新型1噸電弧爐的研制

陳妍麗　張寶文　高國強　楊軍輝

摘 要：本設備是我所為國核寶鈦鋯業股份公司研制的。主要用于鋯及鋯合金、返回料的熔煉，同時還用于中間合金制備、科研、輔助電極生產等。文章主要介紹了1噸真空電弧爐的的技術性能及結構，說明了設備的工作過程和結構特點。

關鍵詞：電弧；真空；傳動系；加料系統

1 設備的性能參數及構成

1.1 設備的性能參數

（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 設備的構成

本設備主要由以下幾個部分組成：（1）電極桿及傳動系統。（2）電子稱重系統及X-Y調節系統。（3）爐室升降及動密封。（4）返回料加料系統。（5）坩堝及穩弧系統。（6）真空系統。（7）水、氣系統。（8）自動控制系統。

2 設備各部分工作過程及結構特點

2.1 電極桿及傳動系統

電極桿采用雙層水冷焊接式結構，外壁為不銹鋼管，內壁為銅管，兩者之間采用焊接方式達到真空密封。電極桿底部帶有氣動夾頭，通過兩個氣缸可自動夾緊輔助電極。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的情況下，互鎖的夾頭也不會松開。

2.2 電子稱重系統及X-Y調節系統

稱重系統是精確計算熔化速率所不可缺少的工具，又是指導熔煉進入下一階段（補縮、跳閘等）的重要依據。

X-Y調節系統主要是由兩個電動推桿組成，電動推桿的伸出和縮回與稱重系統的浮動架、爐室上的動密封聯合作用完成自耗電極與坩堝的全方位對中調節。

2.3 爐室升降及動密封

爐室采用雙層水冷結構，內層為不銹鋼，外層為碳鋼，爐室的上下法蘭采用碳鋼，底部導電法蘭為銅法蘭，銅法蘭上有可靠的輔助導電裝置。爐室通過一側管與真空系統連接，側管端部有翻板式泄爆口。爐室頂部有動密封，電極桿從動密封內穿過，動密封內有六道骨架油封，動密封頂部為波紋管，可使電極桿在動密封內傾斜，完成與坩堝的對中。

爐室升降采用液壓升降，有一個油缸帶著爐室及爐室上部的電極桿及其傳動系統一起沿直線導軌上下移動。爐室通過直線導軌和移動導柱連在一起，爐室升起后，通過坩堝移動臺車，將坩堝移至裝出料工位，可進行自耗電極或鑄錠的裝出爐工作。

2.4 返回料加料系統

該系統是本設備的一個新的突破點。它可實現在真空狀態下多次加入返回料的功能，通過一根加料斜管與爐體相連，500Kg返回料分別裝入10個圓形料筒中，料筒由油缸推動一個棘輪機構旋轉，每次轉動36°保證準確定位。每個料筒底部都有一個插板，需加料時旋轉料筒，當一個料筒對準了加料口，由油缸將插板打開，塊料順著斜管進入爐室內的接料斗中，斜管與爐室之間有一段焊接波紋管，工作時通過兩個油缸拉緊爐室接料法蘭和波紋管密封真空，出料時波紋管退回，方便爐室上提。當進行裝出爐時，加料倉與爐體分離，裝出爐可以正常進行。返回料加料系統可以滿足加料工作可靠進行。（返回料最大尺寸70mm）。

2.5 坩堝及穩弧系統

本設備的結晶器為鍛造式銅坩堝，材料為T2，每種尺寸的坩堝自帶一個內水套，坩堝系統還包括穩弧線圈、外水套及溫水冷卻系統。

2.6 真空系統

真空系統是為了在熔煉過程中保持必要的真空度，防止熔化時物料被氧化。配置有Z-400增壓泵，羅茨泵ZJ-2500和ZJ-1200，機械泵H-8A（兩臺），維持泵2X-15。真空系統各泵閥的開啟和停止可實現程序自動控制或手動操作，并配有進口傳感器測量規頭，確保在不同的氣體介質情況下讀數準確，并能夠直接在計算機上顯示真空度和充氬壓力。

2.7 水、氣路部分

冷卻水系統主要用于坩堝、爐殼、水冷電纜、真空機組及電源、電極桿的冷卻。電極桿、電源由封閉式冷卻器進行單獨供水，坩堝、爐體、真空系統等由外部循環水直接冷卻，冷卻水為軟化水。電極桿、坩堝水路上均有流量、溫度顯示及報警。坩堝供水可在熔化過程中根椐出水溫度自動調節進水量，以實現溫水冷卻，改善鑄錠表面質量。

壓縮空氣系統主要由移動式空壓機、0.6m3儲氣罐、氣動三聯體、壓力表和管道等組成，主要供應給真空閥門的用氣和電極桿氣動夾頭的用氣。

2.8 自動控制系統

電控系統用于控制整個工作過程，分“自動”、“手動”檔，且可安全轉換。設備在熔煉過程中包括過流、短路、缺水、過熱和互鎖在內的所有保護功能。一旦出現水壓、流量降低到一定值、水溫過高以及真空突降、壓縮空氣壓力達不到要求等任一情況，先報警提示；如果水壓、流量、水溫、真空、壓縮空氣壓力達到跳閘設定值時，電源跳閘，停止熔煉。

3 結束語

該設備經組裝調試及試生產，各項指標均達到了設計要求，十分方便鋯返回料的回收利用。現運行良好。

參考文獻

[1]張繼玉.真空電爐[M].北京：冶金工業出版社，1994，6.

[2]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，1994，8.

作者簡介：陳妍麗：工程師，主要從事非標設備的設計工作。