2kg真空電弧爐的研制

摘 要：文章介紹了2kg真空電弧爐的設備的構成，設計及制造過程中的技術難點。

關鍵詞：小型電弧爐；真空；研制

1概述

本設備是在真空中利用電弧來加熱熔煉金屬的一種自耗電極電弧爐，即用被熔煉金屬材料制成的電極在真空狀態(tài)下以電弧的方式被加熱自熔逐漸消耗，熔化后滴到結晶器-水冷銅坩堝中冷凝成鑄 。由于本電弧爐為小型電弧爐，因此多用于實驗研究以及質量檢測用途。

鈦及其合金由于比重小、強度大、優(yōu)秀的抗腐蝕性能，已被廣泛用于航空航天，化工和醫(yī)療等眾多領域，具有廣泛的發(fā)展前景，因此國家及其相關企業(yè)也加大了對其的研究和發(fā)展力度。所以，小型電弧爐也有了相對廣闊的發(fā)展前景和空間。

2 設備的主要技術參數(shù)

公稱容量：1kg（2kg）（鈦）。

最大熔化電流：1200A。

空載電壓：70V。

空爐極限真空度：0.1Pa。

工作真空度：1.33～0.66Pa。

升壓率：0.1Pa/min

坩堝尺寸：Φ50/Φ65×110mm，Φ75/Φ90×110mm。

電極尺寸及重量：Φ30×400mm，0.85kg（一次電極）；Φ50×260mm，2kg（二次電極）。

電極熔煉速度：0.75～1.2kg/min。

電極最快升降速度：720mm/min。

電極桿正常行程：360mm。

坩堝升降臺最大提升高度：140mm。

3 設備的構成（如圖1）

該設備由以下幾個部分構成：（1）坩堝系統(tǒng)；（2）平臺；（3）爐室；（4）支架；（5）上傳動；（6）真空系統(tǒng)；（7）冷卻水系統(tǒng)；（8）空壓系統(tǒng)；（9）基礎條件圖。

4 設備各部分工作過程及結構特點

4.1 坩堝系統(tǒng)（如圖2）

坩堝系統(tǒng)包括坩堝、水套、穩(wěn)弧線圈、出料裝置及升降氣缸，坩堝是熔化時的鑄錠結晶器，采用紫銅制作；水套是坩堝的冷卻裝置，其上配有穩(wěn)弧線圈，一方面對電弧起約束穩(wěn)定作用，另一方面對熔池起攪拌作用，使鑄錠晶粒細化并防止偏析。出料裝置是為了方便坩堝移出爐體以便裝料與卸料。升降氣缸用于裝、出料時提升坩堝。

4.2 真空爐室

為雙層水冷結構，下部設有坩堝法蘭，中部設有真空接口，爐體上部設有動密封及觀察窗，以便人工觀察。

4.3 主傳動系統(tǒng)

包括電極桿、交流伺服傳動系統(tǒng)及升降導軌副。電極桿為雙層水冷結構，伺服傳動采用交流伺服電機并帶電磁制動器，驅動滾珠絲杠，以滿足熔煉時的快速反應；為保證電極桿升降的直線性及靈活性，采用雙導柱定位導向。

4.4 真空系統(tǒng)

主要是為了除氣，以便在熔煉過程中保持必要的真空度以防止熔化時物料被氧化。同時真空管道上設有防爆口，進行防爆泄壓。真空系統(tǒng)的配置為Z-300增壓泵、ZJP300羅茨泵、H-70滑閥泵以及氣動擋板閥等。真空系統(tǒng)各泵閥的開啟和停止可實現(xiàn)程序自動控制或手動操作，并配有數(shù)字式自動切換量程的復合真空計，電離管為自動啟動，真空度低自動關閉，避免電離管污染。

4.5 冷卻水系統(tǒng)

主要用于坩堝、爐殼、電極桿、電源的冷卻，采取帶壓供給、自流排出的方式。

4.6 熔煉電源

為直流可控硅電源，其參數(shù)為1500A，60V。用于控制整個工作過程，采用PLC控制器可在操作室實現(xiàn)遠程控制，熔煉過程可采用弧壓自動控制，包括抽真空、熔煉過程自動控制及自動檢測、設有水、壓力、電流的異常報警及必要的聯(lián)鎖保護功能。設備配有計算機監(jiān)控系統(tǒng)，實時采集電壓、電流、真空度、熔煉參數(shù)并顯示運行工作畫面，所有數(shù)據(jù)在硬盤里保存一年，操作者可任意調出一年內(nèi)某一天的數(shù)據(jù)打印出來，供歷史紀錄查詢。

5 結束語

該設備已經(jīng)多臺投入原料檢驗和合金的研究，使用安全穩(wěn)定，操作簡單。各項指標也均達到設計要求，運行狀況良好。值得推廣應用。

參考文獻

[1]達道安.真空設計手冊[M].國防工業(yè)出版社，2004.

[2]成大先.機械設計手冊（第四版）[M].化學工業(yè)出版社，2002.

[3]張繼玉.真空電爐[M].冶金工業(yè)出版社，1994.

作者簡介：喬志斌（1985-），男，陜西省寶雞市人，助理工程師，從事非標設備的設計工作。