30t～120t单电极双塔式结构三工位可交替熔炼的恒熔速保护气氛电渣炉

2014-11-06陈志强

冶金设备 2014年3期

陈志强

(苏州振吴电炉有限公司江苏苏州215104)

1 前言

我国传统的电渣炉一般是由支臂、立柱、短网、变压器、托锭台车等构成的。我国传统的单立柱支臂式、双立柱旋转支臂式双工位电渣炉，支臂夹持器夹紧假电极和金属电极，控制传动装置转动T型丝杆带动滚轮悬臂上下移动完成熔炼。不设惰性气体保护罩。由于没有惰性气体保护，电渣钢的增氢、氧、氮及易氧化元素的烧损难控制。影响电渣锭的质量。

滚轮支臂式电渣炉机械摩擦系数大，控制精度低。装置金属电极后易磕头，假电极和金属电极由于整体长度增加了，加之电极焊接过程中还可能出现焊偏错位或焊不直的现象，在大填充比的情况下，很难调整金属电极在水平方向的位置，很难使金属电极始终处于结晶器的中心。金属电极与结晶器易打弧，甚至有击穿结晶器的现象发生。

单工位电渣炉在电渣锭冷却时间段不能生产，大锭型电渣锭冷却时间更长，生产效率降低。

我国很多电渣炉都采用了计算机控制。但是大多数厂家的电渣炉都不是真正意义上的计算机控制，而是仅仅满足于用计算机进行一般的过程控制，甚至是某一过程的控制。比如仅对正常重熔期重熔电流、电压进行控制。有的不能控制启动和补缩，更不能控制熔化速率。对于水温、水压只是在监视器上进行显示，而不能实施有效的控制。

国內传统电渣炉无法做到单根大型电极熔炼特大型电渣钢锭。

2 问题的解决方案

采用塔式结构解决大吨位单根金属电极悬挂后支臂承重、磕头、安装高精度称重传感器及炉头料杆双重升降等问题。

塔式炉头直线导轨升降设计解决料杆行程有限增加交臂熔炼时金属电极提升高度，解决用户厂房、行车轨道高度不够等问题。

采用塔式结构、料杆吊挂假电极并连接金属电极的设计方案，设置高精度X-Y电极调整装置。解决在大填充比的情况下，金属电极保持水平方向的位置，使金属电极始终调整于结晶器的中心，有效防止由于电极偏离结晶器中心，熔炼时产生单偏，碰及结晶器壁发生铜阳极效应而熔穿结晶器发生漏水爆炸事故。

采用三熔炼工位设计方案主要优点是提高电渣炉的生产率。可以减少电渣炉的热停时间，在电渣锭模冷期间，可以在另一个熔位继续进行生产;二是可以根据锭型的不同合理安排生产。用较大吨位金属电极在中心熔位通过双臂交替重熔特大规格的电渣锭;还可以用两个支臂分别在两个熔位重熔出两个较小规格的电渣锭，提高电渣炉的有效利用率和生产的灵活性，提高生产效率。解决我国机械制造业向大型化发展急需特大型电渣钢锭需求。

高精度称重、计算机和PLC恒熔速自动控制系统，启动到补缩终了，整个重熔过程实现了全计算机恒熔速控制，提高控制精度、降低吨钢电耗，提高特大型电渣钢锭冶金质量，提高成材率。

采用气密型惰性气体保护设计方案，可以完全避免电极和炉渣的 Zr，Al，Si等元素的氧化烧损，特别有利于含Al高温合金的窄成分控制，可以获得高洁净度的钢锭，用Ar保护时可以防止钢的吸氮和吸氢。解决电渣钢的增氢、氧、氮及易氧化元素的烧损难控制。提高电渣锭的质量。

设计完全同轴导电的40000A滑动导电刷集电装置，解决升降导电料杆40000A滑动导电，周围电场分布均匀。料杆滑动导电产生的摩擦力，使其成为炉头、导电料杆、称重传感器组成的系统的內力。提高了称重信号的精度，提高了熔化率控制的精度。

设计三个薄膜(国外均用二个)气缸为动力的水冷內套料杆滑动陶瓷球组自动锁紧装置，解决120t电渣炉大型自耗电极与导电料杆的锁紧接触大电流(40000A)导电问题。

设计各自工位的具有垂直中心定位功能的电极预加热装置，解决大型电渣锭交替自耗电极时，插人熔渣时降低渣温影响电渣锭质量。解决某些钢种交替插人熔渣时的冷热梯度太大，易爆裂掉块等产生的冶金质量问题。同时解决电极垂直中心定位，方便料杆对中锁紧自耗电极。

改进设计导电料杆的耐高温隔热法兰及料杆升缩保护套。在调试过程中，由于大型电渣锭热渣量大，熔炼过程中渣尘挥发量也大，碰到水冷的导电料杆铜表面会结成一层坚硬的白色涂层，影响导电料杆与滑动导电刷集电装置的导电性能。改进设计导电料杆的耐高温隔热法兰及料杆升缩保护套后，问题得到解决。

设计悬挂自耗电极塔体旋转90°时稳定自耗电极的机械手，解决塔体旋转90度时自耗电极的摆动惯性，破坏电极升降料杆的精度。

设计旋转的摆动式底电极压块，解决四根对称底电极压块导电接触一致，导电电流平衡。解决共用熔炼工位结晶器平板车进出问题。

3 采取的措施

图1 双塔式结构三工位可交替熔炼的恒熔速保护气氛电渣炉结构示意图

对照图1，其结构是包括两个可转动塔式炉头、一个移动式熔炼站、两个辅助工位和一个电气系统部分，其中两个可转动塔式炉头部分分别在一个移动式熔炼站的定位是由结晶器电极上部6上的四个定位气缸，定位气缸中的气缸活塞杆端部与电渣电源的回程电路相联，四个气缸活塞杆插入结晶器电极下部7的四根立柱上。电气系统部分的变压器二次侧短网通过固定在可转动炉头部分上的二次短网连接固定架13分别与可转动炉头部分上的滑动导电系统4和结晶器电极上部6相连接，结晶器电极上部6再通过其上的四个气缸活塞杆插入固定熔炼站部分上的结晶器电极下部7的四根立柱上，与固定熔炼站部分相连接。

图2 双塔式结构三工位可交替熔炼的恒熔速保护气氛电渣炉结构示意图俯视图

所述的可转动塔式炉头部分，其结构包括井式框架5、升降框架20、电极进给系统1、水冷导电升降铜杆2、滑动导电系统4、辅助电极夹紧机构12、二次短网连接固定架13、电子秤支架3、压力传感器11、电极对中机构10、结晶器电极上部6、上烟罩14，其中电极进给系统1、水冷导电升降铜杆2、辅助电极夹紧机构12通过电子秤支架3支撑在三个压力传感器11上，上烟罩14固定在升降框架20上，下烟罩15通过两个气缸，悬挂在升降框架20上，且下烟罩15开有加料口和除尘吸风口，水冷导电升降铜杆2中下部连接关节轴承，电极对中机构10在水冷导电升降铜杆2顶部;滑动导电系统4中的滑动触点组件连接到水冷导电升降铜杆2，电极进给系统1、水冷导电升降铜杆2、滑动导电系统4、辅助电极夹紧机构12、二次短网连接固定架13、电子秤支架3、压力传感器11、电极对中机构10、结晶器电极上部6、上烟罩14最终均随升降框架20，在井式框架5内进行上下的升降运动，升降运动是由两个油缸来完成的，采用四个直线导轨来实现导向作用。

所述的移动式熔炼站部分包含有结晶器电极下部7、结晶器8、底水箱9、运锭小车21，可转动炉头部分在一个移动式熔炼站和两个辅助工位之间转动，结晶器电极上部6上的四个定位气缸，定位气缸中的气缸活塞杆端部与电渣电源的回程电路相联，四个气缸活塞杆插入结晶器电极下部7的四根立柱上，底水箱9内部的四个活动铜触头与底水箱导电铜板的接触面是弧形的，四个活动铜触头与结晶器8表面的接触是线性接触;结晶器电极下部7由三根固定立柱和一根可旋转立柱组成，结晶器8、底水箱9固定在运锭小车21上，当运锭小车21需要从冶炼工位移动到脱模工位时，结晶器电极下部7的一根可旋转立柱可打开让路。

所述的两个辅助工位部分，其结构包括两台电极端部加热炉22、电极导向支架23，两台电极端部加热炉22分别置放在两个电极导向支架23内部。

本设备的工作过程:开始→控制系统通电→载着结晶器8、底水箱9的运锭小车21，从脱锭工位行走至熔炼工位→连接并打开结晶器8和底水箱9的冷却水快换接头→置入电渣后，将已连接好的自耗电极和辅助电极吊入结晶器8内→两个可转动塔式炉头部分中的一个转动炉头转至熔炼站上方→结晶器电极上部6上的四个定位气缸活塞杆下降，插入结晶器电极下部7的四根立柱上→水冷导电升降铜杆2下降至辅助电极17接头→调整电极对中机构10，使辅助电极17的插头与水冷导电升降铜杆2端部的夹持口对中→水冷导电升降铜杆2的外部的铜管被气动压下，锁紧滚珠被凸轮环压到辅助电极17的插头内，水冷导电升降铜杆2底部铜平面即被锁住，且与辅助电极钢平面充分接触→电极进给系统1中的快速交流伺服电机减速机运转，将水冷导电升降铜杆2、辅助电极17和自耗电极18一起提起到开始冶炼高度→输入工艺参数→冶炼开始进行，电极进给系统1中的慢速伺服电机运行，通过传感器系统的数据采集，控制熔速→冶炼结束，电极进给系统1中的快速交流伺服电机减速机运转，同时两个液压油缸导向杆伸出，升降框架20升起，带动水冷导电升降铜杆2、辅助电极17和剩余的自耗电极18一起提出结晶器。同时，结晶器电极上部6上的四个定位气缸活塞杆缩回，脱离结晶器电极下部7的四根立柱→可转动炉头部分转动至取剩余电极工位→水冷导电升降铜杆2下降→外部的铜管被气动提起，锁紧滚珠被凸轮环退出辅助电极17的插头外，水冷导电升降铜杆2底部铜平面即被解锁→电极进给系统1中的快速交流伺服电机减速机运转，将水冷导电升降铜杆2、辅助电极17和剩余的自耗电极18一起提起到可转动炉头部分的转动高度。与此同时，两个可转动塔式炉头部分中的另一个转动炉头之前已在辅助工位完成电极夹持和电极端部在电极加热炉22内的加热工序，转至熔炼站上方，重复前一炉头的冶炼工序，进行交替冶炼。最终，根据冶炼工艺要求，两个转动炉头经多次交替冶炼，直至完成整个冶炼工作→进行自然冷却过程→冷却结束，关闭和拆卸结晶器8和底水箱9的冷却水快换接头，打开结晶器电极下部7的一根可旋转立柱让路→运锭小车21从冶炼工位移动到脱模工位→先后吊走结晶器和已冶炼好的钢锭，整个一个循环的冶炼工作结束→将结晶器8重新吊入移动熔炼站工位，将结晶器8与底水箱9使用螺栓固定，准备冶炼→进入下一循环。