中頻電爐應急水系統(tǒng)的改進

文／朱舸，程志旗，高波·中國重汽濟南鑄鍛中心鍛造一部

中頻電爐應急水系統(tǒng)的改進

文／朱舸，程志旗，高波·中國重汽濟南鑄鍛中心鍛造一部

中頻感應加熱爐由于具有加熱速度快、生產(chǎn)效率高、節(jié)省材料、工作環(huán)境優(yōu)越、加熱均勻、芯表溫差小、溫控精度高和節(jié)能環(huán)保等明顯優(yōu)勢，已廣泛應用于鍛造行業(yè)。鍛造生產(chǎn)中，為提高金屬塑性、降低變形抗力，金屬坯料一般需加熱，使金屬易于流動并獲得良好的鍛后組織。鍛前加熱是鍛造生產(chǎn)中一個重要的環(huán)節(jié)，同時也是影響鍛造生產(chǎn)效率、保證鍛件質(zhì)量及節(jié)約能源消耗的重要環(huán)節(jié)。對棒料采用中頻感應加熱方式具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，中頻感應加熱方式與燃氣、燃油、煤炭的加熱方式相比具有節(jié)能、環(huán)保、加熱質(zhì)量高和易于控溫等優(yōu)點。對于鍛造前需進行棒料局部加熱的產(chǎn)品，采用中頻感應加熱方式無疑是最佳方案，具有更突出的優(yōu)越性。

感應電加熱是指感應器通過交變電流產(chǎn)生的交變磁場使金屬坯料內(nèi)部產(chǎn)生交變渦流，渦流發(fā)熱和磁化發(fā)熱將金屬坯料加熱。由于中頻感應加熱的原理為電磁感應，其熱量在工件自身產(chǎn)生，中頻電爐運行10min即可進行鍛造任務的連續(xù)工作，不需燒爐工人提前進行燒爐和封爐工作；不必擔心由于停電或設備故障導致的已加熱坯料浪費的現(xiàn)象。

應急水系統(tǒng)對中頻電爐的重要性

中頻感應加熱爐對循環(huán)水冷卻系統(tǒng)要求很高，在電爐加熱過程中不能出現(xiàn)冷卻水中斷的情況。甚至在停止加熱后，也需要水冷0.5h以上，保證有充裕時間排出爐內(nèi)高溫坯料，循環(huán)水冷系統(tǒng)直接關系到中頻感應加熱爐的安全。

中頻電源內(nèi)部的冷卻管路又多又細，溫度相對不高，而感應爐和中頻電容器部分的冷卻管路相對較粗，但溫度較高，因此對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)、水溫、壓力、流量都要求很高。

⑴水質(zhì)要求。中頻感應加熱爐用循環(huán)水應透明、不渾濁、無沉淀，水質(zhì)應符合以下要求：①酸堿度PH值在6～9范圍內(nèi)；②硬度不大于10度；③總固體含量不超過250mg/L；④電導率不大于600μS/cm。因此，采用軟化水作為循環(huán)水系統(tǒng)的工作介質(zhì)是較為合適的。

⑵進水、回水壓力要求。進水壓力為0.2～ 0.3MPa；回水壓力不大于0.05MPa。

⑶水溫的要求。進水溫度為5～35℃。在實際生產(chǎn)中，應適當調(diào)節(jié)進水溫度。例如在夏季濕度較大時，為防止水冷元件表面結(jié)露，應將進水溫度設置在20℃以上并加強通風。

在生產(chǎn)中，一旦循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)故障，由于循環(huán)水停供，爐膛中存在的1200℃左右的熱料，會使爐膛溫度急劇升高，造成爐膛的燒毀，直接造成爐膛的報廢。因此，中頻電爐必須配備應急水系統(tǒng)。

改進前的實際使用情況

同行業(yè)采用的應急水方案一般為手動高位水箱形式和手動自來水形式。采用這兩種方案，當出現(xiàn)電爐循環(huán)水系統(tǒng)故障時，其應急水系統(tǒng)往往由于手動閥門長期不使用而造成無法迅速開啟，導致應急水系統(tǒng)無法發(fā)揮作用。因此，手動高位水箱形式和手動自來水形式的電爐應急水方案是不可靠的。

改進前我公司設計院設計實施的電爐應急水方案為手動自來水方式的應急水系統(tǒng)。即當電爐循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，手動開啟應急水的進水、回水閥門，將自來水放入電爐循環(huán)水管路。

有一次變電所短路，造成16t電液錘生產(chǎn)線循環(huán)水系統(tǒng)失電停止運行，車間工作人員按照電爐應急操作規(guī)程立即打開中頻電爐應急用水進水、回水閥門，關閉軟化水進水、回水閥門。但發(fā)現(xiàn)回水管路的水表顯示沒有水流，于是打開回水管預留旁路就地放水，有大量水涌出，但是溫度不高，判斷是軟化水回水管道內(nèi)殘留的軟化水。當打開燙手的兩節(jié)爐膛回水膠管的接頭后，立即有大量蒸汽噴出，再將膠管接好水溫明顯下降了，回水處也有較大水流了，且是溫水。在該過程中，爐膛內(nèi)開始有多處冒出蒸汽、漏水，初步分析由于爐膛軟化水沒有流量后迅速升溫形成的大量高壓水蒸氣阻礙了應急水的投入。本次事故造成八節(jié)電爐爐膛報廢，直接經(jīng)濟損失16萬元，并導致停產(chǎn)一周。圖1所示為改造前的應急水系統(tǒng)采用的手動閥。

圖1 改造前的應急水系統(tǒng)采用的手動閥

應急水系統(tǒng)的改進方案及其實施

為防止類似事故的再次發(fā)生，我們提出了應急水自動投入的方案，常備應急電源、常閉電磁閥控制應急進水、直排回水。這樣在循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)問題的時候，應急水可以立即投入且低位直排回水，確保電爐系統(tǒng)的安全。應急水的自動投入系統(tǒng)，極大的提高了電爐的安全性，確保電爐不因循環(huán)水系統(tǒng)的故障被燒損，確保車間的生產(chǎn)正常進行。改進后的應急水系統(tǒng)運行方式如下：⑴在循環(huán)水主供水管路上使用電接點式壓力表采集壓力信號，觸發(fā)值設定在0.25MPa；⑵當壓力表發(fā)出信號后，自動打開應急水的進水、回水電磁閥，實現(xiàn)自來水的自動投入；⑶采用不間斷電源為應急水系統(tǒng)供電；⑷保證電爐應急水系統(tǒng)在30s內(nèi)自動投入，保護電爐不受損壞，避免燒毀爐膛的嚴重后果。圖2所示為改進后的應急水系統(tǒng)。

圖2 改進后的應急水系統(tǒng)

實際的應用效果

目前，我公司鍛造一部的兩條16t電液錘生產(chǎn)線，配備了2臺3000kW中頻電爐，共有16節(jié)爐膛，若沒有可靠的應急水系統(tǒng)的話，一旦出現(xiàn)一次循環(huán)水故障，直接損失將超過32萬元。

應急水的自動投入系統(tǒng)，極大地提高了電爐的安全性，確保電爐不因循環(huán)水系統(tǒng)的原因被燒損，確保車間的生產(chǎn)正常進行。據(jù)統(tǒng)計，在應急水系統(tǒng)改造后一年的生產(chǎn)期間，出現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)故障4次，由于改造后的應急水系統(tǒng)發(fā)揮了有效的作用，避免直接損失100多萬元，經(jīng)濟效益明顯。

結(jié)束語

循環(huán)冷卻水是中頻感應加熱爐的生命線，工作期間一旦失水，電爐必然會在極短的時間內(nèi)燒毀報廢，經(jīng)濟損失巨大。我們針對原有不可靠的應急水方案，結(jié)合企業(yè)自身的特點，改進了電爐的應急水系統(tǒng)。使用情況表明，改進后的應急水系統(tǒng)適用于我們企業(yè)的實際情況，為企業(yè)的生產(chǎn)提供了保障。