中频感应电炉（medium-frequency induction furnace）是一种将三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的电流，供给由电容和感应线圈里流过的交变电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流，受电阻作用而使电能转变成热能来加热物料,即电动效应；所以，也可认为感应电热是一种直接加热式电阻电热。
一、中频感应电炉安全保护系统
1．冷却水系统 中频电源、感应线圈、水电缆等都需要用水进行冷却。因为被冷却的器件大多是带电体，如晶闸管、感应线圈、水电缆等，所以直接冷却这些器件的冷却水的导电率必须低于规定值，连接软管必须是无碳胶管。此外，冷却水的进水温度、出水温度、水压和流量都必须符合设计规定。电炉的冷却水系统设有各种传感器，以监测冷却水的相关参数。当冷却水参数出现异常、超出设定值时就会报警，或停止设备运行。
中频电炉的冷却水泵站要配两台规格相同的主水泵（一用一备），并且必须配有应急冷却水系统。当电网供电中断造成主水泵不能工作时，应急冷却水系统可为炉体提供冷却，避免炉体损坏。
2. 液压系统 中频无芯感应电炉的液压系统用于倾炉倒出熔化的金属液，以及炉盖的开启和关闭。为保证工作可靠，电炉的液压站应配置两台规格相同的主泵（一用一备）。 倾炉液压缸的进口端需装节流阀，以防止炉体因液压系统失压而突然落下。
在电网供电中断时间较长的情况下，电炉内的熔融金属有可能会冷却、凝固，这种情况可能会损坏炉衬，若通过运行电炉来熔化凝固在炉内的金属是非常危险的，因此电炉的液压系统应配有应急系统。当电网供电中断时，如有必要可用此应急系统将炉内的金属液倒出，以免凝固在炉内。
3. 接地漏炉监测报警 在中频炉的运行时，炉衬损坏就会导致漏炉事故。如果熔融金属从炉衬渗漏出来，就会损坏感应线圈的绝缘、线圈支柱和磁轭。如熔融金属将线圈铜管烧漏，则管内的水与熔融金属接触可能引起爆炸，造成严重事故。感应线圈的交流供电回路上可以并联一个直流电路。炉内的熔融金属通过炉底电极接地，感应线圈与直流电源和毫安表串联并接地，因此金属液、炉衬、线圈和毫安表连成一个直流回路。在炉衬状况良好时，由于炉衬的电阻很大，则毫安表显示值很小；若炉衬状况差，有熔融金属渗入到炉衬内接近感应线圈时，则炉衬的电阻就会减小，毫安表的指示值变大。当电流值超出设定值时，就会发出报警，并切断主电源，这样就可防止漏炉事故的发生。
4. 自动故障诊断 现代感应电炉配有计算机管理系统。系统对设备的各设置点进行扫描，当发现设置点的参数异常时，就会发出报警并能显示和记录故障的信息。由于扫描的速度很快，每分钟达数百次，因此故障在其初始状态就会被发现，这样就不会使故障造成严重的设备损坏。
除上面所列之外，还有其他一些安全措施，如当中频电源的柜门打开时，通过机械连锁会自动切断进线电源；又如每个电容器上都装有压力开关，当电容器的内部压力超过设定值时会报警，并切断电源，以防止电容器因内部压力过高而爆炸。
二、筑炉和启熔
（一）筑炉
1．主要筑炉工具
（1）马丁振动器(气动)：工作气压0.6ＭＰa以上，如压缩空气系统压力不够，可使用增压泵，压力可达0.8ＭＰa。
（2）六齿捣固叉；圆型捣固头；月牙型捣固头；捣固工具连接铁管；热电偶、多点温度记录仪。
2、筑炉前准备工作
（1）中频感应电炉的检查及调试。炉子的机械系统、液压系统、电气系统、水冷系统，必须在筑炉前调试完好，并做无炉衬冷态试验。报警装置信号设定好报警值。排除炉子运行中可能出现的意外故障。
（2）模具准备。模具制作严格按图纸要求验收，模具表面要打磨光滑，表面进行除锈处理。
（3）启熔准备工作。准备启熔块：小块干净的废钢、生铁、小块干净的回炉料。
（4）热电偶。铂－铑铂LB，温度范围0～1500℃，长度：2.5m、2m、1.5m 各一根（按标准型号配备），多点温度记录仪：1台。补偿导线若干米（与热电偶配套）。铁管或角钢：3根，2m、1.5m、1m各一根。
（5）耐火材料准备按每次所需要更换的耐火材料进行准备。绝大多数都是更换炉膛耐火材料。主要是：炉衬料：1001；炉口料：88A；炉嘴料：A76；滑动平面料（云母纸）。
（6）泄漏蛛网准备泄漏蛛网按图样要求制作2套，准备氧气橡胶管：长200㎜，16根
3、炉衬耐火材料打结施工
（1）检查炉底环、炉口环、线圈耐火材料是否完好，顶出块是否完好，如有裂纹、裂缝等缺陷要修补好或更换。
（2）清除炉内垃圾，吹净表面尘土。
（3）用A76料修筑出铁口与扒渣口，按型状打结成型，料表面扎若干孔，以利气体排出，并用干料将排气孔表面密合。孔深度要求40～50mm。
（4）安装炉底泄漏蛛网。先将融离表料铺好，将炉子侧斜一定角度，炉内留一人将不锈钢棒由预留孔穿出炉底，将泄漏蛛网固定完好。
（5）炉底铺料80～120㎜／层，用捣固叉由深至浅均匀叉四遍，第一层炉底捣固后，将表面刮松，深度达10㎜以上，再加入下批炉底料，打最后一层炉底料前要将泄漏蛛网不钢丝用胶管套好。直至打结到高出炉底标准尺寸高度20～30㎜。
（6）将安装好气动振动器的振动底板用吊车小心吊放到电炉底部。调节气阀使气动振动器正常工作，此时应观察到振动底板明显地敲击底部炉衬材料。炉底振动时间约为10min。期间应数次交替变换气压，改变振动频率，以求获得整个炉底的振实效果。提起振动底板时要边低速开动气动振动器，边小心缓慢提起振动底板免突然快速提起时出现真空抽吸现象。刮出高出炉底标准的多余高度炉料，目地是防止炉料偏析，将模具底部耐火材料打出水平光面，将炉墙一圈刮松。
（7）铺装炉墙滑动平面衬（云母纸或陶瓷纤维，接缝用不干胶带粘接平整。炉口上用重物压牢，与炉底接触四周用料压好）。
（8）下模具，将调整模块分三点120°安放好。将打磨除好锈的模具平稳地座在炉底料上。炉口与模具上口找正，四周尺寸相同，用斜木板块三点固定或用铁板焊接固定。模具上口用专用封口板封好，防止炉料掉入模具内。
（9）安放好下料漏斗筛，投料时筛出包装袋等杂物，均匀地投入100～120㎜炉墙料，用捣固叉叉实尖排气四遍，将表面刮松，再投入炉料循环捣固叉实、振实，直至填至封炉口料高度。
（10）投入封炉口料，工作程序如上条，封炉口料要填至炉口法兰。特别要注意打结好与炉嘴、扒渣口的连接。
（11）模具内安装马丁或电动振动器。振动时间按用振动器不同，振动时间不同，先将振动器安装在模具下部，振动20min，再将振动器安装在上部，再振动20min，边振动边补充炉衬材料。振动时要补加封炉口料至炉口法兰口同高，防止炉料偏折。
（12）振实完成后，刮去多余料，炉口法兰下要留出10～15㎜膨胀缝，修好炉嘴与扒渣口过渡。拆除振动器及支架。
（二）新炉衬启熔工艺
1、安装启熔用热电偶
（1）将三根热电偶按底、中、上三个位置安放好，用铁管或角钢做好热电偶保护，以便启熔铁料熔化前取出热电偶，热电偶重复使用。
（2）热电偶用补偿导线连接至多点测温仪上，多点测温仪与计算机连接好。
2、装料
（1）吊入启熔块，启熔块与模具之间用小块回炉料尽量填实，启熔块填至1／2以上高度位置。
（2）按首炉炉料配比再加入生铁、回炉料、废钢炉料、填至满炉。料块应使用小块、干净、无锈、无砂土。
3、安装天然气烧嘴
天然气喷嘴安装在扒渣口及炉嘴处。点燃天然气，烘烤扒渣口及炉嘴。
4、起动启熔工作
（1）从计算机中调出新炉启熔工艺，输入启熔命令，启熔工作自动进行。
（2）启熔工艺室温→100℃／h升温→1100℃保温4h→100℃／h升温（炉料熔化后＜200℃／h）→1480℃。
（3）观察各点温度以中点热电偶为准，上下热电偶点与中点热电偶温差＜200℃并以此进行温度调整送电功率。
（4）1100℃保温结束后，取出热电偶，此后炉子自动控制将炉料熔化，铁料熔化时，要观察炉料，随时补加炉料，注意观察不要“搭棚”。将铁水液面熔化至最高位置。
（5）高温烧法保温后，按熔化工艺调整后直接用于生产。
5、新炉启熔注意事项
（1）新炉启熔只有经过高温烧结后，才能形成良好的烧结层，烧结层温度要高于熔炼铸铁温度40－60℃（超过1500℃以上，不准超过1600℃），高温烧结时间2～3h，长时间高温烧结也会使炉衬侵蚀。因此，高温烧结时间与温度都要严格控制。
（2）启熔炉料要进行严格排选。锈蚀带有刑砂、芯砂油污等不干净炉料严禁使用。
（3）新炉衬最初6～8炉要安排熔化含C量较低的铸铁生产，首炉严禁加增C剂。
（4）新炉衬烧结完成后，应立即投入生产，要连续熔化3～5天，充分使炉衬烧结。以上各条注意事项，对炉衬使用寿命有较大影响，要特别注意。
三、中频炉的节能与环保
目前，国内中频熔炼炉熔化每吨铁液耗电量是550～650kW·h，国外先进熔炼设备熔化每吨铁液耗电量可达到500～560kW·h。要缩小差距需从以下多方面实施：中频感应电炉变配电设备，电路型式及其控制系统，电炉容量频率与功率密度，炉体结构，以及冷却水系统等生产制造工艺、操作与管理方面，规范操作，科学管理。目前，使用节能中频电源，配套废气排放处理装置是环保强制要求
1、采用专用节能型变压器，提高供电电压和功率，并限制变压器的空载运行。能匹配熔炼炉在不同生产工艺阶段对电压的要求，从而实现熔炼过程的电能节约。
2、采用IGBT数字化中频电源。具有节能、无高次谐波、可靠性高、易启动等优点。同时实现“一拖二”熔炼。去掉接触器、中间继电器、以及其他的辅助电路，使整套设备连线极少，更由于三相交流输入不必区分相序，中频输出线不必区别相位的优点，可调频率和功率，使现场调试更为方便。
3、规范安装，缩短高压、变压器、中频电源、电炉之间连线，选用纯度较高的T2铜材或无氧铜，特别是感应线圈和水冷电缆，增大其截面积可以有效降低电流热损耗。
根据铸造工艺选择合适容量和频率中频电炉，增大功率密度以提高熔化效率，降低附加损耗。采用快速熔炼技术，更换快速熔炼炉，通过增加感应线圈匝数，改造炉衬厚度，来扩大炉膛容积，加快熔炼速度，减少热能散失，达到节能的目的。优先选择带炉盖的钢壳炉体，减少炉壁及炉口热损耗和电磁损耗。炉体外壳连接处在操作过程防止金属接触形成短路。
4、采用炉外精炼新工艺。选择优质废钢，并对废钢进行炉前抛丸除锈处理。在熔炼高锰钢时在炉底加2%石灰石及适量的莹石造碱性渣。采用炉外精炼，包内吹氩气精炼新工艺，提升钢液纯净度。熔炼后期应脱氧去气，扒净渣后加入细化晶粒的变质剂和孕育剂。
6、注重维护中频电源装置、炉体、冷却水系统等的正常运行，减少故障率，减少中途停炉次数，节约能耗，保障生产顺利进行。加装除尘净化设备，水的循环利用，使用节能环保的原材料。熔炼过程中应随时注意出水温度和水压，使水压保持在0.1～0.3MPa，出水温度保持在55°以下。
7、制定合理铸造工艺，从造型、选料、熔化、浇注、热处理、清理等规范工艺操作，科学管理，以降低能耗。加料操作时，冷湿炉料应先烘干，不能直接加入熔液内，金属削在第一炉使用时最好避免用，因为金属削能透入炉衬间隙；炉膛必须烧热至1000℃左右时，方可倒入铁液，炉膛的加热可加入铁块感应加热。
（1）合适的炉料块度和厚度，轻薄的废钢可以打包，回炉料应清理后使用，废钢应除污锈，所有炉料应预热，准确配料。通过对炉渣的破碎，回收炉渣内的废钢。
（2）坩埚中下部炉料堆积密度越大越好，加热效率相应提高，冷料要不断的加入，以便预热，避免熔化少量铁液的现象。
（3）合理的供电制度和炉前操作技术，开始先供给60%左右的功率，待电流冲击停止后，迅速将功率增大到最大值，加速炉料熔化。
（4）控制高温精炼和出铁温度，每次出铁后炉内要剩余部分铁液，起熔方便，以便快速熔化。
（5）尽量采用连续作业的熔炼作业方式。
（6）缩短空载辅助作业时间，如加料、扒渣、测温、取样、等待化验、调整化学成分、等待浇注等的时间越短，生产效率越高，能耗越低。
8、炉料冻结密封时间不能太长，以免引起炉子爆炸事故；烧结好炉衬后，宜用30～50％的额定功率，连续工作5炉以上。
9、特别重视炉料净化。采用中频感应电炉熔化铁液时，采用经过破碎、抛丸处理干净的回炉料熔化铁液，可以显著提高铁液质量，降低吨铁液能耗。可以有效降低工人的扒渣的劳动强度，改善铸造熔化作业环境，降低工频炉炉口的结渣现象，解决炉口结渣后难处理的难题，提高炉衬使用寿命20%，提高熔化生产效率。
1、开机，设备不能正常起动。
故障现象：起动时直流电流大，直流电压和中频电压低，设备声音沉闷。
分析处理：逆变桥有一桥臂的晶闸管可能短路或开路，造成逆变桥三臂桥运行。用示波器分别观察逆变桥的四个桥臂上的晶闸管管压降波形，若有一桥臂上的晶闸管的管压降波形为一线，该晶闸管已穿通；若为正弦波，该晶闸管未导通。更换已穿晶闸管；查找晶闸管未导通的原因。
2、设备能起动，但工作状态不对。
故障现象：设备能正常顺利起动，当功率升到某一值时，过压或过流保护。
分析处理：分两步查找故障原因：
（1）先将设备空载运行，观察电压能否升到额定值。若电压不能升到额定值，并且多次在电压某一值附近过流保护。这可能是补偿电容或晶闸管压不够造成的，但也不排除是电路某部分打火造成的；
（2）若电压能升到额定值，可将设备转入重载运行，观察电流值是否能达到额定值，若电流不能升到额定值，并且多次在电流某一值附近过流保护，这可能是大电流干扰。要特别注意中频大电流的电磁场对控制部分和信号线的干扰。
3、设备正常运行时，易出现的故障
故障现象：设备运行正常，但在正常过流保护动作时，烧毁多支KP晶闸管和快熔。
分析处理：过流保护时，为了向电网释放平波电抗器的能量，整流桥由整流状态转到逆变状态，这时如果а＞1500就有可能造成有源逆变颠覆，烧毁多支晶闸管和快熔,开关跳闸，并伴随有巨大的电流短路爆炸声。对变压器产生较大的电流和电磁力冲击，严重时会损坏变压器。
4、晶闸管
故障现象：更换晶闸管后，一开机就烧毁晶闸管。
分析处理：设备出故障，烧毁晶闸管。在更换新晶闸管后，不要马上开机，首先应对设备进行系统检查，排除故障。在确认设备无故障的情况下，再开机。否则，就会出现一开机就烧毁晶闸管的现象。在压装新晶闸管时，一定要注意压力均衡，否则，就会造成晶闸管内部芯片机械损伤，导致晶闸管的耐压值大幅降，出现一开机就烧毁晶闸管的现象。
一般情况下，可以把中频电源的故障按照故障现象分为完全不能起动和起动后不能正常工作两大类。作为一般的原则，当出现故障后，应在断电的情况下对整个系统作全面检查，它包括以下几个方面：
（1）电源：用万用表测一下主电路开关（接触器）和控制保险丝后面是否有电，这将排除这些元件断路的可能性。
（2）整流器：整流器采用三相全控桥式整流电路，它包括六个快速熔断器、六个晶闸管、六个脉冲变压器和一个续流二极管。在快速熔断器上有一个红色的指示器，正常时指示器缩在外壳里边，当快熔烧断后它将弹出，有些快熔的指示器较紧，当快熔烧断后，它会卡在里面，所以为可靠起见，可以用万用表通断档测一下快熔，以判断它是否烧断。
测量晶闸管的简单方法是用万用表电阻挡（200Ω挡）测一下其阴极—阳极、门极—阴极电阻，测量时晶闸管不用取下来。正常情况下，阳极—阴极间电阻应为无穷大，门极—阴极电阻应在10—50Ω之间，过大或过小都表明这只晶闸管门极失效，它将不能被触发导通。
脉冲变压器次边接在晶闸管上，原边接在主控板上，用万用表测量原边电阻约为50Ω。续流二极管一般不容易出现故障，检查时用万用表二极管挡测其二端，正向时万用表显示结压降约有500mV，反向不通。
（3）逆变器：逆变器包括四只快速晶闸管和四只脉冲变压器，可以按上述方法检查。
（4）变压器：每个变压器的每个绕组都应该是通的，一般原边阻值约有几十欧姆，次极几欧姆。应该注意：中频电压互感器的原边与负载并联，所以其电阻值为零。
（5）电容器：与负载并联的电容器可能被击穿，电容器一般分组安装在电容器架上，检查时应先确定被击穿电容器所在的组。断开每组电容器的汇流母排与主汇流排之间的连接点，测量每组电容器两个汇流排间的电阻，正常时应为无穷大。确认坏的组后，再断开每台电容器引至汇流排的软铜皮，逐台检查即可找到击穿的电容器。每台电容器由四个芯子组成，外壳为一极，另一极分别通过四个绝缘子引到端盖上，一般只会有一个芯子被击穿，跳开这个绝缘子上的引线，这台电容器可以继续使用，其容量是原来的3/4。电容器的另一个故障是漏油，一般不影响使用，但要注意防火。
安装电容器的角钢与电容器架是绝缘的，如果绝缘击穿将使主回路接地，测量电容器外壳引线和电容器架之间的电阻，可以判断这部分的绝缘状况。
（6）水冷电缆：水冷电缆的作用是连接中频电源和感应线圈，它是用每根直径Φ0.6–Ф0.8紫铜线绞合而成。水冷电缆外胶管采用耐压5公斤的压力橡胶管，里面通以冷却水，它是负载回路的一部分，长后容易在柔性连接处断裂开。水冷电缆断裂过程，一般是先断掉大部分后，在大功率运行时把未断小部分很快烧断，这时中频电源就会产生很高的过电压，如果过电压保护不可靠，就会烧坏晶闸管。水冷电缆断开后，中频电源无法启动工作。如不检查出原因而反复启动，就很可能烧坏中频电压互感器。检查故障时可用示波器，把示波器探头夹在负载两端，观察按启动按钮时有无衰减波形。确定电缆断芯时先把水冷电缆与电容器输出铜排脱开，用万用表电阻挡（200Ω挡）测量电缆的电阻值，正常时电阻值为零，断开时为无穷大。用万用表测量时，应把炉体翻到倾倒位置，使水冷电缆掉起，这样使断处彻底脱离，才能正确判断是否断芯。
通过以上几个方面的检查，一般能查出大部分的故障原因，接下来可以接通控制电源，作进一步的检查。
中频电炉的电源主电路合闸有手动和自动两种。对于自动合闸的系统，应该先将电源线暂时断开，以确保主电路不会合上。接通控制电源后，可以作下面几个方面的检查。
（1）将示波器探头接在整流晶闸管的门极和阴极上，示波器置于电源同步，按下启动按钮后即可看到触发脉冲波形，应为双脉冲，幅度应大于2V。按一下停止按钮，脉冲将立即消失。重复六次，将每个晶闸管都看一下，如果门极没有脉冲，可以将示波器的探头移到脉冲变压器的原边看一下，如果原边有脉冲而次边没有，说明脉冲变压器损坏，否则问题可能出在传输线或主控板上。
（2）将示波器探头接在逆变晶闸管的门极和阴极上，示波器置于内同步，接通控制电源后可以看到逆变触发脉冲，它是一串尖脉冲，幅度应大于2V，通过示波器的时标读出脉冲周期，算出触发脉冲频率，正常时应比电源柜的标称频率高约20%，这个频率称为启动频率。按下启动按钮后，脉冲的间距加大，频率变低，正常时应比电源柜的标称频率低约40%，按一下停止按钮，脉冲频率立即跳回启动频率。 通过上列检查，基本上能排除完全不能启动的故障。
启动以后工作不正常，一般表现在下列几个方面：
（1）整流器缺相：故障表现为工作时声音不正常，最大输出电压升不到额定值，且电源柜怪叫声变大，这时可以调低输出电压在200V左右，用示波器观察整流器的输出电压波形（示波器应置于电源同步），正常时输入电压波形每周期有六个波形，缺相时会缺少二个。这一故障一般是由于整流器某只晶闸管没有触发脉冲或触发不导通引起的，这时应先用示波器看一下六个整流晶闸管的门极脉冲，如果有的话，关机后用万用表200Ω档测量一下各个门极电阻，将不通或者门极电阻特别大的那只晶闸管换掉即可。
（2）逆变器三桥臂工作：故障表现为输出电流特别大，空炉时也一样，且电源柜工作时声音很沉重，启动后把功率旋钮调到最小位置，会发现中频输出电压比正常时高。用示波器依次观察四个逆变晶闸管的阳极—阴极之间的电压波形。如果三桥臂工作，可以看到逆变器中有相邻的二只晶闸管的波形正常，另外相邻的二只有一只没有波形，另一只为正弦波，KK2触发不通，其阳极—阴极之间的波形就是正弦波；同时KK2不导通会导致KK1无法关断，所以KK1二端就没有波形。
（3）感应线圈故障：感应线圈是中频电源的负载，它采用壁厚3至5毫米的方形紫铜管制成。它的常见故障有以下几种： 感应线圈漏水，这可能引起线圈匝间打火，必须及时补焊才能运行；
钢水粘在感应线圈上，钢渣发热、发红，会引起铜管烧穿，必须及时清除干净；感应线圈匝间短路，这类故障在小型中频感应炉上特别容易发生，因为炉子小，在工作时受热应力作用而变形，导致匝间短路，故障表现为电流较大，工作频率比平常时高。
