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电极盐浴炉盐渣电阻启动法的若干问题 |
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| 电极盐浴炉盐渣电阻启动法的若干问题 |
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作者：佚名 文章来源：网络 点击数： 更新时间：2009-5-5 14:34:51  |
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摘要：探讨了电极盐浴炉残渣电阻启动的机理，以20多年来对该启动法的实践和研究为基础，指出设计合理的启动电源和相应的电极结构，是可靠地实施该启动技术的关键，并对其节电原因作了讨论。
关键词：盐浴炉残渣 启动电源 电极结构
1.前言：
针对电极盐浴炉启动时间长、操作麻烦、耗电量大等问题，我公司于上世纪80年代初，首先研制成功以盐槽中无益而必然存在的少量残渣，作为启动盐浴炉的电热元件的电极盐浴炉盐渣电阻启动法，并以《电极盐浴炉快速启动法》的发明名称，获国家发明三等奖(发明证书号A01025)。该启动法用按钮在室温操作，代替采用笨重金属启动电阻的高温作业。缩短起动时间50-80％，节约起动用电30-50％。20多年来，该起动法一直在我公司热处理的5台盐浴炉(3台中温炉，2台高温炉)上应用，获得了良好的经济效益。本文通过我公司20多年来应用电极盐浴炉残渣电阻起动法实践和研究，使电极盐浴炉获得了最佳的启动电源和电极结构(已获两项发明专利)，并对起动方法中的若干问题进行探讨。
2.盐渣电阻起动的机理：
盐浴炉在使用过程中自然产生的盐渣，其成分十分复杂。从盐渣具有一定的铁磁性及化学分析的结果看，其中少量的铁及其氧化物，是电极盐浴炉盐渣电阻起动初期的主要导电物质。盐渣中的铁及其氧化物，经盐浴在工作时的高温烧结和电场力的作用，在盐浴冷却时，沉淀并凝固在固态盐中，其中一部分导电物质在电极间随机形成一些微小的导电通道。启动时，只要施加于电极间的电压足够高，使该导电通道获得的功率足够大时，它便迅速升温，将其周围的固态盐熔化，从定性分析知，决定盐渣电阻初始起动功率的主要因数有三个：
一、与电极间施加的电压平方成正比。起动电压愈高，初始起动功率愈大并使熔盐立即成为导电的主体。于是电极问的电阻减小电流上升。随着熔化区扩大，电极间的电阻不断减小，起动功率随之不断增加，最后熔化全部固态盐，实现了电极盐浴炉盐渣电阻起动。因此，确切地说，盐渣中含有的铁及其氧化物，是实现起动的必要条件，但它对起动所作的贡献是瞬问完成的。形象地说，通电盐渣起了“点燃”的作用。整个起动时间基本上是盐浴导电、熔化区不断扩大的过程。
二、与电极间的距离成反比。电极间距愈小，导电物质在电极间形成连续通道机率愈大，导电通道的长度愈短，电阻愈小，初始起动功率愈大。
三、与电极间盐渣中导电物质的量成正比。电极间的导电物愈多，导电物质在电极间形成连续通道机率愈大，导电通道的截面愈大，电阻愈小，初始起动功率愈大。因盐渣无流动性，过多的盐渣，不利于初始起动后熔化区的迅速扩大。
3 盐渣电阻法的起动电源
采用传统的金属电阻起动盐浴炉，因金属的电阻率很小，直接用盐浴炉自身的变压器或磁性调压器的低中档电压，即能满足要求。但盐渣电阻法中的盐渣电阻就不同了，其电阻值在0.1Ω～几千KΩ间变化，盐炉变压器或磁性调压器的最高36V以下的电压，无法满足启动要求。人为添加铁屑、有意留渣、不合理地缩小主电极间距，可以在较低的电压下实现盐渣电阻起动，但操作麻烦、起动不可靠、变压器易过载。
1980年起，我公司曾采用经改装的交流电焊机，利用盐炉变压器初级绕组及其铁芯组成的多级自耦变压器，380V可控硅自动调压等多种起动电源。但这些电源不同程度地存在起动电压调节范围不够宽、起动电流偏小、操作较麻烦、使用欠安全及电气元件易损坏等原因，早在1984年就停止使用，而被性能较优越的YKQ系列盐浴炉快速起动电源代替。其中，YKQ-1型起动电源，由共用铁芯的高压变压器(1000V，20A)、电抗器(220V，250A)组成。在盐浴炉的电极结构相同、固态盐的含渣量相似的条件下，YKQ-1型起动电源的原始起动功率，即击穿导通能力比380V可控硅自动调压起动电源提高8倍以上。经一段时间的使用，发现该起动电源的起动电流(250A)不够大，我们又研制生产了YKQ-2起动电源。YKQ-2起动电源是在YKQ-1型起动电源的基础上增加了一个自耦变压器(45V，400A)，有效地增加了最后起动功率。该起动电源已在我公司热处理点应用了近20年，至今仍在使用。山西、河南、河北、山东等省的许多单位购买了我公司生产的YKQ-2型起动电源，使用效果反映良好，但有些单位反映不如我公司好，出现这种情况的主要原因，是因为该起动电源中的高压限流方法不太合理，同时其绕组的电流密度取得偏大，高压变压器的线圈易烧坏。我公司现仍在使用的2台YKQ-2型起动电源，其中的高压变压器也曾多次烧坏，但因我公司能自行修理，故使用不受影响。
为克服YKQ-2型起动电源在多年使用中存在的不足，去年，又研制成功YKQ-3型起动电源，该起动电源的主体，是一台最高电压1000V，最大电流650A的高阻抗特种变压器。已在江苏、浙江等一些单位使用，效果良好。
4 盐渣电阻起动盐浴炉的电极结构
采用传统的金属电阻起动盐浴炉，起动装置是外加的，其初始起动功率与主电极的结构无关。只要起动电阻不烧断，金属电阻起动法不会出现起动不了的情况。仅仅是起动时间的长短而已。采用盐渣电阻起动盐浴炉时的情况就不同了。主电极的结构，不仅决定了盐浴炉的工作功率，同时决定了盐渣起动的功率。主电极在被兼用起动电极时，要根据起动电压、盐渣电阻、电极寿命、便于操作、确保盐浴炉的正常工作和变压器不过载等因素，合理设计主电极的形状、尺寸及布置方法，难度较大。20世纪80年代，我们在向全国推广应用本起动法中，由于限于当时对盐渣电阻起动规律的认识水平，未能向采用有关单位，推荐一种成功的电极结构。当时，有关报道盐浴炉快速起动方法的单位很多，都因其使用时间短及其它原因，未能发现或指出因电极结构不合理而存在的起动不可靠等问题，到20世纪90年代，几乎见不到有关报导了。
直至2000年，我公司5台盐浴炉的电极结构，仍与20年前的一样：单相炉的电极结构采用马蹄型，三相炉则采用三相三极块状结构。由于我们使用YKQ．2型盐浴炉快速起动电源，采用起动时卸开一相主电极的起动操作，起动时间均在1.5h以内。我厂的操作工已习惯并乐意用该起动方法。
鉴于国内广大盐浴炉的电极结构与我厂不同，也不习惯或不便采用在起动时卸开主电极铜排的起动操作，为使该起动方法获得成功的推广应用，经过多年的实践和反复研究，现已研制成功一种《主电极不对称电极盐浴炉》。该炉的电极结构既利用了自然残留的盐渣较小电阻作起动电热元件，又利用相对较纯的固态盐的高电阻率作绝缘物，配合采用YKQ-3型起动电源，使起动电流按设计的最佳途径流过，适应于各种不同炉型，起动操作极为方便。
5 盐渣电阻起动法的节电原因
1984—1986年，是国内推广应用盐渣电阻快速起动法的高潮，同时也引发了一场快速起动是否节电的大论战。我们认为快速起动肯定节电，作为该项技术的发明单位，无意参与是否节电的讨论，而是怎样通过不断实践、反复研究，寻找适合盐渣电阻起动的最佳起动电源和最佳电极结构，不断改进和完善该项技术。如今，通过多年特别是近几年的大量研究，盐渣电阻起动技术已日趋完善，缩短起动时间、节约起动用电已在使用单位得到证实。
与15年前相比，由于电价的提高，分时段计电价的实施和时间价值的突现，节电、省时、操作方便的盐渣电阻起动法，具有较大的推广应用的价值。该项技术能节电的主要原因有以下几点：
(1)起动速度快省电。由于各种形式的导热损失都与时间成正比，缩短起动时间，无疑减少了电能的消耗。
(2)停电时有利于加盖保温省电。加盖保温对于停电时间24小时以内的盐浴炉特别有效。此外，在盐渣电阻起动过程中，固态盐从下而上熔化，表层的固态盐也起保温盖的作用。
(3)节约空载保温用电省电。对于进行一班制或二班制生产的盐浴炉，可取消中间的空载保温，方便地改为随用随起动。金属电阻起动虽能做到随用随起动，但操作比较麻烦，起动电阻易损坏，起动时间较长，因此，对于一班制、特别是二班制生产的盐浴炉，选择空载保温，还带有一定的普遍性。
(4)推迟炉体的蓄热过程省电。炉体蓄热过程的时间，可长达十几小时，如果盐浴炉的起动时间与工作时间总和，小于炉体蓄热达到热平衡所需要的时间，则起动时间愈短，炉体的蓄热损失愈小。
6 盐渣电阻起动法对发挥盐浴热处理优越性的作用
由于盐浴炉具有结构简单、便于维修、加热速度快、炉温均匀、热处理零件少或无氧化脱碳、变形小等优点，因此盐浴热处理不仅在国内普遍应用，在德国的应用至今仍十分广泛。
起动时间长、操作麻烦、耗电量大，是传统电极盐浴炉的主要问题。盐渣电阻起动法业已解决了起动操作麻烦的问题，其起动升温至同一工作温度的时间，要比同功率的箱式电阻炉快得多。这就为经济、有效地利用晚间低谷廉价电进行热处理创造了条件，充分发挥盐浴热处理的优越性。
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