什么是线圈打火，及其危害

        这里的线圈是指的中频感应炉或者高频感应炉的感应线圈，是由空心铜管按螺旋状绕制而成。线圈打火发生在铜管的匝与匝之间或者铜管与磁轭之间，由于绝缘失效，在电压的作用下形成短路放电，轻则可见噼噼啪啪的火花闪现（俗称打火），重则出现持续的电弧（俗称拉弧）。
        感应线圈打火会给设备带来诸多危害，主要体现在以下几个方面：

        本文将在剩余部分详细论述感应线圈打火形成的原因及有效的预防机制，提供一套在众多企业被验证为行之有效的绝缘处理方案。

感应线圈

是由空心铜管按照一定的直径和匝间距离按螺旋状绕制而成。如下图：

感应线圈工作时，交变的电流通过感应线圈形成交变磁场，根据法拉第电磁感应定律，交变的磁力线切割线圈内部的金属，形成感应电流。因为金属本身存在电阻发热，，电流在金属内部流通过程产生热量，从而将金属加热或者熔化。这就是感应加热和感应熔化的基本原理。

感应线圈工作时有以下几个特征：

1.         线圈中有高电压强电流通过；

2.         线圈本身处于一个高温的工作环境中；

3.         线圈与线圈之间必须保证良好的绝缘性能，一旦打火或者形成短路，电炉工作效率将大打折扣。

因为线圈本身是一个导体，感应线圈的匝间不能形成任何通路，因此感应线圈的绝缘非常重要，直接影响到感应电炉的使用效率与工人操作环境的安全。然而，遗憾的是感应线圈的绝缘在行业内并没有得到足够的重视, 大多数生产企业仅仅是在线圈制作完成后再在表面喷上一层常规的绝缘漆作为绝缘手段，此类绝缘漆大多是有机物质，在常温下具有良好的绝缘能力，可是随着温度的升高，这类绝缘漆的性能迅速恶化，其本身也被逐渐碳化，当温度超过100°C后，绝缘漆会彻底碳化发黑，完全失去绝缘能力。

造成感应线圈表面绝缘破坏的主要原因是感应电炉的工作环境大多较为恶劣，虽然有水冷系统，也不能确保绝缘漆一直在处于较低的温度环境下工作。这主要是由于以下几个方面的原因引起的：

1.        通过线圈的感应电流具有集肤效应，即电流主要集中在铜管的表面，感应电流的频率越高，表面电流密度越大。所以感应线圈铜管的发热集中在表面，与绝缘漆接触的表面温度远高于铜管内与冷却水接触部位的温度。即使在正常的循环水冷却条件下，出水温度控制在50-60℃，铜管表面的温度也会超过80℃。

2.        炉内钢水的传导热量。新炉炉衬较厚，能有效防止炉内钢水的热量传导到线圈表面，但是后期随着炉衬的快速侵蚀，到后期炉衬变薄，钢水传导至线圈表面的热量远高于新炉衬。实际测量表面，在新炉衬时（炉衬厚度约15cm）线圈浆料层的温度在80°上下，到炉衬后期（厚度约为5cm），线圈浆料层的温度已经上升至接近200℃，此时常规绝缘漆已经完全碳化失效。

3.        冷却水冷却能力下降，这主要是由于水质的影响造成的。高温下冷却水容易结垢，尤其在水质较硬的北方及西部地区，冷却水结垢现象突出，堵塞铜管，水流水压减小，冷却能力明显下降，温度升高反过来又加速结垢。一旦这种情况发生，铜管表面的温度会迅速升高，常规绝缘漆在很短的时间内就会被碳化破坏。

一旦线圈表面的绝缘漆破坏失去绝缘能力，此时极易导致线圈打火，主要因为：

1.        水汽导致，尤其是新炉衬运行时，炉衬材料类的水分突然受热汽化，会透过线圈浆料的毛细孔渗出，遇到温度相对较低的线圈立即凝结成水珠，水是导体，立即造成打火。

2.        铜管的跑冒滴漏。因为铜管内的循环水可能局部的滴漏造成。

3.        车间的金属粉尘在线圈表面堆积，形成短路打火。

一旦打火现象发生，温度迅速升高，首先会彻底破坏该部分原有的剩余绝缘涂层，加速打火， 直至形成拉弧，击穿铜管，严重的生产事故和财产损失。

此外，电炉超负荷工作也是易于引起线圈打火的一种重要因素，因为超过额定功率工作时，通过线圈的电流电压增加，线圈发热量提高，此时绝缘层更容易受到高温的破坏从而失去绝缘能力，在高电压下打火则更易于发生。

下图是几张常见的线圈表面绝缘漆碳化和腐蚀的照片：

碳化后的绝缘漆附着在线圈铜材的基体上，很难清除，为此通常需要采用工具凿打，从而损伤线圈，因此感应炉线圈使用常规的绝缘漆，一旦其碳化后，修复工作量大，时间长，成本高，带来间接如停产损失等巨大。

工业使用的感应电炉工作环境通常比较恶劣，如金属粉尘较多，附着在线圈上容易导致线圈发生短路打火等现象。此外，线圈还通常处于潮湿，或者酸碱性气氛较浓的情况下工作，此时，常规的绝缘漆因其防潮，以及抗酸碱的能力差，很容易被腐蚀变质或脱落，从而失去绝缘能力。

碳化后的绝缘漆附着在线圈铜材的基体上，很难清除，为此通常需要采用工具凿打，从而损伤线圈，因此感应炉线圈使用常规的绝缘漆，一旦其碳化后，修复工作量大，时间长，成本高，带来间接如停产损失等巨大。

一旦感应线圈打火，电炉工作效率会明显下降，且严重危害操作工人安全。若不及时加以修复和采取措施防止，将会严重损毁线圈及电源设备，

鉴于感应线圈的绝缘如此重要，而目前市场上又没有一款绝缘漆能够有效保证感应线圈在恶劣的工况下还有良好的绝缘性能，特别是在高温有良好的耐温性能。更益能源科技（上海）有限公司引进创新了THERMAL S.C 系列耐高温绝缘漆弥补了这一空白领域。

 THERMAL S.C系列超高温绝缘漆（简称TSC-L）是基于美国核电领域高温绝缘配方研制的耐高温绝缘漆，TSC-L 是专用于高温绝缘环境下感应线圈表层涂覆材料，本产品用无机—有机嫁接技术，溶液分子改性螯合处理，全面发挥出无机和有机材质的优势，耐温可以达到750℃，附着力好，涂层致密，电阻率高，介电常数好，不会产生电子渗流和隧道效应，硬度高，耐磨使用寿命长。专用于中频炉线圈能有效杜绝线圈打火，电流泄漏等现象。提高感应电炉效率，降低电耗。

 目前，THERMAL S.C-L超高温绝缘漆已经取得非常成功的应用，尤其现在大型中频炉朝着高电压，窄匝间距的节能方向发展，线圈的绝缘变得越来越重要， TSC超高温绝缘漆的出现满足了这一发展趋势对线圈表面绝缘提出的苛刻要求，其在中高频感应线圈上的优异表现推动了这个行业向着更高效，更安全，更节能的方向迈进了一大步！