SMS中频感应电炉循环水系统设计探讨

■ 李毅波

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水是中频感应电炉“血液”，中频感应电炉的IGBT和整流管等大功率元器件必须在水冷条件下工作，电热电容器需要通水冷却。另外，炉体的感应器线圈工作时的电流可达几千安，自身电阻的发热量，加热的坯料温度，决定了感应器线圈也必须通水冷却。

我公司生产车间位于山里，由于工业用水水质比较硬，因此中频感应电炉循环水结垢是一个无法回避的问题。我公司生产车间进口的德国SMS（西马克）中频感应电炉自调试运行以来，历经多年数次改善，基本完善了循环水系统，如图1所示。

中频感应电炉水冷却系统主要由内外两个循环系统构成。

图1 SMS中频感应电炉循环水系统

1. 外循环系统

外循环主要冷却感应器线圈和内循环水，加注软化水，以潜水泵为动力，备用一台，一个月切换一次，保证两台潜水泵能正常工作。需冷却的水在水塔顶部通过管道向下喷洒，顶部有两个很大的抽风机，把空气抽出塔顶，从而利于空气流动，加速水的降温。在喷洒管道上方和下方都有曲折镂空的PVC胶做的散热板隔开，以增加水流的散热时间。设计成如此形状是因为双曲线形状有利于水和空气进行对流交换热量。即使在炎热的夏季，外循环进水温度也能保持在30℃以下。

当然，水温并不是盲目地追求越低越好。因为感应器线圈上设计了若干个温度传感器，以监测线圈温度，设计要求为5～55℃。在冬季，中频感应电炉刚起动时，如果线圈检测温度低于5℃，温度传感器报警，设备将无法起动。常用的恢复方法是拔出温度传感器，稍微加热使其温度高于5℃即可正常起动。为此车间电工师傅做了一个改进，给风机加装一个时间控制器，19∶00～23∶00点风机自动关闭，此时间段设备不生产，既节约了电能，又减少了排除故障时间，还不影响设备的正常使用。

中频感应电炉正常工作时，外循环系统突然出现异常，如断电、水泵跳闸等，最主要的是及时排出炉内热料。打开自来水阀门，暂时可使用自来水对中频感应电炉系统进行冷却。一般只要及时排出热料，感应器线圈还是可以继续使用，并没有那么脆弱，但是肯定影响线圈的使用寿命。

循环水水质硬度高，容易结成水垢，其附着性很强，导热能力又差，会造成冷却能力下降和故障率升高，进而造成水路接头的堵塞与腐蚀，时间一长，水压会撑破接头，造成漏水，一旦水喷射到晶闸管上，会造成严重的短路问题，甚至可能影响到到上级电站。

水垢堵塞感应器线圈，疏通起来非常麻烦。轻微堵塞时，判断出堵塞的位置，可使用浓度低的强酸灌入使其发生化学反应，这是临时使用的办法。堵塞严重时，必须破坏炉膛打结料，使用高压水枪冲击水垢，稍微疏通后，用低浓度强酸反复冲洗循环，再用钝化剂使其内部产生保护层，可减轻再次腐蚀。但是每清洗一次，感应器线圈的壁厚会变薄一点，反复清洗会严重影响感应器的使用寿命。

以前一直使用的是往外循环水中加除垢剂和阻垢剂的办法控制水的结垢，但是除垢剂和阻垢剂对水的污染较大，为此我公司在2016年加装了一台软化水装置（见图2）。将循环水池的补水接入软化水装置，确保加入水池的都是硬度降低的软化水。另外，计划在外循环回水管道上引出一根管子到软化水装置上，确保在水的循环过程中不断地进行软化处理。

软化水装置的主要原理是当硬度较高的原水通过交换器的树脂层时，水中的钙、镁离子被树脂吸附，同时释放出钠离子，这样交换器内流出的水就是去掉了高硬度离子的软化水，当树脂吸附钙、镁离子达到一定的饱和度后，出水的硬度增大，此时软水器会按照预定的程序自动进行失效树脂的再生工作，利用较高浓度的氯化钠溶液(盐水)通过树脂，使失效的树脂重新恢复至钠型树脂。

图2 软化水装置

2. 内循环系统

内循环系统是设计一个3000L的全封闭水箱，加注的是纯净水，主要冷却中频电源柜，如铜排、电容等电气元件。通过热交换器用外循环水对内循环水进行冷却，最热时保证内循环进水温度在25℃左右。内循环系统对水质有严格的要求，一般要求水的电导率低于10μS/cm，因此要求加入内循环的冷却水必须是电导率、酸碱度合适的纯净水。由于中频电源柜中存在直流高压电，如果内循环水系统中电导率过高，直流高压电会通过水中的钠离子对铜管接头进行电腐蚀，从而造成中频感应电炉在使用中出现接头被腐蚀断裂的情况，水喷射而出，发生短路事故。

内循环水的另一个功能是水冷风机水的来源，主要冷却逆变部分的IGBT，从内部和外部同时散热，可使电源柜内保持在较低的温度，电源柜内设计若干水冷风机，以内循环水作为风机水的来源，使电源柜内的温度常年保持在25℃左右，有利于发热元器件的散热，但会出现电源柜内温度低于水路循环水温度的现象，凝结水滴在管壁上。因此要在电源柜内放置干燥剂，并定期更换，使电源柜内保持干燥状态。

IGBT是固定在一块水包上，有一个温度传感器监测温度，当温度高于50℃时，设备自动停机报警。同样的情况也存在于其他的水冷装置，比如电容和感应器线圈上。

但是像国产的年代较老的中频感应电炉，没有温度监测装置，晶闸管附近水路堵塞后，会造成晶闸管温度特别高，轻则影响门极响应，重则烧坏晶闸管。

3. 结语

中频感应电炉的水温度过高、压力过大时，都会对中频感应电炉的运行产生影响，如不能及时处理，会给设备埋下安全隐患，因此要求中频感应电炉冷却水系统一定要工作可靠，一旦出现水管接头漏水，水喷射在晶闸管等电器元件上，就会发生严重的短路事故，造成无法估量的损失。