中频感应炉漏炉报警装置

   中频感应炉炉衬是由各种耐火材料按照一定比例配制打结而成。熔炼过程中，钢液对炉衬壁不断冲刷，一段时期后，钢液会从遭侵蚀的炉衬壁裂缝中渗出，上千度的高温会对感应圈和磁轭造成极大的破坏。因此，必须在熔炼过程中实时检测炉衬厚度，及时发出警报，有效预防漏炉事故的发生。

    目前漏炉报警主要有两种办法。一种是在感应圈和炉衬之间放置由非磁性不锈钢片组成的侧电极，炉衬底部引出和钢液相连的不锈钢丝作为底电极，通过外加电路测量两电极之间的等效电阻值来实现炉衬厚度检测【1，3】另一种办法是在感应圈和底电极（接地）之间加上一个直流电压，通过测量漏电流大小实施漏炉报警[2，3]。

    本文结合生产实践，介绍了一种结构新颖，简单实用的漏炉检测装置。

1  基本工作原理

    图1表示的是采用电容串联补偿的中频感应熔炼炉原理示意图。其工作原理在文献[6]中已经作了详细的描述，现在我们着重讨论一些和漏炉检测有关的技术细节。

    电炉的功率输入一端连接于IGBT模块Qi、Q2组成的串联桥臂中点，一端连接于串联谐振电容C1、C2的中点，若采用三相四线制380V交流馈电，C1两端直流电压约510V，感应器上最靠近IGBT桥臂的a点相对于“地”(0V)的中频电压峰值约255V，频率则是电源逆变频率fo。

    假设电炉的自然功率因数为cosФ，则中频电压理论上可升高到[s]： UL=255/cosФ(V)    (1)

    因此感应线圈对“地”电压Us由图1中a点至b点从255V逐渐增大，实际运行中b点对“地”中频电压可到3000V。

    实际上，正是由于这样一个对“地”中频电压的存在，感应线圈、炉衬等效电阻、钢液、钢液接地底电极便构成了一个完整的闭合回路。

    图2中电炉接地底电极中的漏电流，实际是感应线圈上中频电压施加在炉衬等效电阻上而产生的，随着炉衬壁不断变薄，其等效阻抗也随之变小，漏电电流不断增大。由此可见，通过实时检测接地底电极中电流的大小，就可反映出中频感应炉炉衬的实际运行状态。

    通过电流检测、信号变换两环节，将采样电流变换成对应的5～15V电压信号，并和外加给定电压信号比较，当检测值大于给定值时，驱动声光报警，并切断电源。

图3、图4是信号锁存、声光报警应用电路。

    采样电流信号和给定电压的比较采用LM319高速比较器，反应灵敏，保护速度快。U1～U4构成信号锁存器，提供声光报警电路一个稳定、持续的保护信号。该信号经N1放大，驱动发光二极管LED及警铃。J1为中间继电器，PB为复位按扭，按下它，可以解除保护，恢复电炉运行。

2装置特点

    (1)使用感应线圈电压作为测量炉衬等效电阻电压源，和前面的方案相比，省去了串联在测量回路中的

直流电压源。

    (2)省去侧电极，为填筑炉衬带来便利，节约安装使用成本。

    (3)采用低阻抗电流采样检测环节，在测量钢液对地漏电电流同时，保证底电极的良好接地，消除钢液中的感应电势，使钢液和大地等电位，保障炉前操作使用者加料时的安全。

    (4)结构简单，使用方便。可以做为附属设备安装在电源柜内部，也可制成独立的检测单元(200mm×200mm×l00mm)固定在使用电炉附近。

3装置适用性

    这里主要谈谈该漏炉报警装置对可控硅SCR中频熔炼（保温）炉的适用性。

    由图5、图6可以看出，无论是可控硅串联谐振，还是可控硅并联谐振中频感应炉，其感应线圈均有对“地”中频电压存在，只是数值大小不同而已。也就是说，电炉接地电极中存在漏电电流，并且其数值随炉衬厚度的减小而增大。

    在实际应用中，只需改变报警电路中“给定基准电压”值，就可满足不同电路形式、不同容量电炉的漏炉保护需要。

4应用举例

    经测量，新炉炉次底电极漏电电流很小，为十几个毫安。当120～160炉次后，炉衬等效电阻为5～6k Q，对应漏电电流约500mA，这就可以认为是漏炉保护动作的阀值。设定基准电压，当漏电电流超过500mA后，保护电路立即动作，启动警铃。

    为了观测直观，添加一只漏炉可能性指示表（图7），用百分数表示。它是一只满量程为600mA的毫安表。即“99%”刻度对应于500mA，“50%”刻度对应于250mA，其余依次类推。

    电炉运行初期，表盘读数较小，随着电炉使用炉次增加，读数也不断增大，提醒炉前操作者提高警惕。当指针达到“99%”刻度时，漏炉保护启动，警铃响起。

5总结

    新颖的中频感应炉漏炉报警装置利用感应线圈本身存在的对“地”（变压器零线）中频电压，检测钢液接地电极中的漏电电流，通过外围辅助电路实现漏炉报警功能。

    实践证明，该装置实用可靠，并能适用于各种变频线路和不同容量规格的中频熔炼（保温）炉，具有

定的推广价值。