炼铸过程与控制技术

3.4.3.1 装料

1.冷料熔炼

冷料熔炼是指炉内没有铁液时加入炉料开始熔炼。

（1）起熔块的制作及选择 工频炉进行冷料熔炼时，为了加快熔化速度，要用起熔块。起熔块可利用浇注过程中的残余铁液用金属型或砂型浇注而成。从通电效率来看，起熔块的直径大些为好，但太大放入炉膛时易撞伤炉壁。起熔块受热膨胀还会造成对炉壁的挤压，因此起熔块的直径至少应比炉膛直径小10～20mm。由于感应炉感应电流的透入深度大，因此没有必要将起熔块选得过大，一般40～100mm即可。一个起熔块的质量一般为炉体容量的5%～15%。

对于5t以下小型炉，烘炉时钢制坩埚已取出（备捣制炉衬时重复使用），起熔块上面可以加入少量生铁。但对于5t以上的大型炉，烘炉时钢制坩埚不取出，则可选用2～3个小尺寸的起熔块。这与使用大的起熔块相比，不仅在制作和搬运上容易，装运时也不易损伤炉壁。起熔块上面可以加入部分生铁，高度不超过炉体高度的1/3。

中频感应炉冷料起炉时不需要起熔块，直接加入生铁、回炉、废钢等炉料。

（2）起熔块及金属炉料的装入 用行车吊入起熔块时应小心，不能碰伤炉壁。为防止炉底损伤，在炉底预先铺少量钢板（例如5t炉约50kg）或铁屑。加入金属炉料，一般放入斗内用行车装入或是采用电磁吸盘装入。待炉料装满后即可通电熔炼。但在使用易于搭棚的炉料时，应等起熔块熔化后再装入。

（3）装料 按少量渣料→生铁、回炉料→废钢的顺序进行。炉底加入少量渣料的目的是熔炼初期保护炉底。熔炼过铁液的冷炉无需加入渣料。

2.残留铁液熔炼

残留铁液可来自于其他熔炉，也可来自于熔炼出铁后的存留。采用残留铁液熔炼方式不仅可以提高生产效率，还可避免铁液性质异常。在残留铁液中补加金属炉料，使炉内铁液温度降低，金属炉料在熔化过程中可以增加石墨核心生成，固体金属炉料在铁液中熔化时可抑制熔化前的氧化。

感应电炉内有残留铁液，即使是开始通电的初期，由于负荷变动少，一开始就可以投入高功率，缩短金属炉料的熔化时间。在准确掌握残留铁液的质量、成分及温度的前提下，采用残留铁液熔炼时的炉料配比、成分调整、升温等操作方法与冷料熔炼时相同。无芯感应电炉或双联熔炼时，炉内残留铁液量有时少至1/10，而有时多至9/10，是根据生产状况而定的。从加入金属炉料至出铁一个熔炼周期的时间，因残留铁液量的不同而有所差异，但以1～1.5h为好。所以一天熔炼8h的熔炼周期为5～8次。

在夜间或两班制作业的班间时间的铁液保温，有满炉和少至1/4～1/2的铁液，此时的保温温度以1300～1400℃为佳。

炉内有铁液时，每次加入金属炉料不宜过多，以防出现搭棚。采用感应电炉熔炼，炉料搭棚现象很少发生。但使用松散炉料，诸如横浇道那样的多分叉炉料、黏砂及生锈而易产生熔渣的炉料及全部采用铁屑等，容易出现搭棚。防止搭棚的最好办法是控制加料量，以便于经常观察到部分金属液面。

薄钢板和铁屑应加在洁净的铁液中，以防被电磁力拉向炉壁而造成熔渣卷入，使其难以熔化。

不用起熔块，若从通电开始就装满炉料，会使负荷变动增大而妨碍频率变换。另外，并联变频中频感应电炉在处于高负荷状态时产生频率变化错乱，为此，对金属炉料还是逐次加入为好。

3.4.3.2 监控

1.化学成分

不同容量的感应炉熔炼铸铁时，铁液化学成分控制的范围是不同的。

表3-27、表3-28列出了不同容量感应炉熔炼常用牌号灰铸铁时，化学成分的控制范围。

表3-27 5t以下电炉熔炼化学成分控制范围

表3-28 5～20t电炉熔炼化学成分控制范围

表3-27与表3-28中牌号对应铁级只作一般性参考，特殊情况应特别处理。

高强度低应力铸铁化学成分控制范围见表3-29、表3-30。

表3-29 5t以下电炉熔炼化学成分控制范围

表3-30 5～20t电炉熔炼化学成分控制范围

球墨铸铁化学成分的控制范围见表3-31。

表3-31 球墨铸铁化学成分控制范围

2.铸铁炉料配比

铸铁炉料配比见表3-32、表3-33、表3-34、表3-35和表3-36。

表3-32 5～20t电炉生产普通灰铸铁的炉料配比

注：括号中数据为目标值。

表3-33 高强度低应力铸铁的炉料配比

注：括号中数据为目标值。

表3-34 5t以下电炉生产高强度低应力铸铁的炉料配比

表3-35 5～20t电炉生产高强度低应力铸铁的炉料配比

注：铁合金不计在金属炉料百分比内。

表3-36 球墨铸铁炉料配比

3.灰铸铁熔炼工艺

（1）加料 按原材料要求组织进料，不符合工艺规定的需经有关部门批准后方可使用。按化学成分控制范围计算配料，下发炉料配比通知单，加料工按配料通知单加料，加料误差在批料质量的±5%以内。加料顺序是：生铁→回炉铁→废钢→各种合金。

电炉炉前临时调整化学成分，配加金属炉料重量计算后下指令加料。

（2）熔炼控制

1）工艺流程：

①取样。加料后送电熔化至1400～1420℃时取样，做炉前化学成分检验，并按检验结果进一步调整化学成分在控制范围内。

②过热。1420℃大功率送电15～20min，使铁液温度提高到1500～1510℃，让铁液充分过热净化。

③扒渣。1500～1510℃出铁前扒净浮渣（在加入的合金未熔净前不应扒渣，防止未熔化吸收的合金成分随渣扒走）。

④出铁。铁液出炉温度为1420～1450℃，进行包内孕育处理，加保温覆盖剂。

2）电炉熔炼的铁液与冲天炉熔炼的铁液其铸件基体组织与石墨形态有一定的差异，具有以下不良特性：

①电熔铁液与冲天炉铁液相比晶核数量少，过冷度增加，白口倾向大。

②在亚共晶灰铸铁中，A型石墨数量极易减少，D型、E型石墨增加，并且与D型、E型石墨伴生的铁素体数量增加，珠光体数量减少。

③具有较大的收缩倾向，铸件厚壁处易产生缩孔和缩松现象，薄壁处易产生白口和硬边等铸造缺陷。

凡是发生裂纹、缩孔缺陷的铸件，石墨形态大都为E型石墨或E型石墨含量较多；白口缺陷铸件石墨形态以D型为主。

原因：

①铁液含硫量低。铁液含硫量低时白口深度较大，随着含硫量的增加，白口深度逐渐减小，达到一个最小值，此时含硫质量分数为0.05%～0.06%。然后，随着硫量的增加白口深度再度增加。低硫时共晶团数少，即成核度很小，随着硫量的增加，共晶团数急剧增加，当含硫质量分数达到0.05%左右时，共晶团数增加趋向减缓。电炉熔炼灰铸铁的含硫质量分数一般情况下只有0.03%～0.04%。实践证明，当电炉铁液含硫质量分数在0.05%以下时，常规孕育效果极不明显。含硫质量分数≤0.03%时，铸件白口倾向增大。

②铁液高温保温时间长。作为形核晶粒，硫的化合物在保温期间大量熔融，从而导致硫化物晶核减少，石墨成核能力降低，并且随着铁液保温时间的不断延长，过冷度继续增大。越是高牌号铸铁，保温温度、时间对过冷度的影响越显著，而且不管是否孕育，都随铁液温度的提高、保温时间的延长，导致过冷度的增大、白口深度增加。

解决措施：

①成分的选择原则是CE含量略高于冲天炉。采用炉前快速热分析仪与理化分析相结合检测手段，要求严格炉前分析仪的成分控制，原铁液CE=3.8%～4.0%，孕育量为0.2%～0.6%，出炉温度为1510～1550℃（小吨位电炉取上限）。铸件化学成分为：w（C）=3.1%～3.45%，w（Si）=1.6%～1.9%，w（Mn）=0.8%～1.2%，w（P）≤0.10%，w（S）=0.05%～0.08%。

②为改善铁液在高温长时间保温下带来的不良影响，可采用大功率电炉，制定“快熔快出”的工艺操作方法。

③应用高长效孕育剂抑制E型石墨。例如使用FeSi70Ba5长效孕育剂，增加了二氧化硅质点，给A型石墨的形成提供了必要的条件，同时由于硅铁中钡的加入，延长了有效孕育时间，抑制了E型石墨的产生，铸件的裂纹缺陷明显减少。

④应用增碳剂，以增加石墨质点，消除白口。

⑤应用增硫剂。为克服含硫量低、形核数量少的现象，可使用增硫剂，使铁液硫质量分数由0.03%增加到0.06%～0.08%，以增加形核数量，铸件金相组织中全部为A型石墨或A型石墨为主，石墨长度为2～3级，两端变钝；基体组织珠光体质量分数达到90%以上，由于珠光体含量的增加，改善了铸件的强度和切削性能。

3）孕育控制：

①随流孕育。中频电炉随出铁（或倒包）均匀加入包内，加入时间应占出铁时间的80%以上，孕育剂粒度要求5t以下电炉3～8mm，5t以上电炉10～25mm，孕育剂质量分数0.2%～0.6%。应避免将孕育剂扔在包内浮渣上，以保证孕育效果。

②包内浮硅孕育。根据炉前三角试样白口深度及断面密度情况，决定是否进行浮硅孕育。加浮硅孕育剂时，加入量为铁液质量的0.10%～0.15%，块度为5t以下电炉30～50mm，5t以上电炉60～100mm，具体加入量根据炉前情况决定，浮硅孕育剂在浇注前加入包内浇嘴后方。

③浇口杯瞬时孕育。对大、重型及特殊要求的铸件，采用浇口杯瞬时孕育。孕育剂加入量占铸件浇注质量的0.05%～0.10%，粒度为0.5～2mm。加入方法为采用专用机械瞬时孕育装置，与浇注铁液流同步均匀加入，时间为浇注时间的90%以上。

（3）检验要求

1）炉前检验要求：

①铁液出炉温度检测。使用快速热电偶在炉内测定，记录在炉前控制及浇注记录表内。

②炉前三角试片检验。每包铁液必须进行三角试片检验，白口应在铁液级别的白口控制范围内。但高强度低应力铸铁断面敏感性小，除检验白口外，还应对三角试片断面密度情况进行观察判断。取样应在合金加入20min后，位置在液面以下200mm处。

2）浇注检验要求：浇注温度检测使用快速热电偶浇包内测定；浇注时间检查员用秒表测定。

3）试样检验要求：每炉次浇注一组（三支）ϕ30mm试棒，注明产品型号、件号、制造号、浇注日期，由检查员送理化室进行检验，并填写检验报告单。

化学成分检验：C、Si、Mn、P、S及Cr、Cu、Sb等；力学性能检验：抗拉强度和硬度（HBW）；金相组织：一般不做要求，如果需方要求，可按GB/T7216—2009《灰铸铁金相》标准执行。铸件有本件硬度要求时，由质检部门按标准检验。

4.感应电炉增碳工艺

为提高感应电炉生产的铸件质量，必须减少生铁用量，提高废钢加入量，为此在感应电炉熔化铁液过程中，为达到铸铁件含碳量要求，需用增碳剂对铁液进行增碳。

1）增碳剂增碳的效果见表3-37。

表3-37 增碳剂与增碳值

注：此表可作为配料计算参考。

铁液中的硅对增碳效果有较大的影响，硅含量高的铁液增碳性不好，铁液中硅的质量分数在0.6%～2.1%的范围内变化，随着铁液中硅的质量分数提高，增碳速度变慢。硫对增碳剂增碳效果也有影响，随着铁液中硫的质量分数增加，增碳速度减缓。所以，电炉熔炼铸铁时，应先增碳，然后加硅合金和增硫。

2）增碳剂的加入方法：铁液的搅拌可以促进增碳，因此搅拌力弱的中频感应电炉与搅拌力强的工频感应电炉比较，增碳相对困难得多。即使是搅拌力强的工频感应电炉，增碳操作也不能忽视。这是因为，从感应电炉熔炼的原理可知，感应电炉内存在上下分开的搅拌铁流，在其边界的炉壁附近还存在着死角。在炉壁停留、附着的石墨团如果不用过度升温和长时间的铁液保温是不能熔入铁液的。铁液过度升温和长时间的保温，会增大铁液过冷度，有加大铸铁白口化的倾向。此外，对于在炉壁附近产生强感应电流的中频感应电炉来说，如果附着在炉壁的石墨团之间钻进铁液，在进行下一炉熔炼时，钻进的金属被熔化，导致侵蚀和损伤炉壁。因此，在废钢配比高、加入增碳剂多的情况下，加入增碳剂要更加注意。

①集中加入法。电炉空炉或炉底有启炉料时，将粒度为1～5mm的增碳剂按计算出的加入量一次性加到炉底，然后上面加废钢、生铁等炉料，加满炉送电熔化，此为前期增碳法。

②炉内冲入法。电炉内铁液升温至1500℃以上停电，出铁到包内，炉内铁液完全出净或剩少许，将粒度为1～5mm的增碳剂，按计算加入量再加上0.2%的烧损量，一次性加入炉底，迅速将包内铁液倒回电炉冲溶，然后用低频率送电进行电磁搅拌，此为后期增碳法，增碳效果优于前期增碳法，倒入铁液量一般应超过炉容量的2/3。两种方法采用哪种都可以，视车间的具体情况而定。

5.感应电炉熔炼灰铸铁增硫工艺

由于感应电炉熔化的铁液含硫量偏低（质量分数为0.02%～0.03%），严重影响孕育效果，为改善用电炉生产的灰铸铁件的品质和性能，原则上应采用增硫剂对电炉熔化的灰铸铁铁液进行增硫处理。

增硫剂的主要成分为硫化铁（FeS₂），含硫质量分数＞48%。增硫剂的加入量，一般为铁液质量分数的0.1%左右。增硫剂加入方法：在加料前随增碳剂一起加入。增硫剂增硫后铁液含硫量范围：5t以下电炉熔化的灰铸铁铁液终了含硫质量分数控制在0.08%～0.10%；5t以上电炉熔化的灰铸铁铁液终了含硫质量分数控制在0.05%～0.08%。增硫剂使用范围：只能用在感应电炉生产的普通灰铸铁件上。

6.球墨铸铁熔炼工艺

1）脱硫处理。铁液在球化处理前应进行脱硫处理，可采用炉内脱硫和包内脱硫两种方法。

电炉脱硫：往炉内加入CaC₂，加入量为铁液质量分数的1%，铁液温度为1450～1500℃。也可采用包内冲入法加入铁液质量分数为0.5%～1.0%的工业纯碱（Na₂C0₃）。脱硫后要立即扒渣防止铁液降温回硫，然后倒回电炉再进行球化处理。如果达不到硫量要求，可连续再次脱硫。

电炉—冲天炉双联熔炼脱硫：冲天炉出铁时采取包内冲入法第一次脱硫，加入质量分数为0.5%～1.0%工业纯碱（Na₂CO₃）；电炉提温后，可根据含硫量再次进行脱硫，然后球化处理。

2）球化处理。堤坝包冲入法：按铁液量质量分数的1.4%～2.0%加入球化剂，根据球化剂质量好坏、含镁量高低及球墨铸铁牌号、铸件要求确定。球化剂加在堤坝内侧后，覆盖硅铁孕育剂，然后再加其他覆盖剂，如铸铁屑、珍珠岩、草灰等。电炉铁液的过热温度为1500～1510℃，球化处理温度为1420～1450℃，视其铸件大小、壁厚确定，生产10kg以下薄壁小件处理温度为1470℃。

3）孕育处理。孕育剂加入量：总孕育量为铁液量质量分数的0.8%～1.5%，视铁液级别、铸件特点而定。珠光体球墨铸铁，厚大铸件孕育质量分数不得超过1.2%。随流孕育为总量质量分数的50%，包内孕育质量分数为40%，浮硅质量分数为10%，瞬时孕育为铁液质量分数的0.05%～0.1%。浮硅孕育、瞬时孕育加入方法与灰铸铁相同。

4）加料要求与灰铸铁加料要求相同。

5）熔炼控制与灰铸铁熔炼控制相同。

6）检验要求。

①炉前检验要求。铁液出炉温度检测：使用快速热电偶在电炉内测定，记录在电炉炉前控制及浇注记录表内。

炉前三角试片检验：球化处理后，取三角试样进行三角试片检验，合格后方可浇注。

②浇注检验要求：用快速热电偶在浇包内检测铁液浇注温度。浇注时间由检查员用秒表测定（关键件）。

③试块检验及要求：单铸试块：浇完铸件后，用同包铁液浇注单铸试块。Y形单铸试块的结构尺寸见图3-22与表3-38，浇注后覆盖保温剂，待冷至500℃以下打箱，每炉次浇三块试块。

图3-22 Y形单铸试块结构尺寸

表3-38 Y形试块尺寸

附铸试块：当铸件质量不小于2000kg，而且壁厚在30～200mm范围内，有附铸试块要求时，可按《GB/T1348—2009球墨铸铁件》标准执行。

④化学成分检验：C、Si、Mn、P、S、Re、Mg及合金元素Cu、Sb、Bi等含量。

⑤性能检验：R_m、R_P0.2、δ、HBW。

⑥金相组织检验：石墨形态、石墨大小、球化率。

7.球墨铸铁浇注工艺

（1）浇注前的准备 浇注工必须全面熟悉所浇铸件的工艺，浇注前应了解浇注顺序，所需铁液牌号、质量以及铸型的分布情况。检查起吊设备是否正常，检查浇包数量、修包质量以及烘干预热等是否合格。备好保温、聚渣、引火、堵出铁口等材料以及挡渣，扒渣、堵铁口等工具。备好倒剩余铁液用的铁模。

（2）浇注 按浇注顺序、工艺要求进行浇注。第一次盛铁液的浇包如发现沸腾现象应立即停止出铁液，该包铁液不得浇注铸件，可浇芯骨或回炉料。浇包嘴应尽量接近浇口杯，减少铁液冲击和飞溅。浇包嘴距浇口杯最高距离200～500mm，视铸件大小而定。铁液浇入浇口杯的方向应朝向没有直浇口的一侧，避免产生涡流。整个浇注过程中，浇口杯应充满铁液，浇注不得中断，重要铸件要使用浇口塞。用多个铁液包浇注大件时，包与包的浇注时间和温度应相接近，包与包开始浇注时间差不得大于20s，温度差不应超过25℃。浇注温度应按工艺要求控制，无工艺要求的铸件一般可按表3-39、表3-40执行。

表3-39 灰铸铁浇注温度（常温环境）

表3-40 球墨铸铁件浇注温度（常温环境）

浇注开始后，应及时引气。检查员应认真填写电炉炉前控制及浇注记录表、铸铁孕育处理控制表（5t以上）、熔炼、浇注检查记录。

8.节能措施

1）中频感应炉应采用专用变压器，使中频感应电炉的损耗尽量减到最小，限制变压器的空载运行，有利于变压器的节能降耗。尽量采用串联电路的中频电源，以提高变压器的功率因数。

2）正确选择中频感应炉的容量、匹配功率。通常主要考虑炉子的生产率是否能满足铁液需要。在有时需要大量铁液供生产大型铸件用的场合，不宜选用单台大容量的炉子，而应当在正常生产要求条件下选择多台适当容量的炉子。这样，既可以提高生产过程的灵活性和可靠性，解决单台大容量中频感应电炉由于事故所引起的停产问题，又可以减小熔炼少量铁液时因为容量过大达不到额定功率而增加电力浪费。中频无芯感应炉的主要技术参数和技术经济指标见表3-41。

表3-41 中频感应炉主要参数

因此，在同一容量的炉种下，应增大中频感应熔炼炉的匹配功率，以提高电炉的熔化效率，降低其耗电。

3）铜线圈工作温度每升高10℃，其电阻增加4%，电能损耗也提高4%。铜原料采用电阻值低的1号电解铜，增大感应线圈、水电缆横截面积，降低感应线圈、水电缆的工作温度，从而降低感应线圈、水电缆的铜损。

4）采用新型阻垢器、封闭水冷系统。

①线圈内壁的水垢是一层隔热层。当水垢厚度为0.5～4mm时，综合传热系数比无垢时降低22%～70%。换热能力降低，线圈温度上升，其电阻值增大，造成无功电耗的增加。当局部温度较高时，有烧毁线圈、水电缆的危险，故必须采取相应的措施去除水垢。

②采用新型阻垢器。它是用数个电极组成平稳电容器组，带电的冷却水经过电容器组产生电势，并且在此电容器组接上线圈形成谐振，并联谐振电路提高了电极上的电压。线圈同时也对中频直流分量短路形成法拉第笼，降低直流电位差，对金属如铜、铁有阻垢作用。在金属电极上产生的电势对水中结垢物产生洛仑兹力和热效应，从而疏松、细化水垢结晶物，令其悬浮在水中并定期排出，达到抑制结晶、防止水垢产生的作用。用比铜铁电极电位较负的铬锌作电极可防止铜铁的腐蚀。使用效果表明，设计的新型阻垢器阻垢效果较好，有效降低水垢的产生，一年清洗一次即可，感应器、水电缆使用寿命显著延长。

③采用封闭式循环冷却水系统。冷却水应该采用硬度低的软水，最好是采用蒸馏水以尽量减少水垢的形成几率。

④严格控制感应线圈内循环水的温度。进水水温一般在20～30℃为宜，出水温度不宜超过50℃。

3.4.3.3 故障预防和排除

1.中频电源操作

（1）准备操作

1）检查各进线电压是否正常。

2）检查各水压及各路水路是否正常。

3）检查主控板及逆变脉冲的对应指示灯是否正常。

以上各项均正常方能启动加热电源。

（2）电源操作

不管采用何种控制电路，启动时要遵循先合控制电源，再合主电路，最后启动中频，停止时则刚好相反，先停中频，再断主电路，最后断开控制电路。

1）启动操作：

①合上供电开关DZ，为启动中频作准备。

②合上控制电源开关SA，电源指示灯亮。

③按主电源启动按钮，主电路通电。

④按中频启/停旋钮，运行指示灯亮。

缓缓调节功率、调节电位器PR，并注意观察频率表，若有指示并能听到中频叫声，说明启动成功，启动成功后将电位器PR一次旋到底，同时主控板上的“启动”灯灭，“压环”灯亮。若启动不成功，需重新启动。

2）停止操作：

①将功率调节电位器PR逆时针旋转到底，所有指示仪表为零。

②按中频启/停按钮，运行指示灯灭，中频停止。

③按主电源关闭按钮，主电路断电。

④关闭控制电源开关SA，电源指示灯灭，控制电源断电。

⑤下班前关闭供电开关DZ。

（3）其他说明

1）当发生故障停机后，控制板能保持记忆，只有等排除故障按中频启/停按钮后，电源才能重新启动。

2）发生故障或紧急情况时，应首先按下中频启/停按钮，然后按停止电源程序将电源停止，待排除故障后方能重新启动电源。

3）水泵停止时间应根据熔炼炉感应线圈中的水温来决定，一般应在电源停止后0.5～48h停止水泵（0.5～30t炉体）。

（4）故障与报警 电源设置了一套比较完善的故障与报警系统，当系统发生故障时，与之有关的指示灯亮，并指出故障类型，有关人员可根据指示灯判明故障产生的原因，并采取相应的措施。电源通常设置过流、过压、缺相、缺水、水压过低（欠压）五种故障。

2.常见故障及其处理

（1）整流电路常见故障（见表3-42） 脉冲相位的测量用双踪示波器，在查看晶闸管的触发脉冲范围时，用示波器Y1通道的“正”笔接至1号晶闸管的门极，“负”笔接至阴极，这样在屏幕上会出现1号晶闸管的脉冲，然后把示波器Y2通道的“正”笔接到同步变压器副边U_a相的正端，，“负”笔接至U_a相的负端，通过两个波形就可以确定脉冲的相位。

表3-42 整流电路常见故障

1）晶闸管无触发脉冲，熔断器熔断或晶闸管因触发功率不够等原因都可能无法导通，致使整流电路一个桥臂不能正常工作，从而使直流电压偏低。用示波器观察直流输出电压，就可发现直流输出电压不正常。

2）在正常情况下不同控制移相角的直流输出、电压的波形图以及管压降的波形图不同，三相全控电路对一般无源负载来说，在控制移相角α大于90°时，直流电压U_d及管压降U_t的稳态波形图是观察不到的，因为此时电流连续的条件已无法达到，这一条件只在有源负载时才有可能满足。这一点在观察整流输出波形时应清楚地知道。

3）平波电抗器的常见故障莫过于线圈绝缘击穿，这往往是电抗器结构设计和运行条件不良而导致的。电抗器线圈用空芯铜管绕制，在使用过程中，因水质较差，往往在水管内壁产生水垢，水垢的长年累积，使冷却水量减少，甚至引起水管阻塞，从而导致线圈过热，使线圈绝缘老化加速，这是引起线圈绝缘破坏的原因之一。另一个原因是设计流过的电流过大，超过铜管的截面承受电流。

电抗器在使用过程中，如发现水路不畅，则宜用稀盐酸冲洗后，再用高压水或空气冲刷。另外在开机后，发现有异常声响时，有可能是电路的故障，但电抗器本身层间或匝间短路等故障也是有可能存在的。此时可用示波器观看每匝线圈上电压波形是否正常，若某匝线圈上没有电压，则此匝线圈可能在某处短路，应修复或更换。

（2）逆变器故障

1）逆变桥关不断。

故障现象：此故障如果在低功率输出时发生，则逆变可能照常进行下去，但工作也很不正常，这时装置发生的中频声音突然下降，整流电流I_d显著上升，整流电压U_a下降。如其中四号桥臂关不断，则四号桥晶闸管电压U₄的波形就是一条直线。这时1号和2号桥臂可以正常换流，波形也是正常的。而3号桥臂的晶闸管电压U₃的波形不正常，应当说明的是3号桥臂的这个波形是因为4号关不断所致，不应该误认为3号臂晶闸管有问题。

故障原因及检查：这种故障往往是先由一个晶闸管关不断引起，然后桥臂上串联的另一个晶闸管受全电压，因此开关损耗增加，温升提高，关断时间增长，造成晶闸管关不断。

故障的根本原因是晶闸管本身性能不稳定，可能测试当时晶闸管的关断时间测量是合格的，以后逐渐变质。

应检查4号臂所有晶闸管的关断时间。

2）逆变桥一个桥臂不导通。

故障现象：

如果在满功率输出时发生这种故障，则逆变立刻失败，过流保护动作。

如果在低功率输出时发生这种故障，则逆变可能进行下去，这时中频频率突然下降，U_a减小，I_d增大。如果3号臂不导通，则4号臂也无法关断，用示波器观察U₄也是一条直线，3号臂的电压等于负载电压，所以U₃波形是完整的正弦波。应该注意：与上例相比，现在U₄波形也是一条直线，是和上例一样的，但是现在故障的根源却不在4号桥臂上，而是在3号桥臂上。

故障原因及检查：

在出现上述故障时，立刻用示波器观察故障，观看桥臂上有没有触发脉冲及触发脉冲的大小，以判断故障原因是否在触发系统。

如是触发系统故障，不能发出脉冲，则将转换开关拨到“检查”位置，逐级检查触发系统各部分波形，查出故障点。

晶闸管控制极开路或短路以及控制极内阻过大，则即使有触发脉冲也无法使晶闸管导通，这时用万用表检查晶闸管控制极与阴极间的电阻。

通常出现的是桥臂中串联的两个晶闸管中有一个不导通，则整流桥臂也就不能导通。

3）逆变桥相串联的一只晶闸管关不断。

故障现象：当I_d低时，中频装置声音正常，仪表读数均在正常范围内，但升高功率时，主回路电流也随着增大，系统突然失控，保护动作。

故障原因：

晶闸管外部散热不良，这可能是散热器面积不符合要求，冷却条件不符合规定。

晶闸管内部损耗增加，例如正向压降太大，引起平均损耗增加，或者由于工作频率高，使开关损耗增加。

4）串联的晶闸管开通时间不一致。

故障现象：当逆变器一投入工作时，用示波器观察两只串联的晶闸管时发现SCR₂在t₁时刻提前导通，而SCR₁在t₁时刻承受全部电压。

故障原因：

由于触发脉冲前沿不相同，造成开通时间不一致。

触发脉冲前沿相同，但是两只串联的晶闸管的触发灵敏度相差太远，则触发电压低的管子先导通，而触发电压高的管子将在一段时间内承受全部正向电压，晶闸管可能因此过电压而损坏。

解决措施：提高触发脉冲的前沿；选择触发灵敏度相近的元件串联应用。

5）串联的晶闸管反向阻断特性不同。

故障现象：当逆变器投入工作时，用示波器观察两只串联的晶闸管反向电压时，发现U₁、U2分配不均。

故障原因：这是因为t_off不一致的晶闸管元件相串运行，会产生直流偏移，因动态分压不均而导致系统失控。

假设SCR₁、SCR₂由于导通变成关断，开始是由电容C向它们流过反向的换向电流，使SCR₁、SCR₂逐渐关断，但SCR₁、SCR₂的t_off不一致，假设SCR₁首先恢复阻断能力，这时电容中的换向电流便将沿C₁、R和SCR₂、LK₁、LK₂流过，同时向C₁和C₂充电，由于C₁多充了ΔU的电压，使SCR₁的反向电压比SCR₂高，即Ua₁大于Ua₂，显然当t_off1和t_off2的差别大到一定程度，使t₀时SCR₂便不能关断，当SCR₂一旦承受正向电压时，便丧失阻断能力，导致系统失控。当全部电压将加在SCR₁上时，SCR₂将因此过压损坏。

（3）负载回路的主要故障 负载回路包括感应炉器（感应线圈）、中频补偿电容器、中频变压器、连接母排和通水软电缆等。因此负载回路故障主要是由于上述元件失去原有指标而引起的。

负载回路产生故障时，会产生下列主要现象：中频电源无法启动工作；能启动工作，但到一定电压或电流时逆变失败，保护动作停机；能启动，但发生无规律的逆变颠覆；电源能正常工作但常发生烧毁逆变晶闸管现象等。

故障原因及排除方法：

1）中频补偿电容器短路。在并联逆变器中，中频补偿电容器与感应器并联，当中频补偿电容器短路时，造成负载回路短路，因此使负载回路不能产生振荡，使中频电源无法工作。为了找出短路的电容器，可采用解脱试验法，即每次脱开二或三只中频补偿器，试验启动，当中频能正常启动后，说明脱下的这组中频电容器中有击穿短路的。这时可用万用表10kΩ档去测电容器两端，短路电容器的电阻为零，不能充上电压；正常电容器则是当万用表测量时为零，以后指针逐渐向高电阻端移动，一般电阻超过500kΩ以上的电容器是正常的。

2）中频补偿电容器耐压降低。目前晶闸管中频电源采用的中频补偿电容器主要型号为RWF0.75-180-1或RWF0.75-360-1等，它们的耐压均为中频电压750V。当中频电容器耐压降低时，中频电源工作在某一固定中频电压后逆变即失败。查故障方法可同第一点，阻值小于500kΩ的电容一般耐压已降低。

3）中频补偿电容器开路。当中频补偿电容器开路时，对中频电源正常工作没有多大影响，只是电源工作时频率比正常时高，这时只要再并几只新的中频补偿电容在槽路上，直至频率达到正常值时为止。

4）感应器匝间短路。当感应器匝间严重短路时，中频电源无法启动工作。如感应器有两匝相碰，这时中频电源有可能启动，但频率较高，电流较大，功率稍升高就会造成逆变失败；另一种现象是感应器松动。当小功率时电源无异常，但当功率增加时由于电流增加，使电磁力增加而感应器匝间互相吸动，或加料时振动等都可造成匝间瞬时短路情况，这时由于运行参数突然改变，使中频电源声音异常。造成上述故障原因一般是由于感应器在工作时断水，把感应器匝间绝缘体严重烧损所造成的。在平常工作前只要仔细检查是不难发现这些故障的，在判别较困难时可用完好的感应器来替换，以确定上述故障存在与否。

5）炉料穿透坩埚与感应器铜管短接，这种情况相当于变压器副边短路，也相当于感应器短路，使中频电源无法启动工作。

6）通水电缆断芯。熔炼炉倒钢液时，通水软电缆与熔炉一起倾动而经常发生弯折现象。特别是与熔炼炉的连接头和软电缆连接都用铜焊焊接，因此在焊接处易断裂。多股软电缆的断裂过程，往往是逐渐先断掉大部分后，在大功率运行时把没断的小部分很快烧断，这时中频电源会产生很高的电压，如过压保护不可靠时，将烧坏逆变晶闸管。通水软电缆断开后，中频电源就无法启动工作。如不检查出原因而反复启动时会损坏其他电气元件。检查水冷电缆断芯与否，可先把软电缆与中频补偿电容器输出铜排脱开，测量时应把熔炉转到倾倒位置，使电缆吊起，这样使断开的芯线与接头彻底脱离，用万用表R×1k档测量，不断时R为零，断开时R为无穷大，由此可正确判断断芯故障。

7）中频补偿电容器与输出母排、母排与母排、母排与软电缆等的连接螺栓松动。由于流经母排的电流很大，工作时母排的温度也较高，因此容易引起连接螺栓松动，松动后接触电阻增加，致使连接处温度升高。高温会造成母排连接处表面氧化，使其接触不良而产生打火现象。往往由于打火干扰引起逆变失败。因此中频电源母排上所有连接螺栓应经常检查并旋紧，以避免接触不良和开路故障。

8）炉子感应器和中频补偿电容对地短路，与主回路对地短路情况一样，会造成烧毁晶闸管的严重故障。故当出现烧损晶闸管故障时，除重点检查保护外，还应检查感应线圈对地或中频补偿电容器外壳对地是否有短路或绝缘不良。一般用万用表R×1k档检查感应器和补偿电容外壳对地电阻，电阻不应小于5kΩ。对绝缘下降，由于万用表电池电压较低，故很难判断，可用500～2500V兆欧表检查。

（4）感应电炉的常见故障及排除（见表3-43）

表3-43 感应电炉的常见故障及排除