IGBT中频感应熔炼炉技术说明.docx
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IGBT中频感应熔炼炉技术说明
IGBT中频电源
设备使用说明书
一、用途及技术规格……………………...………………..………………..1
二、电源部分使用说明…………………..……………………………………2
〈一〉、结构组成及工作原理………………………………………………….……2
〈二〉、性能特点…………………………………………………………………….3
〈三〉、操作方法…………………………….………………………………………4
二、炉体部分使用说明……………………………..…………………………5
〈一〉、炉体………………………………………………………………………….5
〈二〉、感应圈……………………………………………………………………….5
〈三〉、炉衬………………………………………………………………………….6
〈四〉、固定炉架……………………………………………………………………6
〈五〉、水循环系统………………………………………………………………….6
〈六〉、机械倾炉系统……………………………………………………………....6
〈七〉炉体安装与调整……………………………………………………….……..6
三、注意事项…………………………………………………………………..7
四、使用维护…………………………………………………………………..8
五、炉衬捣打，烘炉工艺…………………………………………………….9
一、用途及技术规格
1.用途
本产品适用于钢、铁黑色金属的熔炼及升温，也可用于熔炼铜、铝等有色金属。
2.技术规格及基本要求
2.1技术规格
名称
单位
GW-0.5
GW-1.0
GW-2.0
GW-3.0
电炉额定容量
吨
0.5
1.0
2.0
3.0
成套设备额定功率
KW
300
600
1200
1800
逆变输出频率
HZ
2000
1000
500
200
三相进线电压
V
380
380
380
575
设备进线相数/频率
φ/Hz
3/50
成套设备功率因数
/
不小于0.97
成套设备耗水量
t/h
20
30
45
60
电炉额定电压
V
2800
2800
2800
2800
电炉额定温度
℃
1700
2.2基本要求
2.2.1本产品技术条件符合JB/T4280中的有关规定.
2.2.2本产品应在下列条件下正常工作：
a.海拔高度不超过1000米。
b.环境温度在+5℃~40℃之间。
c.适用地区最湿月平均最大相对湿度不大于90%，同时该月的月平均最低湿度不高于25%.
d.周围没有导电性尘埃、爆炸性气体及能严重损坏金属和绝缘的腐蚀性气体。
注：
如在其它条件下工作，用户应与制造厂家协商解决，
e.水质要求
（1）纯水或蒸馏水。
（2）水的比电阻
额定电压≥2000V~3000V比电阻≥5000Ω
（3）进水压力0.1~0.3mpa
（4）进水温度5°~40℃（炉体）5°~36℃（电源）
备注:
本设备进水严禁用井水或自来水直接给设备供水.以免在夏季高温环境中因循环水与周围环境温差过大,使设备部结水露而造成设备故障.
f.供电要求
（1）电网电压三相不平衡度不大于5%
（2）电网电压波动不大于±10%,
（3）电网电压为正弦波，波形畸变不大于10%。
二、电源部分使用说明
〈一〉、结构组成及工作原理
节能型IGBT晶体管中频电源共由四部分组成，它们分别为整流、滤波、逆变输出、熔炼炉体，组成结构图如下：
节能型IGBT晶体管中频电源各部分工作原理如下：
1、整流部分：
节能型IGBT晶体管中频电源整流采用三相半可控方式，可控硅仅作开关使用，即每当启动设备时整流后的电压总保持500V，而不随功率大小而变化，这样可大大减小了谐波的产生，减轻了对电网的谐波干扰。
整流控制部分采用PLD控制，它与IGBT中频主板之间通过四根线进行连接，其中两根作为启动整流线，另两根作为停止、保护信号线。
2、滤波部分：
IGBT中频采用电抗器滤波和电解电容滤波两种方式，电抗器滤波可使电流连续，电解电容滤波可使电压恒定，这样可保逆变部分得到一个稳定的电压源和电流源。
3、IGBT模块逆变部分：
逆变部分采用IGBT半桥串联逆变，逆变器件为德国西门子公司生产的FZ400R12KE3IGBT模块，此种模块为一种正温度系数的模块，即当温度升高时它的通态阻抗将增大，这样有利于多个IGBT模块之间的均流。
4、IGBT模块驱动：
驱动部分采用德国西门康公司生产的SKHI26W驱动板，此种驱动板驱动能力强，保护功能完善，同时可驱动6块IGBT模块，具有过流、过压保护功能，高档次的驱动板是设备可靠运行的有利保障。
5、驱动电源：
驱动电源采用隔离电源模块，即驱动电源的“地”与外部电源是隔离的，这样可避免外部干扰的影响，有利于设备的可靠运行。
6、主控板具有以下功能
A、脉冲合成功能：
主控制板将单路脉冲信号通过JK触发器分成两路脉冲，然合通过一系列的逻辑门电路将此信号合成为两路对称的双路脉冲，两路脉冲之间的死区时间可调。
B、频率跟踪功能：
主控板将槽路信号与调功电位器电压信号合成一复合电压信号，通过此电压信号控制压控振荡器的输出频率，从而使线路板上的输出频率始终跟随槽路频率。
说明：
调功电位器实质是调整换流角度。
C、同步保护功能：
当槽路频率与主控制板上触发输出脉冲频率不同步时，设备功率将自动降到最低，这样有利于保护设备。
D、过流、限流功能：
IGBT中频主控制板具有两路过流和限流功能，一路来自三相进线，另一路来自感应圈。
当超过所设定的电流值时主控制板将报过流故障，并自动停止设备运行；当输出电流达到所规定的电流时主控板将进行限流状态，并使电流稳定于所设定的电流值不变，此时达到恒功率运行。
E、水温、水压保护功能：
IGBT中频主控板通过温度传感器监视循环水的温度，当水温超出所规定的温度时主控制板将报警，同时自动停止设备运行；IGBT中频主控板同时具有水压保护功能，因IGBT中频采用外两个循环，所以水压保护分为水压和外水压报警，当水压低于设定的水压值时主控板将报警，同时自动停止设备运行。
〈二〉、性能特点
a）节能：
节能型IGBT晶体管中频电源比传统可控硅中频电源节能25%-28%，节能的主要原因有以下几个方面：
①、逆变电压高，电流小，线路损耗小，此部分可节能15%-18%，节能型IGBT晶体管中频电源逆变电压为2800V，而传统可控硅中频电源逆变电压仅为750V，电流小了近4倍，线路损耗大大降低；
②、功率因数高，功率因数始终大于0.97，无功损耗小，此部分可可控硅中频电源节能3%-5%。
由于节能型IGBT晶体管中频电源采用了半可控整流方式，整流部分不调可控硅导通角，所以整个工作过程功率因数始终大于0.97，无功损耗小。
③、炉口热损失少：
由于节能型IGBT晶体管中频电源比同等功率可控硅中频电源一炉可快20分钟，20分钟时间炉口损失的热量可占整个过程的3%，所以此部分比可控硅中频可节能3%左右。
节能型IGBT晶体管中频电源与可控硅中频电源经济效益对比表：
电源类型
电耗
熔化率
节约电能
节约电费
年产量
经济效益
0.5吨可控硅中频炉
850度/吨
1.5小时/吨
不节电
不节约
1000吨
无效益
0.5吨IGBT晶体管
中频电源
650度/吨
1小时/0.5吨
节电200度/吨
节约（0.5元/度）
100元/吨
1400吨
14万元
0.75吨以上可控硅中频电源
900度/吨
1.5度/吨
不节电
不节约
1000吨
无效益
0.75吨以上IGBT
晶体管中频电源
600度/吨
1小时/吨
节电300度/吨
节约（0.5元/度）
150元/吨
1500吨
22.5万元
b）无高次谐波干扰：
高次谐波主要来自整流部分调压时可控硅产生的毛刺电压，它会严重污染电网，导致其它电气设备无常工作，而节能型IGBT晶体管中频电源的整流部分采用半可控整流方式，直流电压始终工作在最高，不调导通角，所以它不会产生高次谐波，不会污染电网、变压器，不会干扰工厂其它电子设备运行。
c）恒功率输出：
可控硅中频电源采用调压调功，而节能型IGBT晶体管中频电源采用调频调功，它不受炉料多少和炉衬厚薄的影响，在整个熔炼过程中始终保持恒功率输出,节能型IGBT晶体管中频电源是唯一实现恒功率输出的变频电源,尤其是生产不锈钢、铜、铝等不导磁物质时，更显示它的优越性，熔化速度快，炉料元素烧损少，节能效果更好，降低了铸造成本。
d）启动性能好：
节能型IGBT晶体管中频电源的逆变输出为串联逆变，串联逆变的特点为100%成功启动，所以节能型IGBT晶体管中频电源彻底解决了可控硅中频启动困难的问题，不论空载还是满载均能100%启动。
e）使用维修方便：
节能型IGBT晶体管中频电源电路结构简洁，保护功能齐全，具有完备的故障显示功能，能迅速找到故障点，维修方便。
〈三〉、操作方法
主电源大闸
水泵开关（3相）
控制开关（2相）
调功电位器
启动
停止
复位
控制旋钮
电压电流显示区
驱动电源板
上面有电源指示灯
1、炉无料时严禁启动电源！
否则将会损坏部分器件！
2、开机之前的检查工作：
开机之前首先检查“控制开关”、“调功旋钮”是否处于关闭状态，在电源三相大闸之前“控制开关”、“控制旋钮“必须处于关闭状态，否则将会烧坏放电电阻！
同时调功旋钮要旋到最小；
3、开机步骤：
a）合上冷却水泵电源，仔细检查循环和外循环水路情况，要求水路循环流通，水管无折压、无漏水现象、水压符合要求；
b）检查驱动板电源：
在合中频电源柜上三相大闸之前必须检查驱动板电源指示灯是否常亮，不亮时严禁开机！
c）合中频电源柜上三相主电源大闸：
检查驱动板电源指示灯常亮后合上三相主电源大闸，观察直流电压表指针，500V-600V时为正常，过高或过低时严禁开机；
d）合控制电源开关、启动设备：
待直流电压升至500V后依次合上控制电源开关和控制旋钮，按启动按钮启动设备，此时会听到中频声响；
e）调功：
启动后将功率旋钮慢慢升至最大；
4、关机步骤：
a、将调功电位器旋到最小，按停止按钮将设备停止
b、拉下三相主电源开关，待直流电压表降到0V时关掉控制电源开关，两种开关次序严禁错乱！
C、关水泵开关：
关掉主电源开关和控制电源开关30分钟后关掉水泵开关；
二、炉体部分使用说明
炉体部分主要包括炉壳、感应线圈，炉衬、固定炉架等部分组成。
〈一〉、炉壳
炉壳用非磁性材料（合金铝）铸成两个半圆壳体，中间用石棉板隔开，通过不锈钢支柱固定在一起，装感应圈，上装炉盖，通过支架和减速机使之转动，倾倒钢水。
〈二〉、感应器（感应线圈）
感应器是感应炉的关键，它是电-磁转换得核心。
它是由矩形铜管绕制成多匝线圈呈螺旋形状，匝与匝之间及线圈层表面涂抹由电器绝缘性能高、耐热性能强得耐火胶泥，增加了线圈的机械、绝缘强度，并起到延缓金属液渗漏至线圈表面作用，提高感应器的使用寿命。
（绝缘胶泥用户自备）。
另外在感应器的每匝与匝之间还设置了几组绝缘撑条，通过焊接在线圈匝上的螺栓紧固在绝缘支撑条上，这样以来，线圈轴方向就得到很好定位紧固，增强了机械强度避免了匝见摩擦所引起线圈绝缘破坏，并减轻了炉子的振动，在感应器上下方设置由水冷环（1吨以上），其目的是使炉衬受热均匀，减少了炉衬的热应力，延长了使用寿命。
〈三〉、炉衬
炉衬是指感应器侧到坩埚模外侧之间填充耐火材料捣制烧结而成的炉膛，呈直圆筒形，盛放需要熔化的金属。
坩埚炉衬从感应器侧至坩埚模外侧顺序为紧靠感应器侧涂抹耐火胶泥，接着铺设石棉布，在其侧填充耐火材料，通过捣打，烧结而形成的坩埚。
〈四〉、固定炉架
固定炉架由钢铸成的支架组成，除能承受正常使用的全部静力外还用于炉体转动起轴承座的作用。
支架必须用牢固坚实的底脚，固螺栓紧固于结实的混凝土基础上。
〈五〉、水循环系统
炉子外循环水系统。
主要作用是提供给炉子感应器、水冷电缆等所需冷却水的水源（水冷介质见水质要求）。
包括冷却塔（选择项）、水泵、球阀、膨胀水箱、上水箱、水分配器、压力温度表、流量计等，详见与之相应水冷系统原理图。
电源循环水系统。
主要作用是提供给可控硅、IGBT模块、电容器、电抗器等电器元件冷却用水的水源（水冷介质为纯水）。
包括：
水泵、球阀、膨胀水箱、上水箱、水分配器、压力温度表、流量计等，详见相应水冷系统原理图。
〈六〉、机械倾炉系统
本系统由减速机和倾炉控制器组成，减速机为二级涡轮蜗杆减速装置，具有体积小、速比大、传动自锁等优点，配有手动装置，便于安装调试和停电时手动倾炉（R2S631不配手动），避免危险；倾炉控制箱通过转换开关对两台炉体的减速机电机进行控制，移动的手动控制开关能使操作者站在合适位置对炉体倾动。
〈七〉炉体安装与调整
1.先将炉体、减速机、支架放倒指定位置附近，并检查基础高度、减速机中心、支架中心、炉体轴心高度是否满足安装要求。
2.将减速机输入轴对准炉体法兰盘，并插入孔和键槽，使减速机输出端法兰盘与炉体法兰盘相距30cm，然后将支架插入炉体另一侧的法兰盘轴上。
3.将炉体、减速机、支架吊起，平稳地放入混凝土基础上，调整炉体位于基础中心，支架距离法兰盘3～5cm。
4.用水平仪测量炉体中心位置水平，通过适当调整保证水平度在10/1000之，用手动向前倾炉95°，应灵活且不能干涉，一切正常后，将减速机和支架紧固在基础予埋铁上。
5.根据实际情况安装倾炉开关和水冷电缆，安装倾炉控制箱和减速机电机线，中频电源三相输入线以及中频电源、炉体、电容柜的接地线，接线应正确，连接要牢固可靠，以减少电压降。
6.接好水循环系统各进水管和回水管，接好水泵阀门，将水压表调至0.15Mpa,通水试验，应保证所有冷却水管的畅通，各处不得有渗水漏水现象.
7.打开减速机加油盖，清除机防锈油，加入11号、14号柴油机机油，并达到规定的油面高度，油杯加入黄油。
8.合上三相电源，将减速机手轮推入电动位置，依次对两个炉体进行倾炉试验，正常运行。
9.按IGBT中频电源装置使用证明书检查并调整至正常运行.
10.按炉衬筑炉工艺砌筑炉衬,并按规定进行烧炉,炉衬的捣制和烧结见专用证明书.
三、注意事项
1.必须经常检查各导电系统的连接部分接触是否良好,特别是水冷电缆与感应线圈连接处的螺钉是否紧固;电源和炉体必须做好接地，接地电阻小于4欧姆.
2.炉体外壳连接处在操作过程防止金属接触形成短路.
3.设备工作运行时有高压，严禁打开电源门；
4.IGBT中频电压特别高，所以熔炼时炉前工和其它的工作人员一律不得接触任何带电部分，尤其是感应圈通水电缆部位；
5.在熔炼过程中严禁断电停水,突然断电停水造成可控硅损坏和感应线圈的烧毁。
因此除正常水源外，需要维修或处理时，亦应水流畅通。
6.熔炼过程中应随时注意出水温度和水压，使水压保持在0.1～0.3Mpa，出水温度保持在55℃以下。
7.绝缘台、绝缘靴必须每年检验一次，检验合格后方可使用。
检验条件：
6KV、1分钟不击穿，不放电。
8.加料操作时，冷湿炉料应先烘干，不能直接加入溶液；镀锌管形炉料要慢慢加入，密封管形料在未割之前也应避免加入，以免引起炉子爆炸或溶液喷射。
9.部炉料冻结密封时间不能太长，以免引起炉子爆炸事故，发现冻结密封现象时，应及时把炉子倾倒一定角度，使冻结部分炉料溶化。
10.绕结好炉衬后，宜用30～50%的额定功率，连续工作5炉以上。
11.炉膛必须烧热至1000℃左右时，方可倒入铁水，炉膛的加热可加入铁块感应加热。
12.金属削在第一炉使用时最好避免用，因为金属削能透入炉衬间隙。
13.在寒冷地区的冬季，需不断通水，以防止结冰冻裂水管。
14.每次通电前，必须先通水，检查各水路是否畅通，每次断电时，待2个小时后再停水.
15.停止工作时，关掉主空气开关后不得马上接触电源，或进行维修工作，必须观察直流电压表慢慢下降到零后方可接解，以免触电。
维护检修项目
维护检修容
检修时间及次数
备注
炉衬
炉衬有裂缝
观察坩埚有裂纹
冷炉每次启炉前
每次启炉前放铁坩埚或冷料预烘至900度，弥合轴向裂纹，纵向裂纹换炉衬。
出铁口的修补
观察侧壁炉衬和出铁口交界处有否裂缝
出铁时
若有裂纹，进行修补
炉底和渣线部位炉衬的修补
目察炉底及渣线部位的炉衬有否局部蚀损
出铁后
若有明显的蚀损需进行修补。
感应线圈
外观检查
1.线圈绝缘部分有否碳化
2.线圈每匝间、线圈对水冷圈、对铁心有否闪烙。
线圈有无因金属液引起的烧坏。
1次/周
1次/周
1次/日
用压缩空气吹扫。
补绝缘漆
同上
清除，补绝缘漆
水冷电缆
观察
1.有否接触金属件
2.有否漏水
3.两端部连接螺栓有否变色
1次/日
1次/日
1次/日
用绝缘体撑开。
换管或胶管。
重新紧固螺栓
水冷系统
外观检查
水-水热交换器
1．胶管有否老化
2．有否漏水
3．有否超温
4．压力表
5．换热能力下降
1次/日
1次/日
次/日
1次/定期
1次/半年
换胶管
上紧管箍
看显示屏，排除堵塞杂物
拆卸清洗
紧急水源
紧急水源水阀应急发电机
开闭是否灵活
采取防锈措施，每周运转一次，半小时
1次/6周
1次/周
无法开闭，换阀
水泵
观察
轴端部漏水
1次/日
更换密封圈
冷却塔
观察
喷淋管路结垢
盘绕管外表面结垢
1次/6周
用清洗液清洗
四、使用维护
五炉衬捣打、烧炉工艺
注：
下面是常规炉衬打结工艺叙述，IGBT中频熔炼炉必须采用干振料打结。
1、炉衬材料：
炉龄的长短主要决定于炉衬材料的性质及捣固烧结过程是否完善。
炉衬材料有二种，一种为酸性炉材料，它是由高品位的石英沙、粉为主要原料加入适量硼酸组成。
另一种为碱性炉材料，它是由电熔镁砂、粉或冶金镁砂、粉加入适量氧化铝粉及硼酸组成。
对酸性炉衬来说，只有纯洁不含砖块等杂质的高品位石英岩（SiO2含量99.3%）才能用作制造炉衬的材料。
由于石英砂具有晶态转变和其颗粒的配比能直接决定炉衬的打结密度，因此在炉衬焙烧过程中应该让石英在烧结温度下的晶态转变进行到底。
否则当炉子的温度发生剧烈频繁的变化，石英受到高的热应力和热冲击而产生的晶态转变，对炉龄就会有很大的影响，同时利用有同粒度配比和石英反复晶态转变，使炉衬获得较大的打实密度。
但由于粒度的偏析和打结过程中的损耗，会使粒度比发生变化，造成炉衬密度不均匀，导致炉衬壁部分增加被侵蚀的倾向，当晶态转变时还会引起炉衬破裂。
硼酸通常用作酸性炉的粘结剂（可用一般工业硼酸），其加入量应和捣固材料和工作温度相适应。
一般说来在提高炉衬强度和工作温度的情况下，硼酸加入量可提高。
硼酸颗粒要小（≤0.5毫米），要均匀，无块状及杂质混入，具体配比可参考表
（2）：
酸性炉衬的硼酸加入量与冶炼温度和烧结温度的关系
序号
材料
浇铸温度
（℃）
硼酸加入量
（%）
烧结温度
（℃）
保持烧结时间（小时）
熔池面上硼酸加入量（%）
1
灰口铁
1400
1.8~2.5
1450
3~4
3
2
灰口铁
1400~1450
1.2~2
1480
3~4
2.7
3
灰口铁
1450~1500
1.0~1.7
1500~1520
2~3
2.4
4
灰口铁
1500~1550
1.0~1.6
1500
1~2
2
5
灰口铁
高碳钢
1550~1600
0.3~0.5
1600
0.3~0.5左右
2
6
中碳钢
1600
0.5~0.9
1600
2
7
合金钢
1600
2~2.5
1600
2
2、炉衬地填筑：
（1）原材料的参数及配比：
酸性炉碱性炉
①1#石英砂（3~5目）40%①电熔镁砂（3~5目）40%
②5#石英砂（10~20目）30%②电熔镁砂（10~20目）30%
③9#石英砂（270~320目）30%③电熔镁砂（270~320目）30%
④硼酸2~2.5%（外加）④氧化铝粉10%
⑤水适量⑤硼酸2~2.5%（外加）
⑥水适量
（2）炉颈浇包打筑料配比：
酸性碱性
①5#石英砂（10~20目）50%①镁粉30%
②耐火水泥50%②镁砂（10~20目）50%
③水玻璃6~8%（外加）③耐火水泥20%
3、填筑步骤：
（1）以酸性炉为例，先将烘干（在300℃以上的烘箱烘干）或炒干的石英砂（应纯洁不混入炉渣、木屑、碎铁等杂质）按比例配好，在按表
（2）比例加入硼酸拌匀后，即可供打结。
打结一个坩锅所需石英砂总重：
GW0.5-250/1约180公斤，GW1.0-500/1约230公斤。
硼酸加入比例是以石英砂为100再另外加入。
（2）紧靠感应圈壁套入一圈厚5毫米由石棉布圈制成的绝热层，上端用一只3~10毫米圆铁圈成的外径略大于感应圈径、接头外开口的弹性铁圈把石棉布压紧在感应线圈壁上，然后将拌匀的石英砂逐步放入打结，炉衬应当一层一层地填筑，每层厚度不超过40~50毫米，只有第一层到50毫米以上。
先用捣固棒捣实，再用平铁锤打结实。
填筑炉底时通常可先填筑到比要求尺寸高出40毫米左右，然后将高出部分去掉后再打实锤平。
（3）放入坩锅模。
坩锅模的放入要使周围壁厚尽可能均匀，这可用三块同样厚度，一头小于炉衬壁厚、一头大于炉衬壁厚的木模均分插于坩锅模四周，将坩锅模压紧于感应线圈中心，为防止在打结时松动，还可以在坩锅再放一块干净块料，继续打结炉衬直到熔池表面高度，取出弹性铁圈。
由于炉衬上部受到的机械应力最大，因此在熔池表面以上的坩锅口一段应多加2-3%硼酸，这样可以得到一个烧结得很好的区段。
在坩锅模顶部和出料口可用水玻璃作粘结剂，与炉衬材料拌成混合料（稠度一般用手一捏基本能成团即可），填筑时先涂上一层水玻璃，然后，加填料用小榔头打结实。
（4）用低功率送电，缓缓地加热坩锅模，具体时间参照进行，当温度达到1200℃左右时，装入清洁无锈的返回料，用满功率将炉料加热至熔化，升温到烧结温度，保持一定的时间后，连续熔炼2-3炉。
为了得到一个良好的釉面坩锅，第一炉只能用干净无锈的小块返回料，并加入0.5-1公斤左
右的碎玻璃.碱性炉的填筑也和酸性炉相似,在此就不再重复.
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