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如何解決中高頻感應(yīng)線圈常見的打火問題？
什么是線圈打火，及其危害
這里的線圈是指的中頻感應(yīng)爐或者高頻感應(yīng)爐的感應(yīng)線圈，是由空心銅管按螺旋狀繞制而成。線圈打火發(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，輕則可見噼噼啪啪的火花閃現(xiàn)（俗稱打火），重則出現(xiàn)持續(xù)的電?。ㄋ追Q拉弧）。
感應(yīng)線圈打火會(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)線圈工作時(shí)，交變的電流通過感應(yīng)線圈形成交變磁場(chǎng)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，交變的磁力線切割線圈內(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)線圈工作時(shí)有以下幾個(gè)特征：
1. 線圈中有高電壓強(qiáng)電流通過；
2. 線圈本身處于一個(gè)高溫的工作環(huán)境中；
3. 線圈與線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€圈本身是一個(gè)導(dǎo)體，感應(yīng)線圈的匝間不能形成任何通路，因此感應(yīng)線圈的絕緣非常重要，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)線圈的絕緣在行業(yè)內(nèi)并沒有得到足夠的重視, 大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)僅僅是在線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. 通過線圈的感應(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80℃。
2. 爐內(nèi)鋼水的傳導(dǎo)熱量。新爐爐襯較厚，能有效防止?fàn)t內(nèi)鋼水的熱量傳導(dǎo)到線圈表面，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)至線圈表面的熱量遠(yuǎn)高于新爐襯。實(shí)際測(cè)量表面，在新爐襯時(shí)（爐襯厚度約15cm）線圈漿料層的溫度在80°上下，到爐襯后期（厚度約為5cm），線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。
一旦線圈表面的絕緣漆破壞失去絕緣能力，此時(shí)極易導(dǎo)致線圈打火，主要因?yàn)椋?/p>
1. 水汽導(dǎo)致，尤其是新爐襯運(yùn)行時(shí)，爐襯材料類的水分突然受熱汽化，會(huì)透過線圈漿料的毛細(xì)孔滲出，遇到溫度相對(duì)較低的線圈立即凝結(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. 車間的金屬粉塵在線圈表面堆積，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圈打火的一種重要因素，因?yàn)槌^額定功率工作時(shí)，通過線圈的電流電壓增加，線圈發(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。
下圖是幾張常見的線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，從而損傷線圈，因此感應(yīng)爐線圈使用常規(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，附著在線圈上容易導(dǎo)致線圈發(fā)生短路打火等現(xiàn)象。此外，線圈還通常處于潮濕，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，從而損傷線圈，因此感應(yīng)爐線圈使用常規(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毀線圈及電源設(shè)備，
鑒于感應(yīng)線圈的絕緣如此重要，而目前市場(chǎng)上又沒有一款絕緣漆能夠有效保證感應(yīng)線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 是專用于高溫絕緣環(huán)境下感應(yīng)線圈表層涂覆材料，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)。專用于中頻爐線圈能有效杜絕線圈打火，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，線圈的絕緣變得越來(lái)越重要， TSC超高溫絕緣漆的出現(xiàn)滿足了這一發(fā)展趨勢(shì)對(duì)線圈表面絕緣提出的苛刻要求，其在中高頻感應(yīng)線圈上的優(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！