CN102703723A - 双塔式结构三工位可交替熔炼的恒熔速保护气氛电渣炉 - Google Patents

Abstract

本发明是双塔式结构三工位可交替熔炼的恒熔速保护气氛电渣炉，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和PLC加计算机控制系统，可转动炉头设在移动式熔炼站和辅助工位之间；可转动塔式炉头的熔炼电源主回路分别定位在移动式熔炼站上，定位是通过结晶器电极上部上的同轴定位气缸，定位气缸中的气缸活塞杆端部与电渣电源的同轴回程电路相联，气缸活塞杆插入结晶器电极下部的四根立柱上。优点：用较小吨位短金属电极在中心熔位通过双臂交替重熔较大规格的电渣锭；用两个支臂分别在两个熔位重熔出两个规格小的电渣锭，提高电渣炉的有效利用率和生产的灵活性，提高生产效率。解决大吨位大直径长金属电极制备的困难。

Description

双塔式结构三工位可交替熔炼的恒熔速保护气氛电渣炉

技术领域

 本发明涉及的是一种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，属于特种冶金装备技术领域。

背景技术

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，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。装置金属电极后易瞌头，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。虽采用了计算机控制。但是大多数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。

发明内容

本发明提出的是一种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，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，解决大吨位金属电极悬挂后支臂瞌头问题。

本发明的技术解决方案：一种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，其特征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和PLC加计算机控制系统，两个可转动炉头设在一个移动式熔炼站和两个辅助工位之间；所述的两个可转动塔式炉头的熔炼电源主回路分别定位在一个移动式熔炼站上，该定位是通过结晶器电极上部上的四个同轴定位气缸，定位气缸中的气缸活塞杆端部与电渣电源的同轴回程电路相联，四个气缸活塞杆插入结晶器电极下部的四根立柱上。  

本发明的优点：1）塔式炉头结构使大吨位金属电极悬挂后水平度提高。

2）炉头与料杆均可升降使塔身整体高度降低。3）X-Y电极调整装置使金属电极处于结晶器的中心调整简便。4）采用三熔炼工位设计优点是用较小吨位金属电极在中心熔位通过双臂交替重熔大规格的电渣锭；还可以用两个支臂分别在两个熔位重熔出两个规格较小的电渣锭，提高电渣炉的有效利用率和生产的灵活性，提高生产效率。解决大吨位大直径长金属电极制备的困难。5）高精度称重系统、计算机和PLC恒熔速自动控制系统提高恒熔速控制精度，提高成材率，降低吨钢电耗。

附图说明

附图1是双塔式结构三工位可交替熔炼的恒熔速保护气氛电渣炉的结构示意图。

附图2是图1的俯视图。

附图3是PLC加计算机控制系统原理图。

附图4是图3的控制功能方块图。

图中的1是电极进给系统、2是水冷导电升降铜杆、3是电子秤支架、4是滑动导电系统、5是井式框架、6是结晶器电极上部、7是结晶器电极下部、8是结晶器、9是底水箱、10是电极对中机构、11是压力传感器、12是自动辅助电极夹持机构、13是固定架、14是上烟罩、15是下烟罩、16是护栏、17是辅助电极、18是自耗电极、19是底水架、20是升降框架、21是运锭小车、22是电极加热炉。

具体实施方式

对照附图1、2，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和PLC加计算机控制系统，两个可转动炉头设在一个移动式熔炼站和两个辅助工位之间；所述的两个可转动塔式炉头的熔炼电源主回路分别定位在一个移动式熔炼站上，该定位是通过结晶器电极上部上的四个同轴定位气缸，定位气缸中的气缸活塞杆端部与电渣电源的同轴回程电路相联，四个气缸活塞杆插入结晶器电极下部的四根立柱上。  

所述的电气系统部分中的变压器二次侧短网固定在可转动炉头上的二次短网连接固定架13上，变压器二次侧短网与可转动炉头上的滑动导电系统4相连接，可转动炉头上的二次短网与结晶器电极上部6相连接，结晶器电极上部6通过结晶器电极上部6上的四个气缸活塞杆插入固定熔炼站上的结晶器电极下部7的四根立柱上与固定熔炼站相连接。

所述的可转动塔式炉头，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、下烟罩15、升降框架20，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，下烟罩15上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，升降框架20在井式框架5内，工作时，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均随升降框架20在井式框架5内作上下的升降运动，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。

所述的电极进给系统1，其结构包括慢速伺服电机和快速交流伺服电机减速机。

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分别放置在两个电极导向支架23内部。

所述的滑动导电系统4，其结构是包括若干层电刷部分和若干组集电部分，其中若干层电刷部分中的各电刷块与若干组集电部分中的各导电杆5连接在一起。所述的若干层电刷部分，其每层的结构由若干的电刷块、电刷固定架和固定弹簧环组成，其中电刷块固定在电刷固定架内，并沿导电料杆均布。固定弹簧环抱紧各电刷块，将各电刷块均匀受力压紧在导电料杆上。所述的若干组集电部分包含有若干根导电杆和若干根导电电缆线组成。若干根导电电缆线将各电刷块与各导电杆连接起来，最后各导电杆通过固定螺栓汇集固定在固定导电板上。

所述的电极对中机构10，其结构包括两个电动推杆部分、一个浮动支架部分、一个固定支架部分；浮动支架部分中的关节轴承支承柱的上端与电动推杆部分中的电动推杆的活塞杆相连，浮动支架部分中的沿X轴转动关节轴承安装在固定支架部呈中的固定支架上。所述的电动推杆部分，其结构包括电动推杆浮动支架和电动推杆，电动推杆浮动支架固定在设备框架上，可绕X轴和Y轴作一定的转动；电动推杆的活塞杆与浮动支架部分相连。所述的浮动支架部分，其结构包含有沿X轴转动关节轴承、沿Y轴转动关节轴承、浮动架、关节轴承支承板、关节轴承支承柱，其中关节轴承支承板、关节轴承支承柱的上端与电动推杆的活塞杆相连，下端通过沿Y轴转动关节轴承与浮动架相连接；浮动架则通过沿X轴转动关节轴承与固定支架相连接，所述的一个固定支架部分，其结构包括一个固定支架、三个浮动连接杆和三个称重传感器，固定支架通过称重传感器和浮动连接杆，固定在设备框架上，浮动连接杆通过其两端的关节轴承，分别与固定支架和设备框架相连接，分布在固定支架的前后两侧和右侧。

所述的辅助电极夹紧机构12其结构包括辅助电极、导电料杆、固定轴、薄膜气缸、固定板、弹珠；其中导电料杆通过弹珠连接辅助电极上，固定轴和固定板固定在炉头支架上，导电料杆外侧是固定轴，导电料杆与薄膜气缸相接。由固定轴和固定板组成一个固定轴部分，固定轴和固定板固定在炉头支架上。三个薄膜气缸和一个导电料杆组成一个上下移动套部分，在薄膜气缸的动力作用下，导电料杆在固定轴外作垂直上下运动。若干颗弹珠承接了连接导电料杆和辅助电极的作用。

对照附图3，电极进给控制可实现自耗电极浸入渣池深度的控制。使用渣阻/渣阻摆动的组合进行插入深度的控制，和将熔炼功率作为熔速控制的控制变量对两个控制回路产生的交叉影响就可以最小。并且电渣熔速在5Kg/min到25Kg/min范围内连续可调，熔速偏差控制在±5%的范围内。 渣池的电阻的实际值和参考设定值进行比较，可以通过操作界面PC（OIP）的可视屏幕手动设置，或者选择全自动熔炼控制时的熔炼工艺配方。

对照附图4,熔炼过程中电子秤重系统不断测量剩余自耗电极的重量，计算机实时读取一个新的重量数据，并根据在时间窗口内移动的滤波平均值计算出一个新的熔速值，以达到熔炼要求的精度。通过设定值和实际值的比较，计算机计算出下级熔炼功率控制器的设定值，并最终产生熔炼电源的熔炼电流控制器的设定值。 

共设有3种控制熔炼电流方式：化渣模式、重熔模式、热补缩模式。当达到预定的剩余电极重量时，熔速控制就会自动停止。此时就开始热封顶周期，此时控制模式自动转为时基的功率控制，即在速度控制的熔炼周期间最后所用的功率同时也用于随后周期的开始。这时，功率是按照工艺所确定的功率/时间曲线减小的，在这个程序结束时，重熔过程自动终止。

在执行熔炼工艺配方时，在选定的数据点之间进行线性插入并周期性地将有效设定点传送到RMC之间。随着电极重量的减少，熔炼工艺配方可根据预先设定的曲线控制所需要的熔速利用组态软件开发了一套全自动熔速控制与数据管理系统。该系统具有冶炼算法决策，冶炼配方编辑与管理，电渣熔炼全过程实时监控与记录，动画显示冶炼参数、报表和故障自诊断及报警等功能，使电渣重熔过程中减少人为干预的影响，从而提高电渣锭的冶金质量。 

本发明的工作流程：

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。

本发明采用双塔式结构、炉头料杆吊挂假电极并连接金属电极，炉头与料杆均可升降，双塔式结构整体可旋转，采用三熔炼工位设计，用较小吨位金属电极在中心熔位通过双臂交替重熔大规格、大吨位的电渣锭，可以在另一个熔位继续进行生产或进行金属电极预热；可以根据锭型的不同合理安排生产。可以用两个可转动炉头，分别在两个熔位重熔出两个规格较小的电渣锭。

经试验，采用塔式结构解决了大吨位金属电极悬挂后支臂瞌头问题。塔式炉头直线导轨升降设计解决了料杆行程有限增加交臂熔炼时金属电极提升高度。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，解决了在大填充比的情况下，金属电极保持水平方向的位置，使金属电极始终处于结晶器的中心。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；可以根据锭型的不同合理安排生产，用较小吨位短金属电极在中心熔位通过双臂交替重熔较大规格的电渣锭；还可以用两个支臂分别在两个熔位重熔出两个规格较小的电渣锭，提高电渣炉的有效利用率和生产的灵活性，提高生产效率。解决大吨位大直径长金属电极制备的困难。高精度称重、计算机和PLC恒熔速自动控制系统，解决启动到补缩终了，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氧化Ti, Zr, Al, Si等元素的氧化烧损可以基本避免, 特别有利于含Al, Ti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。

Claims (6)

1.一种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，其特征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和PLC加计算机控制系统，两个可转动炉头设在一个移动式熔炼站和两个辅助工位之间；所述的两个可转动塔式炉头的熔炼电源主回路分别定位在一个移动式熔炼站上，该定位是通过结晶器电极上部上的四个同轴定位气缸，定位气缸中的气缸活塞杆端部与电渣电源的同轴回程电路相联，四个气缸活塞杆插入结晶器电极下部的四根立柱上。

2.根据权利要求1所述的一种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，其特征是所述的电气系统部分中的变压器二次侧短网固定在可转动炉头上的二次短网连接固定架上，变压器二次侧短网与可转动炉头上的滑动导电系统相连接，可转动炉头上的二次短网与结晶器电极上部相连接，结晶器电极上部通过结晶器电极上部上的四个气缸活塞杆插入固定熔炼站上的结晶器电极下部的四根立柱上与固定熔炼站相连接。

3.根据权利要求1所述的一种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，其特征是所述的可转动塔式炉头，其结构包括井式框架、升降框架、电极进给系统、水冷导电升降铜杆、滑动导电系统、辅助电极夹紧机构、二次短网连接固定架、电子秤支架、压力传感器、电极对中机构、结晶器电极上部、上烟罩、下烟罩、升降框架，其中电极进给系统、水冷导电升降铜杆、辅助电极夹紧机构通过电子秤支架支撑在三个压力传感器上，上烟罩固定在升降框架上，下烟罩通过两个气缸悬挂在升降框架上，下烟罩上开有加料口和除尘吸风口，水冷导电升降铜杆中下部连接关节轴承，电极对中机构在水冷导电升降铜杆顶部；滑动导电系统中的滑动触点组件连接到水冷导电升降铜杆，升降框架在井式框架内；工作时，电极进给系统、水冷导电升降铜杆、滑动导电系统、辅助电极夹紧机构、二次短网连接固定架、电子秤支架、压力传感器、电极对中机构、结晶器电极上部、上烟罩均随升降框架在井式框架内作上下的升降运动，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。

4.根据权利要求1所述的一种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，其特征是所述的移动式熔炼站包含有结晶器电极下部、结晶器、底水箱、运锭小车，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的四根立柱上，底水箱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表面的接触是线性接触；结晶器电极下部由三根固定立柱和一根可旋转立柱组成，结晶器、底水箱固定在运锭小车上，当运锭小车需要从冶炼工位移动到脱模工位时，结晶器电极下部的一根可旋转立柱可打开让路。

5.根据权利要求1所述的一种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，其特征是所述的两个辅助工位，其结构包括两台电极端部加热炉、电极导向支架，两台电极端部加热炉分别放置在两个电极导向支架内部。

6.根据权利要求1所述的一种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的工作流程是：

开始→控制系统通电→载着结晶器、底水箱的运锭小车，从脱锭工位行走至熔炼工位→连接并打开结晶器和底水箱的冷却水快换接头→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→结晶器电极上部上的四个定位气缸活塞杆下降，插入结晶器电极下部的四根立柱上→水冷导电升降铜杆下降至辅助电极接头→调整电极对中机构，使辅助电极的插头与水冷导电升降铜杆二端部的夹持口对中→水冷导电升降铜杆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的插头内，水冷导电升降铜杆底部铜平面即被锁住，且与辅助电极钢平面充分接触→电极进给系统中的快速交流伺服电机减速机运转，将水冷导电升降铜杆、辅助电极和自耗电极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，升降框架升起，带动水冷导电升降铜杆、辅助电极和剩余的自耗电极一起提出结晶器；同时，结晶器电极上部上的四个定位气缸活塞杆缩回，脱离结晶器电极下部的四根立柱→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的插头外，水冷导电升降铜杆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、辅助电极和剩余的自耗电极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，关闭和拆卸结晶器和底水箱的冷却水快换接头，打开结晶器电极下部的一根可旋转立柱让路→运锭小车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→将结晶器重新吊入移动熔炼站工位，将结晶器与底水箱使用螺栓固定，准备冶炼→进入下一循环。

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