SMS中頻感應(yīng)電爐循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

■ 李毅波

掃碼了解更多

水是中頻感應(yīng)電爐“血液”，中頻感應(yīng)電爐的IGBT和整流管等大功率元器件必須在水冷條件下工作，電熱電容器需要通水冷卻。另外，爐體的感應(yīng)器線圈工作時(shí)的電流可達(dá)幾千安，自身電阻的發(fā)熱量，加熱的坯料溫度，決定了感應(yīng)器線圈也必須通水冷卻。

我公司生產(chǎn)車間位于山里，由于工業(yè)用水水質(zhì)比較硬，因此中頻感應(yīng)電爐循環(huán)水結(jié)垢是一個(gè)無(wú)法回避的問(wèn)題。我公司生產(chǎn)車間進(jìn)口的德國(guó)SMS（西馬克）中頻感應(yīng)電爐自調(diào)試運(yùn)行以來(lái)，歷經(jīng)多年數(shù)次改善，基本完善了循環(huán)水系統(tǒng)，如圖1所示。

中頻感應(yīng)電爐水冷卻系統(tǒng)主要由內(nèi)外兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成。

圖1 SMS中頻感應(yīng)電爐循環(huán)水系統(tǒng)

1. 外循環(huán)系統(tǒng)

外循環(huán)主要冷卻感應(yīng)器線圈和內(nèi)循環(huán)水，加注軟化水，以潛水泵為動(dòng)力，備用一臺(tái)，一個(gè)月切換一次，保證兩臺(tái)潛水泵能正常工作。需冷卻的水在水塔頂部通過(guò)管道向下噴灑，頂部有兩個(gè)很大的抽風(fēng)機(jī)，把空氣抽出塔頂，從而利于空氣流動(dòng)，加速水的降溫。在噴灑管道上方和下方都有曲折鏤空的PVC膠做的散熱板隔開(kāi)，以增加水流的散熱時(shí)間。設(shè)計(jì)成如此形狀是因?yàn)殡p曲線形狀有利于水和空氣進(jìn)行對(duì)流交換熱量。即使在炎熱的夏季，外循環(huán)進(jìn)水溫度也能保持在30℃以下。

當(dāng)然，水溫并不是盲目地追求越低越好。因?yàn)楦袘?yīng)器線圈上設(shè)計(jì)了若干個(gè)溫度傳感器，以監(jiān)測(cè)線圈溫度，設(shè)計(jì)要求為5～55℃。在冬季，中頻感應(yīng)電爐剛起動(dòng)時(shí)，如果線圈檢測(cè)溫度低于5℃，溫度傳感器報(bào)警，設(shè)備將無(wú)法起動(dòng)。常用的恢復(fù)方法是拔出溫度傳感器，稍微加熱使其溫度高于5℃即可正常起動(dòng)。為此車間電工師傅做了一個(gè)改進(jìn)，給風(fēng)機(jī)加裝一個(gè)時(shí)間控制器，19∶00～23∶00點(diǎn)風(fēng)機(jī)自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)間段設(shè)備不生產(chǎn)，既節(jié)約了電能，又減少了排除故障時(shí)間，還不影響設(shè)備的正常使用。

中頻感應(yīng)電爐正常工作時(shí)，外循環(huán)系統(tǒng)突然出現(xiàn)異常，如斷電、水泵跳閘等，最主要的是及時(shí)排出爐內(nèi)熱料。打開(kāi)自來(lái)水閥門(mén)，暫時(shí)可使用自來(lái)水對(duì)中頻感應(yīng)電爐系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。一般只要及時(shí)排出熱料，感應(yīng)器線圈還是可以繼續(xù)使用，并沒(méi)有那么脆弱，但是肯定影響線圈的使用壽命。

循環(huán)水水質(zhì)硬度高，容易結(jié)成水垢，其附著性很強(qiáng)，導(dǎo)熱能力又差，會(huì)造成冷卻能力下降和故障率升高，進(jìn)而造成水路接頭的堵塞與腐蝕，時(shí)間一長(zhǎng)，水壓會(huì)撐破接頭，造成漏水，一旦水噴射到晶閘管上，會(huì)造成嚴(yán)重的短路問(wèn)題，甚至可能影響到到上級(jí)電站。

水垢堵塞感應(yīng)器線圈，疏通起來(lái)非常麻煩。輕微堵塞時(shí)，判斷出堵塞的位置，可使用濃度低的強(qiáng)酸灌入使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這是臨時(shí)使用的辦法。堵塞嚴(yán)重時(shí)，必須破壞爐膛打結(jié)料，使用高壓水槍沖擊水垢，稍微疏通后，用低濃度強(qiáng)酸反復(fù)沖洗循環(huán)，再用鈍化劑使其內(nèi)部產(chǎn)生保護(hù)層，可減輕再次腐蝕。但是每清洗一次，感應(yīng)器線圈的壁厚會(huì)變薄一點(diǎn)，反復(fù)清洗會(huì)嚴(yán)重影響感應(yīng)器的使用壽命。

以前一直使用的是往外循環(huán)水中加除垢劑和阻垢劑的辦法控制水的結(jié)垢，但是除垢劑和阻垢劑對(duì)水的污染較大，為此我公司在2016年加裝了一臺(tái)軟化水裝置（見(jiàn)圖2）。將循環(huán)水池的補(bǔ)水接入軟化水裝置，確保加入水池的都是硬度降低的軟化水。另外，計(jì)劃在外循環(huán)回水管道上引出一根管子到軟化水裝置上，確保在水的循環(huán)過(guò)程中不斷地進(jìn)行軟化處理。

軟化水裝置的主要原理是當(dāng)硬度較高的原水通過(guò)交換器的樹(shù)脂層時(shí)，水中的鈣、鎂離子被樹(shù)脂吸附，同時(shí)釋放出鈉離子，這樣交換器內(nèi)流出的水就是去掉了高硬度離子的軟化水，當(dāng)樹(shù)脂吸附鈣、鎂離子達(dá)到一定的飽和度后，出水的硬度增大，此時(shí)軟水器會(huì)按照預(yù)定的程序自動(dòng)進(jìn)行失效樹(shù)脂的再生工作，利用較高濃度的氯化鈉溶液(鹽水)通過(guò)樹(shù)脂，使失效的樹(shù)脂重新恢復(fù)至鈉型樹(shù)脂。

圖2 軟化水裝置

2. 內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)

內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)是設(shè)計(jì)一個(gè)3000L的全封閉水箱，加注的是純凈水，主要冷卻中頻電源柜，如銅排、電容等電氣元件。通過(guò)熱交換器用外循環(huán)水對(duì)內(nèi)循環(huán)水進(jìn)行冷卻，最熱時(shí)保證內(nèi)循環(huán)進(jìn)水溫度在25℃左右。內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)有嚴(yán)格的要求，一般要求水的電導(dǎo)率低于10μS/cm，因此要求加入內(nèi)循環(huán)的冷卻水必須是電導(dǎo)率、酸堿度合適的純凈水。由于中頻電源柜中存在直流高壓電，如果內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)中電導(dǎo)率過(guò)高，直流高壓電會(huì)通過(guò)水中的鈉離子對(duì)銅管接頭進(jìn)行電腐蝕，從而造成中頻感應(yīng)電爐在使用中出現(xiàn)接頭被腐蝕斷裂的情況，水噴射而出，發(fā)生短路事故。

內(nèi)循環(huán)水的另一個(gè)功能是水冷風(fēng)機(jī)水的來(lái)源，主要冷卻逆變部分的IGBT，從內(nèi)部和外部同時(shí)散熱，可使電源柜內(nèi)保持在較低的溫度，電源柜內(nèi)設(shè)計(jì)若干水冷風(fēng)機(jī)，以內(nèi)循環(huán)水作為風(fēng)機(jī)水的來(lái)源，使電源柜內(nèi)的溫度常年保持在25℃左右，有利于發(fā)熱元器件的散熱，但會(huì)出現(xiàn)電源柜內(nèi)溫度低于水路循環(huán)水溫度的現(xiàn)象，凝結(jié)水滴在管壁上。因此要在電源柜內(nèi)放置干燥劑，并定期更換，使電源柜內(nèi)保持干燥狀態(tài)。

IGBT是固定在一塊水包上，有一個(gè)溫度傳感器監(jiān)測(cè)溫度，當(dāng)溫度高于50℃時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停機(jī)報(bào)警。同樣的情況也存在于其他的水冷裝置，比如電容和感應(yīng)器線圈上。

但是像國(guó)產(chǎn)的年代較老的中頻感應(yīng)電爐，沒(méi)有溫度監(jiān)測(cè)裝置，晶閘管附近水路堵塞后，會(huì)造成晶閘管溫度特別高，輕則影響門(mén)極響應(yīng)，重則燒壞晶閘管。

3. 結(jié)語(yǔ)

中頻感應(yīng)電爐的水溫度過(guò)高、壓力過(guò)大時(shí)，都會(huì)對(duì)中頻感應(yīng)電爐的運(yùn)行產(chǎn)生影響，如不能及時(shí)處理，會(huì)給設(shè)備埋下安全隱患，因此要求中頻感應(yīng)電爐冷卻水系統(tǒng)一定要工作可靠，一旦出現(xiàn)水管接頭漏水，水噴射在晶閘管等電器元件上，就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的短路事故，造成無(wú)法估量的損失。