸的表面溫度遠(yuǎn)高于銅管內(nèi)與冷卻水接觸部位的溫度。即使在正常的循環(huán)水冷卻條件下,出水溫度控制在50-60℃,銅管表面的溫度也會(huì)超過(guò)80℃。
2. 爐內(nèi)鋼水的傳導(dǎo)熱量。新?tīng)t爐襯較厚,能有效防止?fàn)t內(nèi)鋼水的熱量傳導(dǎo)到線(xiàn)圈表面,但是后期隨著爐襯的快速侵蝕,到后期爐襯變薄,鋼水傳導(dǎo)至線(xiàn)圈表面的熱量遠(yuǎn)高于新?tīng)t襯。實(shí)際測(cè)量表面,在新?tīng)t襯時(shí)(爐襯厚度約15cm)線(xiàn)圈漿料層的溫度在80°上下,到爐襯后期(厚度約為5cm),線(xiàn)圈漿料層的溫度已經(jīng)上升至接近200℃,此時(shí)常規(guī)絕緣漆已經(jīng)完全碳化失效。
3. 冷卻水冷卻能力下降,這主要是由于水質(zhì)的影響造成的。高溫下冷卻水容易結(jié)垢,尤其在水質(zhì)較硬的北方及西部地區(qū),冷卻水結(jié)垢現(xiàn)象突出,堵塞銅管,水流水壓減小,冷卻能力明顯下降,溫度升高反過(guò)來(lái)又加速結(jié)垢。一旦這種情況發(fā)生,銅管表面的溫度會(huì)迅速升高,常規(guī)絕緣漆在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)被碳化破壞。
一旦線(xiàn)圈表面的絕緣漆破壞失去絕緣能力,此時(shí)極易導(dǎo)致線(xiàn)圈打火,主要因?yàn)椋?/p>
1. 水汽導(dǎo)致,尤其是新?tīng)t襯運(yùn)行時(shí),爐襯材料類(lèi)的水分突然受熱汽化,會(huì)透過(guò)線(xiàn)圈漿料的毛細(xì)孔滲出,遇到溫度相對(duì)較低的線(xiàn)圈立即凝結(jié)成水珠,水是導(dǎo)體,立即造成打火。
2. 銅管的跑冒滴漏。因?yàn)殂~管內(nèi)的循環(huán)水可能局部的滴漏造成。
3. 車(chē)間的金屬粉塵在線(xiàn)圈表面堆積,形成短路打火。
一旦打火現(xiàn)象發(fā)生,溫度迅速升高,首先會(huì)徹底破壞該部分原有的剩余絕緣涂層,加速打火, 直至形成拉弧,擊穿銅管,嚴(yán)重的生產(chǎn)事故和財(cái)產(chǎn)損失。
此外,電爐超負(fù)荷工作也是易于引起線(xiàn)圈打火的一種重要因素,因?yàn)槌^(guò)額定功率工作時(shí),通過(guò)線(xiàn)圈的電流電壓增加,線(xiàn)圈發(fā)熱量提高,此時(shí)絕緣層更容易受到高溫的破壞從而失去絕緣能力,在高電壓下打火則更易于發(fā)生。
下圖是幾張常見(jiàn)的線(xiàn)圈表面絕緣漆碳化和腐蝕的照片:
碳化后的絕緣漆附著在線(xiàn)圈銅材的基體上,很難清除,為此通常需要采用工具鑿打,從而損傷線(xiàn)圈,因此感應(yīng)爐線(xiàn)圈使用常規(guī)的絕緣漆,一旦其碳化后,修復(fù)工作量大,時(shí)間長(zhǎng),成本高,帶來(lái)間接如停產(chǎn)損失等巨大。
工業(yè)使用的感應(yīng)電爐工作環(huán)境通常比較惡劣,如金屬粉塵較多,附著在線(xiàn)圈上容易導(dǎo)致線(xiàn)圈發(fā)生短路打火等現(xiàn)象。此外,線(xiàn)圈還通常處于潮濕,或者酸堿性氣氛較濃的情況下工作,此時(shí),常規(guī)的絕緣漆因其防潮,以及抗酸堿的能力差,很容易被腐蝕變質(zhì)或脫落,從而失去絕緣能力。
碳化后的絕緣漆附著在線(xiàn)圈銅材的基體上,很難清除,為此通常需要采用工具鑿打,從而損傷線(xiàn)圈,因此感應(yīng)爐線(xiàn)圈使用常規(guī)的絕緣漆,一旦其碳化后,修復(fù)工作量大,時(shí)間長(zhǎng),成本高,帶來(lái)間接如停產(chǎn)損失等巨大。
一旦感應(yīng)線(xiàn)圈打火,電爐工作效率會(huì)明顯下降,且嚴(yán)重危害操作工人安全。若不及時(shí)加以修復(fù)和采取措施防止,將會(huì)嚴(yán)重?fù)p毀線(xiàn)圈及電源設(shè)備,
鑒于感應(yīng)線(xiàn)圈的絕緣如此重要,而目前市場(chǎng)上又沒(méi)有一款絕緣漆能夠有效保證感應(yīng)線(xiàn)圈在惡劣的工況下還有良好的絕緣性能,特別是在高溫有良好的耐溫性能。更益能源科技(上海)有限公司引進(jìn)創(chuàng)新了THERMAL S.C 系列耐高溫絕緣漆彌補(bǔ)了這一空白領(lǐng)域。
THERMAL S.C系列超高溫絕緣漆(簡(jiǎn)稱(chēng)TSC-L)是基于美國(guó)核電領(lǐng)域高溫絕緣配方研制的耐高溫絕緣漆,TSC-L 是專(zhuān)用于高溫絕緣環(huán)境下感應(yīng)線(xiàn)圈表層涂覆材料,本產(chǎn)品用無(wú)機(jī)—有機(jī)嫁接技術(shù),溶液分子改性螯合處理,全面發(fā)揮出無(wú)機(jī)和有機(jī)材質(zhì)的優(yōu)勢(shì),耐溫可以達(dá)到750℃,附著力好,涂層致密,電阻率高,介電常數(shù)好,不會(huì)產(chǎn)生電子滲流和隧道效應(yīng),硬度高,耐磨使用壽命長(zhǎng)。專(zhuān)用于中頻爐線(xiàn)圈能有效杜絕線(xiàn)圈打火,電流泄漏等現(xiàn)象。提高感應(yīng)電爐效率,降低電耗。
目前,THERMAL S.C-L超高溫絕緣漆已經(jīng)取得非常成功的應(yīng)用,尤其現(xiàn)在大型中頻爐朝著高電壓,窄匝間距的節(jié)能方向發(fā)展,線(xiàn)圈的絕緣變得越來(lái)越重要, TSC超高溫絕緣漆的出現(xiàn)滿(mǎn)足了這一發(fā)展趨勢(shì)對(duì)線(xiàn)圈表面絕緣提出的苛刻要求,其在中高頻感應(yīng)線(xiàn)圈上的優(yōu)異表現(xiàn)推動(dòng)了這個(gè)行業(yè)向著更高效,更安全,更節(jié)能的方向邁進(jìn)了一大步!