新型1噸電弧爐的研制

陳妍麗　張寶文　高國(guó)強(qiáng)　楊軍輝

摘 要：本設(shè)備是我所為國(guó)核寶鈦鋯業(yè)股份公司研制的。主要用于鋯及鋯合金、返回料的熔煉，同時(shí)還用于中間合金制備、科研、輔助電極生產(chǎn)等。文章主要介紹了1噸真空電弧爐的的技術(shù)性能及結(jié)構(gòu)，說(shuō)明了設(shè)備的工作過(guò)程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電弧；真空；傳動(dòng)系；加料系統(tǒng)

1 設(shè)備的性能參數(shù)及構(gòu)成

1.1 設(shè)備的性能參數(shù)

（1）最大熔化重量：1000kg（鋯及鋯合金）；（2）最大熔化電流：16kA工作電壓：20V-45V；（3）最大熔化速率：24Kg/min；（4）極限真空度：7×10-2Pa；（5）電極桿快速升降速度：500mm/min；（6）電極桿極限行程：3400mm；（7）坩堝有效尺寸：Φ300×1400mm，Φ440×1400mm；（8）爐室極限行程：2000mm；（9）爐室升降速度：1000mm/min；（10）冷卻水系統(tǒng)壓力：0.2～0.4MPa，溫度≤30℃，流量：45t/h；（11）熔煉電源：690V三相50Hz 600KVA；

1.2 設(shè)備的構(gòu)成

本設(shè)備主要由以下幾個(gè)部分組成：（1）電極桿及傳動(dòng)系統(tǒng)。（2）電子稱(chēng)重系統(tǒng)及X-Y調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（3）爐室升降及動(dòng)密封。（4）返回料加料系統(tǒng)。（5）坩堝及穩(wěn)弧系統(tǒng)。（6）真空系統(tǒng)。（7）水、氣系統(tǒng)。（8）自動(dòng)控制系統(tǒng)。

2 設(shè)備各部分工作過(guò)程及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 電極桿及傳動(dòng)系統(tǒng)

電極桿采用雙層水冷焊接式結(jié)構(gòu)，外壁為不銹鋼管，內(nèi)壁為銅管，兩者之間采用焊接方式達(dá)到真空密封。電極桿底部帶有氣動(dòng)夾頭，通過(guò)兩個(gè)氣缸可自動(dòng)夾緊輔助電極。壓縮空氣的壓力保證了電極桿與輔助電極間的持續(xù)的緊密接觸，而且，在任何條件下，即使在壓縮空氣源或電源斷開(kāi)的情況下，互鎖的夾頭也不會(huì)松開(kāi)。

2.2 電子稱(chēng)重系統(tǒng)及X-Y調(diào)節(jié)系統(tǒng)

稱(chēng)重系統(tǒng)是精確計(jì)算熔化速率所不可缺少的工具，又是指導(dǎo)熔煉進(jìn)入下一階段（補(bǔ)縮、跳閘等）的重要依據(jù)。

X-Y調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要是由兩個(gè)電動(dòng)推桿組成，電動(dòng)推桿的伸出和縮回與稱(chēng)重系統(tǒng)的浮動(dòng)架、爐室上的動(dòng)密封聯(lián)合作用完成自耗電極與坩堝的全方位對(duì)中調(diào)節(jié)。

2.3 爐室升降及動(dòng)密封

爐室采用雙層水冷結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為不銹鋼，外層為碳鋼，爐室的上下法蘭采用碳鋼，底部導(dǎo)電法蘭為銅法蘭，銅法蘭上有可靠的輔助導(dǎo)電裝置。爐室通過(guò)一側(cè)管與真空系統(tǒng)連接，側(cè)管端部有翻板式泄爆口。爐室頂部有動(dòng)密封，電極桿從動(dòng)密封內(nèi)穿過(guò)，動(dòng)密封內(nèi)有六道骨架油封，動(dòng)密封頂部為波紋管，可使電極桿在動(dòng)密封內(nèi)傾斜，完成與坩堝的對(duì)中。

爐室升降采用液壓升降，有一個(gè)油缸帶著爐室及爐室上部的電極桿及其傳動(dòng)系統(tǒng)一起沿直線導(dǎo)軌上下移動(dòng)。爐室通過(guò)直線導(dǎo)軌和移動(dòng)導(dǎo)柱連在一起，爐室升起后，通過(guò)坩堝移動(dòng)臺(tái)車(chē)，將坩堝移至裝出料工位，可進(jìn)行自耗電極或鑄錠的裝出爐工作。

2.4 返回料加料系統(tǒng)

該系統(tǒng)是本設(shè)備的一個(gè)新的突破點(diǎn)。它可實(shí)現(xiàn)在真空狀態(tài)下多次加入返回料的功能，通過(guò)一根加料斜管與爐體相連，500Kg返回料分別裝入10個(gè)圓形料筒中，料筒由油缸推動(dòng)一個(gè)棘輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，每次轉(zhuǎn)動(dòng)36°保證準(zhǔn)確定位。每個(gè)料筒底部都有一個(gè)插板，需加料時(shí)旋轉(zhuǎn)料筒，當(dāng)一個(gè)料筒對(duì)準(zhǔn)了加料口，由油缸將插板打開(kāi)，塊料順著斜管進(jìn)入爐室內(nèi)的接料斗中，斜管與爐室之間有一段焊接波紋管，工作時(shí)通過(guò)兩個(gè)油缸拉緊爐室接料法蘭和波紋管密封真空，出料時(shí)波紋管退回，方便爐室上提。當(dāng)進(jìn)行裝出爐時(shí)，加料倉(cāng)與爐體分離，裝出爐可以正常進(jìn)行。返回料加料系統(tǒng)可以滿足加料工作可靠進(jìn)行。（返回料最大尺寸70mm）。

2.5 坩堝及穩(wěn)弧系統(tǒng)

本設(shè)備的結(jié)晶器為鍛造式銅坩堝，材料為T(mén)2，每種尺寸的坩堝自帶一個(gè)內(nèi)水套，坩堝系統(tǒng)還包括穩(wěn)弧線圈、外水套及溫水冷卻系統(tǒng)。

2.6 真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)是為了在熔煉過(guò)程中保持必要的真空度，防止熔化時(shí)物料被氧化。配置有Z-400增壓泵，羅茨泵ZJ-2500和ZJ-1200，機(jī)械泵H-8A（兩臺(tái)），維持泵2X-15。真空系統(tǒng)各泵閥的開(kāi)啟和停止可實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)控制或手動(dòng)操作，并配有進(jìn)口傳感器測(cè)量規(guī)頭，確保在不同的氣體介質(zhì)情況下讀數(shù)準(zhǔn)確，并能夠直接在計(jì)算機(jī)上顯示真空度和充氬壓力。

2.7 水、氣路部分

冷卻水系統(tǒng)主要用于坩堝、爐殼、水冷電纜、真空機(jī)組及電源、電極桿的冷卻。電極桿、電源由封閉式冷卻器進(jìn)行單獨(dú)供水，坩堝、爐體、真空系統(tǒng)等由外部循環(huán)水直接冷卻，冷卻水為軟化水。電極桿、坩堝水路上均有流量、溫度顯示及報(bào)警。坩堝供水可在熔化過(guò)程中根椐出水溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)水量，以實(shí)現(xiàn)溫水冷卻，改善鑄錠表面質(zhì)量。

壓縮空氣系統(tǒng)主要由移動(dòng)式空壓機(jī)、0.6m3儲(chǔ)氣罐、氣動(dòng)三聯(lián)體、壓力表和管道等組成，主要供應(yīng)給真空閥門(mén)的用氣和電極桿氣動(dòng)夾頭的用氣。

2.8 自動(dòng)控制系統(tǒng)

電控系統(tǒng)用于控制整個(gè)工作過(guò)程，分“自動(dòng)”、“手動(dòng)”檔，且可安全轉(zhuǎn)換。設(shè)備在熔煉過(guò)程中包括過(guò)流、短路、缺水、過(guò)熱和互鎖在內(nèi)的所有保護(hù)功能。一旦出現(xiàn)水壓、流量降低到一定值、水溫過(guò)高以及真空突降、壓縮空氣壓力達(dá)不到要求等任一情況，先報(bào)警提示；如果水壓、流量、水溫、真空、壓縮空氣壓力達(dá)到跳閘設(shè)定值時(shí)，電源跳閘，停止熔煉。

3 結(jié)束語(yǔ)

該設(shè)備經(jīng)組裝調(diào)試及試生產(chǎn)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，十分方便鋯返回料的回收利用。現(xiàn)運(yùn)行良好。

參考文獻(xiàn)

[1]張繼玉.真空電爐[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994，6.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994，8.

作者簡(jiǎn)介：陳妍麗：工程師，主要從事非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計(jì)工作。