中頻爐感應(yīng)線圈變形原因分析和預(yù)防處置

（唐山鋼鐵集團(tuán)重機(jī)裝備有限公司，河北 唐山 063300）

1 使用情況

中頻爐主要由電源、感應(yīng)線圈及用耐火襯料筑成的爐襯組成。當(dāng)感應(yīng)線圈接通電源時(shí)，在感應(yīng)線圈內(nèi)產(chǎn)生交變磁場，其磁力線切割爐襯中的金屬爐料，爐料產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過爐料時(shí)，對爐料進(jìn)行加熱促使其熔化[1]。中頻爐感應(yīng)線圈是中頻爐設(shè)備中一個(gè)主要的部件，使用磁軛固定在爐體中心。在使用中，發(fā)現(xiàn)中頻爐經(jīng)常出現(xiàn)感應(yīng)線圈變形，分為軸向變形和縱向變形，軸向變形會拉斷膠木柱，使?fàn)t蓋向上頂起，匝間固定螺栓折斷，如圖1a）；縱向變形會使感應(yīng)線圈鼓肚，出現(xiàn)匝間變形，絕緣損壞等，如圖1b），這些問題嚴(yán)重影響中頻爐使用，首先爐襯產(chǎn)生裂紋，蝕損非?？?，壽命大大降低；而且還會引發(fā)匝間短路或放電等各類設(shè)備故障進(jìn)而停爐，影響冶煉效率。

2 感應(yīng)線圈變形分析

通過對中頻爐感應(yīng)線圈的制作、使用和維護(hù)過程進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)線圈變形主要是有以下幾個(gè)方面的原因。

圖1 感應(yīng)線圈變形

2.1 制作方面原因

感應(yīng)線圈是由矩形紫銅管按規(guī)則繞制而成，絕緣膠木柱在軸線方向加以固定，保證中頻爐線圈有一個(gè)合理匝距，進(jìn)行絕緣處理后在匝間和內(nèi)外表面涂抹線圈漿料，起到固定支撐和保護(hù)的作用。在檢查線圈矩形銅管時(shí)發(fā)現(xiàn)銅管壁厚較薄，一般在3 mm左右，這主要是原始制作過程中設(shè)計(jì)采用低成本薄壁銅管，或是局部侵蝕造成銅管老化，致使抗拉伸強(qiáng)度降低，在受到外力時(shí)易產(chǎn)生變形。其次就是原始絕緣膠木柱采用多張玻璃纖維疊加而成的環(huán)氧板，在高溫和外力作用下極易開裂分層，大大降低固定感應(yīng)線圈的作用。而且線圈漿料原來采用的某小廠產(chǎn)品，施工后出現(xiàn)裂紋，使用中會發(fā)生表面龜裂，強(qiáng)度較低，易損壞、脫落，感應(yīng)線圈匝間保護(hù)失效。

2.2 使用中的原因

中頻爐冶煉產(chǎn)生大量熱能，感應(yīng)線圈在此過程中發(fā)生變形主要是熱脹冷縮問題，表現(xiàn)在三個(gè)方面：1）感應(yīng)線圈整體發(fā)生熱膨脹，軸向和徑向拉伸，軸向上匝間距出現(xiàn)變化，徑向上會出現(xiàn)鼓肚。中頻爐冶煉時(shí)，受熱最大的是爐襯熔池的中間部分，此時(shí)感應(yīng)線圈和耐火襯料都會受到熱應(yīng)力而膨脹，耐火襯料因質(zhì)量問題膨脹系數(shù)較大的話，再加上感應(yīng)線圈本身強(qiáng)度問題就會產(chǎn)生塑性變形；2）感應(yīng)線圈需要通水冷卻，如果在停爐后線圈沒有完全冷卻下來，這時(shí)候停掉循環(huán)水，感應(yīng)線圈受熱較多部位就會因熱膨脹無法及時(shí)冷卻出現(xiàn)變形；3）感應(yīng)線圈局部發(fā)生變形，感應(yīng)線圈一般都是用磁軛固定在爐體中，磁軛與感應(yīng)線圈接觸面積達(dá)到65%，但是在水冷電纜連接板和進(jìn)回水銅管接頭處磁軛固定間距較大，感應(yīng)線圈受熱后，熱應(yīng)力在這些地方釋放，從而造成感應(yīng)線圈局部突出，銅管與銅管匝間連接處變形開裂，如圖2 所示。

圖2 感應(yīng)線圈局部變形圖

2.3 在維護(hù)中變形

感應(yīng)線圈使用久了需要定期維護(hù)檢修，維護(hù)不當(dāng)就會造成變形。首先是感應(yīng)線圈吊運(yùn)時(shí)起吊點(diǎn)位置不恰當(dāng)，如掛在感應(yīng)線圈的管道出口；吊索具使用不對，如使用連接鉤掛在某個(gè)單點(diǎn)；吊運(yùn)過程比較暴力，如地面拖動或振動碰撞，這些都會造成感應(yīng)線圈結(jié)構(gòu)變形。其次是安裝過程中感應(yīng)線圈與爐體不同心，每個(gè)磁軛緊固的力矩不均，或是磁軛的頂緊螺栓預(yù)緊力不一樣，也會造成感應(yīng)線圈發(fā)生變形。

3 感應(yīng)線圈變形的處置措施

感應(yīng)線圈變形危害較大，容易引起多種設(shè)備故障，對耐火襯料影響也是比較大的，需要預(yù)防發(fā)生變形并進(jìn)行及時(shí)維護(hù)。

3.1 感應(yīng)線圈制作方面改進(jìn)

針對感應(yīng)線圈在制作方面的變形原因，做出改進(jìn)措施。發(fā)現(xiàn)感應(yīng)線圈變形及時(shí)拆解返廠維修和改進(jìn)，首先是更換感應(yīng)線圈變形部分，銅管選材采用特制的優(yōu)質(zhì)T2 銅管繞制，增加銅管壁厚至5 mm～6 mm，不易破裂，感應(yīng)線圈間隙合理，嚴(yán)格按加工工藝制作。膠木柱也做了改進(jìn)，摒棄了原環(huán)氧膠木柱，選用70×70 的高強(qiáng)度雙馬樹脂膠木柱，具有非常好的耐高溫、耐輻射、耐濕熱性能，還有吸濕性低和熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)良特性，克服了環(huán)氧樹脂耐熱性相對較低的缺點(diǎn)，再用M12 銅螺絲與銅管固定連接，感應(yīng)線圈整體強(qiáng)度提高不易發(fā)生扭曲變形。另外對線圈漿料重新選型，改用具有高強(qiáng)度、高致密、高絕緣等特性的美國聯(lián)礦或英賽德品牌漿料，專門為保護(hù)中頻爐感應(yīng)線圈而設(shè)計(jì)的膠泥，涂抹工藝上要求涂抹層保持表面光滑、平整及同心，要注意使涂抹料嵌進(jìn)線圈的匝間，涂層厚度約為8 mm～10 mm 左右，感應(yīng)線圈從上至下稍稍留有斜度，使用過程中耐火襯料受熱膨脹得以釋放，減小對線圈的熱應(yīng)力沖擊而變形，如圖3 所示。

圖3 線圈漿料斜度

3.2 感應(yīng)線圈在使用中的處置措施

防止感應(yīng)線圈變形，使用中預(yù)防措施最為關(guān)鍵。首先要保證感應(yīng)線圈與爐體同心，牢固地安裝在爐體中，并且盡量減小感應(yīng)線圈底部和頂部與爐體凸出物影響，以便熱應(yīng)力釋放均勻。耐火襯料的選用也是至關(guān)重要，必須選擇膨脹系數(shù)較小的適合冶煉工藝的產(chǎn)品。

為減小對感應(yīng)線圈的沖擊應(yīng)重點(diǎn)考慮耐火襯料三個(gè)方面的性能要求：

1）高溫強(qiáng)度。冶煉過程中爐襯要經(jīng)受金屬爐料的沖擊力、金屬液的靜壓力、電磁攪拌金屬液的作用力等，必須具有高溫強(qiáng)度，才能抵御多種力的作用，減小對感應(yīng)線圈沖擊；

2）熱傳導(dǎo)性要小。冶煉過程爐襯內(nèi)外壁溫差較大，必須防止熱量向外擴(kuò)散，防止感應(yīng)線圈受熱過大；

3）耐熱震性良好。必須要適應(yīng)高溫熔煉和出爐后溫度和壓力變化產(chǎn)生的應(yīng)力作用，避免這些作用引發(fā)感應(yīng)線圈急劇變化[2]。

其次就是冷卻循環(huán)水，主要檢查冷卻水流量、壓力，延長循環(huán)水運(yùn)行時(shí)間，保證感應(yīng)線圈冷卻效果。通過在各進(jìn)回水路上設(shè)置測溫點(diǎn)，并由中頻爐主控板顯示和控制，防止感應(yīng)線圈因冷卻不均或水路堵塞致使變形或受損。經(jīng)過摸索冷卻水停止時(shí)間，發(fā)現(xiàn)在耐火爐襯低于80 ℃時(shí)，才允許停止循環(huán)，以便感應(yīng)線圈獲得良好的冷卻效果。另外在感應(yīng)線圈的薄弱環(huán)節(jié)做加固，主要是水冷電纜連接板和進(jìn)回水銅管接頭處，采用水冷電纜十字交叉連接和進(jìn)回水接頭盡量縮小距離的方法，以便磁軛近距離固定，改善感應(yīng)線圈在此位置空隙大的缺陷。

3.3 感應(yīng)線圈在維護(hù)中措施

感應(yīng)線圈解體檢修維護(hù)時(shí)需要吊運(yùn)，為防止變形，吊運(yùn)方法和吊點(diǎn)選擇是關(guān)鍵。一般采取兩種方法，一是利用三根尼龍吊裝帶繞過中上部的膠木柱，每根之間夾角為120°，然后緩慢起吊；二是采用四角剛性支架起吊，剛性支架使用槽鋼十字交叉焊接牢固，在中心和四角安裝吊裝環(huán)，四角與感應(yīng)線圈四條膠木柱連接，中心吊環(huán)為起吊點(diǎn)。這兩種方法都受力均勻，感應(yīng)線圈不易變形，如圖4 所示。感應(yīng)線圈是靠磁軛固定在爐體中，磁軛的緊固至關(guān)重要，我公司目前研究的磁軛緊固方法遵循對角緊固，從上至下的原則，先把線圈調(diào)整至爐體中心，然后磁軛貼緊感應(yīng)線圈，縫隙較大的話調(diào)整絕緣墊板厚度；然后開始緊固磁軛，先從出鋼口右側(cè)和對角的磁軛緊固，然后按順時(shí)針依次對角緊固；緊固螺栓要先是磁軛頂部開始向下依次擰緊。緊固期間一定要注意測量感應(yīng)線圈的圓度，還要檢查頂部和底部是否在爐體中心。使用一兩周后再依照以上原則再次緊固，以后根據(jù)中頻爐使用率每隔一兩個(gè)月按以上方法定期檢查緊固磁軛。這樣就會有效的保護(hù)感應(yīng)線圈，始終處于穩(wěn)固狀態(tài)[3]。

圖4 吊點(diǎn)選擇及方法

4 結(jié)束語

通過各項(xiàng)處置措施的實(shí)施，有效地解決了感應(yīng)線圈變形的問題，極大地減少了因變形導(dǎo)致的設(shè)備故障，降低了爐襯裂紋和受損的風(fēng)險(xiǎn)，提高了爐襯使用壽命，同時(shí)也延長了感應(yīng)線圈的檢修周期，節(jié)約了檢修人力和消耗費(fèi)用，為生產(chǎn)提供了有力的設(shè)備保證。