CN111206159A - 可组合式电渣炉装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种可组合式电渣炉装置，包括四个可独立工作的小型电渣炉，从而形成呈矩形分布的四个小型熔炼工位；每个小型电渣炉能够与其邻近的另一小型电渣炉连接形成中型电渣炉，使得所述可组合式电渣炉装置形成两个中型熔炼工位；四个小型电渣炉能够相互连接形成大型电渣炉，使得所述可组合式电渣炉装置形成一个大型熔炼工位。本发明的可组合式电渣炉装置同时具备四个独立的可单独工作的小型电渣炉/小型熔炼工位S，或由每两个小型电渣炉组合成一个可独立工作的中型电渣炉/中型熔炼工位M，或由四个小型电渣炉共同组合成一个超大型电渣炉/大型熔炼工位L。在没有大型锭任务的时候，可以同时生产多个中型锭或小型锭，提高设备开工率。

Description

可组合式电渣炉装置

技术领域

本发明涉及电渣冶金技术领域。更具体地，涉及一种可组合式电渣炉装置。

背景技术

电渣冶金是钢铁冶金的前沿技术，电渣炉是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为冶金热源，对金属进行边冶炼边强制冷却凝固的一种冶金炉设备。通过电渣熔铸获得的钢锭气体和夹杂物含量少、成分均匀、组织致密、质量优异。对于超大型钢锭，由于百吨级钢锭超大的几何尺寸，如果用常规冶金加常规铸锭方法熔炼和浇注钢锭，会产生严重的成分偏析、夹杂和夹渣、组织不均匀、疏松缩孔等缺陷，因此用常规方法难以实现。而用电渣熔铸的方法就能够较好地实现。但是，百吨级或更大尺寸的电渣锭，熔铸过程中直径2米-3米的熔池中心热量很难散发出去，失去了电渣熔铸的强制冷却的能力，百吨级的电渣锭的中心冶金质量也会出现问题而不能正常使用。

由于近年来，军工、核电、压力容器、风电、火电等用钢方面对大型、超大型特钢钢锭的需求越来越迫切，特别是百吨级甚至几百吨级的空心电渣钢锭、特厚板坯电渣扁锭、特宽薄板坯电渣锭、特长空心电渣锭和特长实心电渣锭等电渣钢产品和近终型电渣熔铸产品，更是可以高效率、绿色低能耗低碳、高收得率的特点取代普通实心锭、小吨位锭和短棒型锭。

目前国内电渣炉的生产情况：

主要以生产小吨位的实心圆锭为主，随着市场需求，国内也建设了几台百吨级电渣炉，但是仍然是生产实心锭。举例来说：

第一、核电用的主管道，是用100吨左右的实心电渣锭，掏空有缺陷的中心部，再锻造成管道。这种方法冶金质量差、生产工序多、金属利用率低、生产效率低、能源浪费大。

第二、风电用的无缝环形大直径法兰，现在的制造方法是采用普通质量的连铸板坯叠落在一起，经过真空压焊获得超大单重的无心部缺陷的单块金属，再经过锻造和环轧机轧制而成无缝环形超大尺寸的法兰。而如果采用空心电渣锭制造就能直接获得高品质无缺陷的大单重的环形材料，而且由电渣钢代替连铸钢金属质量大幅度提升。

第三、火电转子护套钢，传统制造方法是采用实心电渣锭经多次锻造而成，而恰恰这种钢是极其难锻造的钢，边锻造边出现裂纹，等冷却下来后上机床把裂纹加工掉，然后再加热再锻造，反复多次，原来100％的电渣锭，经过反复锻造反复车削裂纹，成型的时候，只剩20％多的重量了，工时太多，浪费极大，因而价格极其昂贵。如采用空心电渣锭的方法，直接熔铸成接近规格尺寸的空心锭，再少许锻造和机加工即可形成成品，这就是电渣熔铸的近终型制造。

第四、大型核潜艇壳体，过去是用电渣板坯轧制成厚板，然后一块一块的拼焊而成，有缝的潜艇壳体受强度的限制，下潜深度不能突破。随着强国之间的军事竞争和科技的发展，更大潜深的潜艇壳体要求采用16米直径无缝桶型高品质电渣钢材料制造而成。这就亟需生产一种三百吨级的3米直径的空心电渣锭。然后采用环轧机轧制成16米直径的无缝筒体。但是，目前国内，乃至世界范围内，还没有能生产百吨级甚至三百吨级的(3米直径)空心锭电渣炉。

第五、市场急需的特宽(最大3米宽)薄板坯电渣炉、特长空心锭(最大8米长)电渣炉，更急需一种超大型多工位且可以组合工位的多功能的电渣炉，在不生产大型锭的时候，这台电渣炉还可以同时生产多个小锭或多个中型锭，让设备不再闲置，即设备利用率高的超大型电渣炉。而国内现有的百吨级电渣炉一般只能生产1只大型锭，而大型锭的产量是有限的，大多时间是待产状态，设备利用率极低，投资风险大。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种可组合式电渣炉装置。

本发明提供了一种可组合式电渣炉装置，包括四个可独立工作的小型电渣炉，从而形成呈矩形分布的四个小型熔炼工位；每个小型电渣炉能够与其邻近的另一小型电渣炉连接形成中型电渣炉，使得所述可组合式电渣炉装置形成两个中型熔炼工位；四个小型电渣炉能够相互连接形成大型电渣炉，使得所述可组合式电渣炉装置形成一个大型熔炼工位。

根据本发明的进一步优选的实施例，每个小型电渣炉包括设置有立柱导轨和丝杠的升降立柱、可沿所述立柱导轨升降滑动的电极升降小车、可沿所述立柱导轨升降滑动的结晶器升降小车、与所述电极升降小车连接的电极升降平台、与所述结晶器升降小车连接的小型结晶器脱圈，当小型电渣炉独立工作时，所述电极升降平台和所述小型结晶器脱圈以悬臂承重方式可升降滑动地设置于所述升降立柱。

根据本发明的进一步优选的实施例，所述可组合式电渣炉装置还包括大型电极升降平台、中型结晶器脱圈、大型结晶器脱圈，当两个小型电渣炉组成一个中型电渣炉工作时，其中一个小型电渣炉的电极升降平台的自由端与另一小型电渣炉的电极升降小车连接，使得所述电极升降平台以二柱龙门框架承重方式可升降滑动地设置于两个升降立柱之间，并且所述中型结晶器脱圈与所述两个小型电渣炉的结晶器升降小车连接，使得所述中型结晶器脱圈以二柱龙门框架承重方式可升降滑动地设置于两个升降立柱之间；当四个小型电渣炉组成一个大型电渣炉工作时，两个中型电渣炉的各自的二柱龙门框架式电极升降平台分别与所述大型电极升降平台连接，使得所述大型电极升降平台以四柱龙门框架承重方式可升降滑动地设置于四个升降立柱之间，并且所述大型结晶器脱圈与所述四个小型电渣炉的结晶器升降小车连接，使得所述大型结晶器脱圈以四柱龙门框架承重方式可升降滑动地设置于四个升降立柱之间。

根据本发明的进一步优选的实施例，每个小型电渣炉具有包括单相熔炼模式和双极串联熔炼模式两种工艺模式的短网系统，当小型电渣炉组成中型电渣炉或大型电渣炉工作时，所述两种工艺模式的短网系统组合成中型电渣炉或大型电渣炉的短网系统，使得使得中型电渣炉或大型电渣炉也具有单相熔炼模式和双极串联熔炼模式两种工艺模式，当在单相熔炼模式操作时，变压器二次侧输出端与电极顶端电连接，二次侧输入端与底水箱电连接，形成电流从变压器输出，依次经过电极顶端、电极底端、渣池和熔池、电渣锭、底水箱，最后返回变压器的闭合回路；当在双极串联熔炼模式操作时，变压器二次侧输出端与第一组电极顶端电连接，二次侧输入端与另一组电极顶端电连接，形成电流从变压器输出，依次经过第一组电极顶端、第一组电极底端、渣池和熔池、第二组电极底端、第二组电极顶端，最后返回变压器的闭合回路。

根据本发明的进一步优选的实施例，每个小型电渣炉的电极升降小车和结晶器升降小车安装于同一立柱轨道并由通过同一丝杠驱动升降，使得所述电极升降小车和所述结晶器升降小车互相共享升降行程。

根据本发明的进一步优选的实施例，结晶器采用固定式结晶器或抽锭式结晶器。

根据本发明的进一步优选的实施例，结晶器采用无内芯的实心锭结晶器或带内芯的空心锭结晶器。

根据本发明的进一步优选的实施例，电极升降小车和结晶器升降小车的驱动电机分别包括快速电机和慢速伺服电机，快速电机采用伺服电机、变频电机或普通电机，所述快速电机和所述慢速电机可互相作为备用电机。

根据本发明的进一步优选的实施例，每个小型电渣炉的短网系统包括第一组滑动导电电刷、第二组滑动导电电刷、第一组铜排、第二组铜排，所述第一滑动导电电刷与所述第一铜排滑动接触，所述第二滑动导电电刷与所述第二铜排滑动接触，其中每一组滑动导电电刷能够同时滑动引出正极和负极的双极性电源。

根据本发明的进一步优选的实施例，所述电极升降小车和所述结晶器升降小车的驱动方式为丝杠旋转螺母静止，用于驱动所述电极升降小车和所述结晶器升降小车的电机安装在丝杠的顶端或底端。

根据本发明的进一步优选的实施例，所述电极升降小车和所述结晶器升降小车的驱动方式为丝杠静止螺母旋转，所述电极升降小车和所述结晶器升降小车上分别设置有驱动电机。

根据本发明的进一步优选的实施例，每个小型电渣炉具有独立的变压器，当两个/四个小型电渣炉合拼为一个中型/大型电渣炉时，两个/四个变压器的输出端在炉前并联，两个/四个变压器输出电压调节通过PLC控制同步升压和同步降压；每个小型电渣炉具有独立的一套铜排短网，当两个/四个小型电渣炉合拼为一个中型/大型电渣炉时，两套/四套短网在炉前并联。

根据本发明的进一步优选的实施例，每个小型电渣炉具有一套独立的电控系统，由炉前操作台、主操作台、伺服驱动柜、PLC控制柜、上位机电脑组成，中型电渣炉的电控系统由两套小型电渣炉的电控系统合拼而成，大型电渣炉的电控系统由四个小型电渣炉的电控系统合拼而成，每个操作台设有控制权限的选择开关。

根据本发明的进一步优选的实施例，所述电渣炉的炉体结构形式通过更换结晶器，可用于生产空心电渣锭、生产实心电渣锭、生产特宽薄板坯电渣锭、特厚板坯电渣锭、特细长电渣锭。

根据本发明的进一步优选的实施例，每个小型电渣炉在结晶器的上方设置气氛保护系统，所述气氛保护系统适合生产空心电渣锭、生产实心电渣锭、生产特宽薄板坯电渣锭、特厚板坯电渣锭、特细长电渣锭。

根据本发明的进一步优选的实施例，所述电渣炉的炉体结构形式能够使用工频交流电源和低频电源，低频电源柜安装在变压器和铜排短网之间。

本发明的可组合式电渣炉装置同时具备四个独立的可单独工作的小型电渣炉/小型熔炼工位S，或由每两个小型电渣炉组合成一个可独立工作的中型电渣炉/中型熔炼工位M，或由四个小型电渣炉共同组合成一个超大型电渣炉/大型熔炼工位L。在没有大型锭任务的时候，可以同时生产多个中型锭或小型锭，提高设备开工率。电极升降小车和结晶器升降小车可以在同一个立柱导轨上行走，用同一根丝杠驱动，电极升降小车和结晶器升降小车互相借用导轨行程，扩大了有效的行程范围，在降低了设备总高度的同时，反而增加了产品有效高度。运锭台车设计成超薄的结构形式，减少了占用的高度空间，增加了电极和结晶器的有效行程。铜排短网采用异相平行布线加滑动导电技术，大大降低短网阻抗，提高电源效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的俯视图；

图2示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的立体图；

图3示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的小型电渣炉的主视图；

图4示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的小型电渣炉的侧视图；

图5示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的中型电渣炉的主视图；

图6示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的中型电渣炉的侧视图；

图7示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的大型电渣炉的后视图；

图8示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的大型电渣炉的侧视图；

图9示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的大型电渣炉的主视图；

图10示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的大型电极升降平台的连接主视图；

图11示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的大型电极升降平台的连接俯视图；

图12示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的中型电极升降平台的连接图；

图13示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的大型结晶器脱圈的连接图；

图14示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的中型结晶器脱圈的连接图；

图15示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的单相熔炼实心锭工艺模式图；

图16示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的双极串联熔炼实心锭工艺模式图；

图17示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的单相熔炼空心锭工艺模式图；

图18示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的双极串联熔炼空心锭工艺模式图；

图19示出了根据本发明实施方式的可组合式电渣炉装置的电极和结晶器行程共享示意图。

图中：1-顶梁，2-丝杠，3-立柱导轨，4-电极夹紧机构，5-电极升降平台，6(6S/6M/6L)-假电极，7(7S/7M/7L)-假电极组，8(8S/8M/8L)-自耗电极组，9(9S/9M/9L)-结晶器脱圈，10(10S/10M/10L)-结晶器，11(11S/11M/11L)-电渣锭，12-炉前操作台，13-运锭车铁轨，14-运锭车，15-底水箱，16-变压器，17-大电流导电铜排，18-结晶器升降小车，19-平台支撑机构，20-结晶器慢速升降电机，21-结晶器快速升降电机，22-电极升降小车，23-电极慢速升降电机，24-电极快速升降电机，25-滑动导电电刷，26-结晶器，27-含配重的辅助立柱，28-PLC控制柜(包括电机驱动部分)，29-液态渣池，30-金属熔池，31-1号小型熔炼工位S，32-2号小型熔炼工位S，33-3号小型熔炼工位S，34-4号小型熔炼工位S，35-5号中型熔炼工位M，36-6号中型熔炼工位M，37-7号大型熔炼工位L，38低频电源柜，39-连接螺栓或锁块。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应当指出，除非另外具体说明，在这些实施例中描述的部件、数字表示和数值的相对配置不限制本发明的范围。应当指出，下面的实施例并不限制权利要求中记载的本发明的范围，并且并非这些实施例中描述的特征的全部组合均是本发明所必须的。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提出一种可组合式电渣炉装置，如图1和图2所示，该组合式电渣炉装置包括四个可独立工作的小型电渣炉，从而形成呈矩形分布的四个小型熔炼工位S31,S32,S33,S34；每个小型电渣炉能够与其邻近的另一小型电渣炉连接形成中型电渣炉，使得该可组合式电渣炉装置形成两个中型熔炼工位M35,M36；四个小型电渣炉能够相互连接形成大型电渣炉，使得所述可组合式电渣炉装置形成一个大型熔炼工位L37。因此，四个小型电渣炉的机械电气系统可根据具体工况以不同形式的组合形成大中小型熔炼工位。本发明的可组合式电渣炉装置包括炉体框架结构、供电系统、大电流输电短网、电极升降机构、结晶器升降机构、运锭台车、电控系统。

根据本发明的实施方式，每个小型电渣炉包括设置有立柱导轨3和滚珠丝杠2的升降立柱、可沿立柱导轨3升降滑动的电极升降小车22、可沿同一立柱导轨3升降滑动的结晶器升降小车18、与电极升降小车22连接的电极升降平台5、与结晶器升降小车18连接的小型结晶器脱圈9S。当小型电渣炉独立工作时，如图4所示，电极升降平台5和小型结晶器脱圈9S以悬臂承重方式可升降滑动地设置于立柱导轨3。具体地，电极升降平台5通过电极升降小车22以悬臂承重方式可升降滑动地设置于立柱导轨3，小型结晶器脱圈9S通过结晶器升降小车18以悬臂承重方式可升降滑动地设置于立柱导轨3。电极升降小车和结晶器升降小车可以在同一个立柱轨道上行走，用同一根丝杠驱动，使得电极升降小车和结晶器升降小车互相借用导轨行程(电极升降小车除了可以在自己的行程范围内升降，也可以继续行走到结晶器升降小车的范围内，反之，结晶器升降小车也能行走至电机升降小车的升降行程范围内)，扩大了有效的行程范围，在降低了设备总高度的同时，反而增加了设备的有效高度。优选地，电极升降平台5通过平台支撑机构19连接至电极升降小车22，平台支撑机构19包括支撑臂和支撑轮，支撑轮与立柱轨道3滚动接触。

本发明的可组合式电渣炉装置还包括大型电极升降平台5L、中型结晶器脱圈9M、大型结晶器脱圈9L，当两个小型电渣炉组成一个中型电渣炉工作时，其中一个小型电渣炉的电极升降平台5的自由端与另一小型电渣炉的电极升降小车22连接，使得中型电渣炉的电极升降平台5M以二柱龙门框架承重方式可升降滑动地设置于两个升降立柱之间，并且中型结晶器脱圈9M与两个小型电渣炉的结晶器升降小车18连接，使得中型结晶器脱圈9M以二柱龙门框架承重方式可升降滑动地设置于两个升降立柱之间；当四个小型电渣炉组成一个大型电渣炉工作时，两个中型电渣炉的各自的二柱龙门框架式电极升降平台分别与大型电极升降平台5L连接，使得大型电极升降平台5L以四柱龙门框架承重方式可升降滑动地设置于四个升降立柱之间，并且大型结晶器脱圈9L与四个小型电渣炉的结晶器升降小车18连接，使得大型结晶器脱圈9L以四柱龙门框架承重方式可升降滑动地设置于四个升降立柱之间。

根据本发明的实施方式，每个小型电渣炉/小型工位由一组升降立柱，一个电极升降小车，一个设置有电极夹紧机构的电极升降平台，一个结晶器升降小车和拖圈，一个底水箱和运锭台车，一个电源变压器，一路大电流导电短网，一套电控系统组成；一个中型电渣炉/中型工位由两组升降立柱，两个电极升降小车，由两个小型电极升降平台连接在一起形成的中型电极升降平台及其电极夹紧机构，两个结晶器升降小车和一个中型拖圈，一个底水箱和运锭台车，两个电源变压器，两路大电流导电短网，两套电控系统组成；一个大型电渣炉/大型工位由四组升降立柱，四个电极升降小车，与两个中型电极平台连接的一个设置有电极夹紧机构的专用大型电极平台，四个结晶器升降小车和一个大型拖圈，一个底水箱和运锭台车，四个电源变压器，四路大电流导电短网，四套电控系统组成。

具体地，每个小型电渣炉的炉体升降立柱的导轨3上装有电极升降小车22和结晶器升降小车18，由丝杠2驱动小车的升降。结晶器10S安放在结晶器拖圈9S上，结晶器拖圈9S被结晶器升降小车18托起并能够在丝杠2的驱动作用上升或下降。电极自上而下依次包括假电极6S、假电极组7S、自耗电极组8S，电极上端被电极升降平台5上的电极夹紧装置4夹紧并竖直吊在电极升降平台下方，电极下端置入结晶器10S中，电极升降平台5由电极升降小车驱动从而实现上升或下降。电源输送到交流供电电渣炉变压器16，从变压器16出来的低电压大电流通过大电流导电铜排17短网连接到电极的顶端，电流从电极顶端流到电极下端再流进液态渣池29、电渣锭11、底水箱铜板，再通过铜排短网返回到变压器16形成电源的闭合回路。电控系统根据电流设定值和熔速设定值控制通过电极升降动作调整电极动作，跟踪液面位置实现电流控制和熔速控制，同时检测液面高度控制结晶器的升降确保液面高度在工艺要求范围内。

本发明的结晶器可以采用固定式结晶器，也可以采用抽锭式结晶器。设计的炉体结构形式只要更换不同类型的结晶器就可以满足生产空心电渣锭，还可以生产实心电渣锭，还可以生产特宽薄板坯电渣锭，特厚板坯电渣锭，特细长电渣锭。不需要电动的电极对中系统，电极软连接结构实现电极跟随中心功能。运锭台车设计成超薄的结构形式，减少了占用的高度空间，增加了电极和结晶器的有效行程。中型熔炼工位的电极平台和结晶器拖圈采用了两个升降小车同时驱动的结构形式，大型熔炼工位的电极平台和结晶器拖圈采用了四个升降小车同时驱动的结构形式，依靠数控机床的同步技术，让两个小车或四个小车通过数控同步实现同步升降，整个装置作为整体进行升降运动。

电极升降小车和结晶器升降小车的驱动电机分为快速电机和慢速伺服电机，快速电机也可以是伺服电机、变频电机或普通电机，快速电机做生产准备工作，慢速电机做电流和液面跟踪调节工作。两个电机还可互相作为备用电机，从而在很大程度上提高熔炼进程的可靠性，保证熔炼工作不会因为故障中断。小车驱动升降有两种形式，即丝杠旋转螺母不转驱动小车升降，也可以丝杠不转而螺母旋转驱动小车升降。对于丝杠旋转的情况，电机和减速机安装在丝杠的顶端或底端；对于不需要丝杠旋转的情况，电机和减速机安装在小车上。

大型电渣炉/大型熔炼工位的大型电极升降平台5L和大型结晶器脱圈9L在不需要的时候(包括在装置不工作以及装置以小型电渣炉和/或中型电渣炉工作的情况)可以拆卸吊走，从而把空间留给中型或小型熔炼工位使用。一旦需要的时候，可以快速无缝连接投入使用。

每个小型电渣炉具有自己独立的变压器。当两台小型电渣炉组成一个中型电渣炉时，两台变压器的输出端是在炉前实现并联的。两台变压器输出电压调节也是通过PLC同步实现的。大型电渣炉的变压器是四个小型电渣炉变压器在炉前实现并联的，依靠同步技术实现同步升压和同步降压。每个小型电渣炉具有自己独立的一套铜排短网。当两台小型电渣炉组成一个中型电渣炉时，两套短网是在炉前实现并联的。大型电渣炉的四套铜排短网也是在炉前实现并联。优选地，铜排短网采用异相平行布线加滑动导电技术，大大降低短网阻抗，提高电源效率。

短网系统可以实现电渣炉的单相熔炼模式和双极串联熔炼模式两种模式。单相熔炼时，如图15和图17所示(箭头表示电流流动方向)，变压器输出一端接电极顶端，另一端接底水箱铜板上，形成电流到电极顶端，再到电极底端，再到熔融的渣池，再到电渣锭，再到底水箱，最后返回变压器的闭合回路。双极串联时，如图16和图18所示(箭头表示电流流动方向)，变压器一端接第一组电极顶端，变压器的另一端接另一组电极顶端，电流从变压器一端流向第一组电极顶端，再流到第一组电极底端，通过渣池再流到第二组电极的底端，再流到第二组电极的顶端，再流到变压器的另一端，形成了电流的闭合电路。

每台小型电渣炉具有一套独立的电控系统，由炉前操作台、主操作台、伺服驱动柜、PLC控制柜、上位机电脑组成。中型工位/中型电渣炉的电控系统是由两套小型电渣炉的电控系统组合而成的，大型工位/大型电渣炉的电控系统是由四台小型电渣炉的电控系统合拼而成的。每套操作系统上都有一个选择开关，用来选择本套电控系统是主操作还是从操作。凡是被选为主操作的，其电脑、炉前台和主操作台就作为中型电渣炉或大型电渣炉的电脑或操作台，其它被选为从操作的电控系统，不能操作，只能被动执行指令。

优选地，本发明的可组合式电渣炉装置在结晶器上方布置有气氛保护系统，所述气氛保护系统适合生产空心电渣锭、实心电渣锭、特宽薄板坯电渣锭、特厚板坯电渣锭、特细长电渣锭。优选地，本发明的可组合式电渣炉可以使用工频交流电源和低频电源，低频电源安装在变压器和铜排短网之间。

优选地，如图15至图18所示，每个小型电渣炉的短网系统包括第一滑动导电电刷A、第二滑动导电电刷B、第一铜排C、第二铜排D，第一滑动导电电刷A与第一铜排C滑动接触，第二滑动导电电刷B与第二铜排D滑动接触，从而实现短网系统的两种工艺模式。

各工位组合方式及工作过程如下：

1.小型熔炼工位S/小型电渣炉

如图3和图4所示，每个小型电渣炉占据一个小型熔炼工位。小型电渣炉具有自己独立的变压器和独立的控制系统，可以单独生产或者多个小型电渣炉同时或不同时生产小型锭(此时多个小型电渣炉互相独立没有关联)。小型电渣炉可以生产0.1-40吨规格的空心电渣圆锭、实心电渣圆锭、板坯电渣锭、特长(最长8米)电渣锭。

小型电渣炉工作过程：变压器16把交流电源输送到导电铜排17，经过滑动导电电刷25把电流引入电极夹紧机构4和假电极6S，再顺序经过假电极组自耗电极组8S、电渣锭11S、底水箱15，再回到变压器16，这样形成了电流的闭合回路。当电流经过液态渣池29时产生熔渣的电阻热，为熔炼提供热能。电极慢速升降电机23和电极快速升降电机24驱动电极升降小车22上升或下降，电极升降小车22的行走轮沿着立柱导轨3行走，带动电极升降平台5S升降，从而实现被电极夹紧机构4夹紧的电极6S、7S、8S的升降。熔炼过程中依靠慢速电机的正反转和速度调节使得电极随着熔池的液面升降而变化，通过这样的调节动作保持电流等于工艺设定值。通过工艺给定的熔速、电流、电压、电极插入深度等参数，由PLC控制柜实现熔炼速度的自动控制。结晶器慢速升降电机20和结晶器快速升降电机21驱动结晶器升降小车上升或下降，结晶器升降小车的行走轮18沿立柱导轨3行走。结晶器升降小车18带动结晶器拖圈9S升降，拖圈带动结晶器10S升降，根据液面高度情况，由电控系统PLC控制结晶器慢速升降电机来跟踪液面位置，确保液面高度符合工艺要求。熔铸完毕后，由运锭台车14S将电渣锭11S运离小型熔炼工位S。

2.中型熔炼工位M/中型电渣炉

如图5和图6所示，每两个小型电渣炉/小型熔炼工位S可组合成一个中型电渣炉，占据一个中型熔炼工位M，两个变压器16同时供电，两个小型电渣炉的控制系统28依靠数控同步技术组合成一套中型电渣炉的控制系统。用这种方法共可组成两个各自独立的中型电渣炉/中型熔炼工位M。每个中型电渣炉可分别独立生产或者同时或不同时生产中型锭(两台中型炉互相独立没有关联)。中型电渣炉可以生产1-160吨规格的的空心电渣圆锭(最大2米直径)、实心电渣圆锭、大单重特厚板坯电渣锭、特长(最长8米)电渣锭。根据生产需要，也可以其中的两台小型电渣炉独立生产两只小型锭，同时另两台小型电渣炉组合成一台中型电渣炉生产一只中型锭。

需要说明的是中型熔炼工位占据原相邻的小型熔炼工位，共用同一个位置。中型熔炼工位的熔铸车还是原来的小型工位熔铸车，电极平台由原小型电渣炉的一个电极升降小车驱动变为两个电极升降小车共同驱动，由原小型电渣炉的悬臂承重变为两立柱的龙门框架承重结构(如图6所示)，增加了电极平台的承重能力，这样就形成了中型电渣炉/中型熔炼工位。

由相邻的两个小型熔炼工位S的两台小型电渣炉组成一台框架结构支承的中型熔炼工位M的中型电渣炉。如图5和图6所示，中型电渣炉由两套立柱导轨3、丝杠2、电极升降小车22驱动一个共同的电极升降平台5M，由两台电极慢速升降电机23和两台电极快速升降电机24同步工作来驱动电极升降平台5M的升降。采用数控同步的技术，能确保两台同步工作的电机步调一致，这样确保电极升降平台5M能够保持水平升降，不会倾斜。中型熔炼工位M的供电是由两台小型电渣炉的变压器16同时供电取得电源的。两台变压器16的二次侧是经过铜排等短网在结晶器10M的液态渣池29中实现并联的。熔炼过程的动作和小型熔炼工位是一样的，不同之处在于增加了电极升降平台5M的搭接形成框架结构炉体的平台结构，增加了电机数控同步和电源并联的工作。如图12所示，把两台小型电渣炉的电极升降平台5S搭接在一起形成一个共同的中型电渣炉的电极升降平台5M，例如，可以通过连接螺栓或连接销将其中一个小型电渣炉的电极升降平台的自由端与另一小型电渣炉的电极升降小车连接，使得该电极升降小车的两侧分别连接一个电极升降平台5S，从而形成中型电渣炉的电极升降平台5M。结晶器动作原理与此相同，由两个结晶器升降小车18同时驱动一个结晶器拖圈9M，两个结晶器升降小车的电机20和21需要数控同步来驱动，确保结晶器拖圈9M水平升降而不歪斜。结晶器升降小车18带动结晶器拖圈9M升降。

中型电渣炉的工作过程：两个变压器16把交流电源输送到两套导电铜排17，经过两组滑动导电电刷25把电流引入电极夹紧机构4和假电极6M，再顺序经过假电极组7M、自耗电极组8M、电渣锭11M、底水箱15，再回到两个变压器16，这样形成了电流的闭合回路。当电流经过液态渣池29时产生熔渣的电阻热，为熔炼提供了热能。两个电极小车22通过各自的电极慢速电机23和电极快速电机24驱动上升或下降，两个电极小车22的行走轮各自沿着两个立柱导轨3行走，带动电极升降平台5M升降，使得被电极夹紧机构4夹紧的电极6M、7M、8M能够上升或下降。熔炼过程中依靠电极慢速电机23的正反转和速度调节来使电极跟踪熔池的液面升降变化，通过这样的调节动作保持熔炼电流等于工艺设定值。通过工艺给定的熔速、电流、电压、电极插入深度等参数，由PLC控制柜来实现熔炼速度的自动控制。两个结晶器升降小车由各自的结晶器慢速升降电机20和结晶器快速升降电机21驱动进行上升或下降，两个结晶器升降小车走行轮18沿两个立柱导轨3行走。两个结晶器小车18带动结晶器拖圈9M升降，拖圈带动结晶器10M升降，根据液面高度情况，由电控系统PLC控制结晶器升降慢速电机来跟踪液面位置，确保液面高度符合工艺要求。熔铸完毕后，由运锭台车14M将电渣锭11M运离中型熔炼工位M。

3.大型熔炼工位L/大型电渣炉

如图7至图9所示，四台小型电渣炉\小型熔炼工位S可以组合成一台大型电渣炉(350吨级的电渣炉)，占据一个大型熔炼工位L。大型电渣炉由四台变压器16同时供电，四个小型电渣炉控制系统组合成一套大型电渣炉子的控制系统。最大可生产直径3米高6米的电渣锭，可以生产空心电渣锭、实心圆锭，特厚最大1.6米板坯电渣锭、特宽最大3米薄板坯(厚60-250mm)电渣锭、特长(细长)最长8米电渣锭。组合成大型电渣炉后，依靠数控同步技术多台小型电渣炉需统一指挥同步工作，各小型电渣炉不可单独使用，不能单独生产。

需要说明的是大型熔炼工位占据原四个小型熔炼工位，共同组成了一个中心大区域，熔铸车不是原来的熔铸车，换成了大工位专用的大型熔铸车。增加了一个大型专用电极平台，由原来两个中型电极平台和新增的大型电极平台互相连接，如图10和图11所示，共同组成大型熔炼工位的电极平台，由四个电极升降小车共同驱动，形成四柱龙门框架承重结构，大大增加了电极平台的承重能力，这样就成为了大型熔炼工位L。

把四个小型熔炼工位S的四台小型电渣炉的机械和电气的软硬件资源组合在一起，由四根滚珠丝杠2、四组立柱导轨3和四个电极升降小车22共同驱动一个大型熔炼工位L的电极升降平台5L的升降，如图7至图9所示，电极升降平台5L带动大型熔炼工位的电极组8L升降，实现电极快速升降和慢速跟踪工作。依靠数控同步技术，让四个电极升降小车作为一个整体同步升降，驱动大型电极升降平台5L不偏不斜的稳步升降，电极升降平台5L带动电极组8L升降，实现大型熔炼工位电极熔炼的跟踪动作。四个电极升降小车22和大型电极平台5L的连接如图10和图11所示，大型电极升降平台5L可以通过连接螺栓或锁块与两个中型电极升降平台5M连接。大型熔炼工位的结晶器拖圈9L也以相同的原理进行同步拖动操作。如图13，由四个结晶器升降小车18共同拖动大型熔炼工位的结晶器拖圈9L,四个结晶器升降小车18的各自的慢速升降电机20和快速升降电极21通过数控同步技术来驱动，使得四个结晶器升降小车作为一个整体同升同降，确保结晶器拖圈9L水平升降而不歪斜。根据液面高度情况，由电控系统PLC控制结晶器慢速升降电机20来跟踪液态渣池29的液面位置，确保液面高度符合工艺要求。熔铸完毕后，由运锭台车14L将电渣锭11L运离大型熔炼工位L。

大型电渣炉的工作过程：四个小型电渣炉的变压器16把交流电源输送至四套导电铜排17，经过四组滑动导电电刷25把电流引入假电极6L，再顺序经过假电极组7L、自耗电极组8L、液态渣池29、电渣锭11L、底水箱14L，再回到变压器16，从而形成电流的闭合回路。电流经过液态渣池29产生电阻热，为熔炼提供热能。四个电极升降小车通过各自的电极慢速电机23和电极快速电极24驱动上升或下降，四个电极升降小车22的行走轮均沿着立柱导轨3行走，带动电极升降平台5L升降，使得被电极夹紧机构4夹紧的电极6L、7L、8L能够实现升降，熔炼过程中依靠电极慢速电机23的正反转和速度调节使得电极随着熔池的液面升降变化。通过工艺给定的熔速、电流、电压、电极插入深度等参数，由PLC控制柜来实现熔炼速度的自动控制。四个结晶器升降小车通过各自的慢速升降电机20和快速升降电机21按照数控同步技术驱动实现上升和下降，结晶器升降小车18的行走轮沿着四个立柱导轨3行走。四个结晶器升降小车18带动同一个结晶器拖圈9L升降，根据液面高度情况，由电控系统PLC控制结晶器升降慢速电机20来跟踪渣池液面位置，确保液面高度符合工艺要求。熔炼完成后，由运锭台车将电渣锭11L运离大型熔炼工位L。

综上所述，本发明的可组合式电渣炉装置有如下组合方式：1)四个独立的小型熔炼工位(4S)，可独立生产四个小型锭。熔炼的工艺模式如图15-18，电极升降小车和结晶器升降小车行程共享如图19。2)两个独立的小型熔炼工位和一个中型熔炼工位(2S+1M)，可独立生产两个小型锭和一个中型锭。3)两个独立的中型熔炼工位(2M)，可独立生产两个中型锭。4)一个大型熔炼工位(1L)，能够生产一个大型锭。其中，中型熔炼工位和大型熔炼工位具有小型熔炼工位的包括两种工艺模式和共享行程在内的功能和特点。中型熔炼工位通过连接螺栓或连接销把两个小型工位平台连接为一体形成中型工位平台，如图12所示；大型熔炼工位增加一个专用的大型电极平台，通过连接螺栓或连接销将两个中型工位平台和专用的大型电极平台连接为一体，如图11所示。小型熔炼工位S采用悬臂式炉体结构，可生产小规格的空心锭、实心锭、板坯锭、特长锭等；中型熔炼工位M采用两柱龙门框架式炉体结构，可生产中规格的空心锭、实心锭、板坯锭、特长锭等；大型熔炼工位L采用四柱龙门框架式炉体结构，可生产超大规格的空心锭、实心锭、特宽板坯锭、特长锭等。大中小型熔炼工位均采用滑动导电、同轴导电短网、单相供电单电极或多电极、兼容双极串联供电双电极或多电极、固定结晶器或抽锭结晶器熔炼模式。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种可组合式电渣炉装置，其特征在于，包括四个可独立工作的小型电渣炉，从而形成呈矩形分布的四个小型熔炼工位；每个小型电渣炉能够与其邻近的另一小型电渣炉连接形成中型电渣炉，使得所述可组合式电渣炉装置形成两个中型熔炼工位；四个小型电渣炉能够相互连接形成大型电渣炉，使得所述可组合式电渣炉装置形成一个大型熔炼工位。

2.根据权利要求1所述的可组合式电渣炉装置，其特征在于，每个小型电渣炉包括设置有升降用导轨和升降用丝杠的立柱、可沿所述立柱导轨滑动的电极升降小车、可沿所述立柱导轨移动的结晶器升降小车、与所述电极升降小车连接的电极升降平台、与所述结晶器升降小车连接的小型结晶器脱圈，当小型电渣炉独立工作时，所述电极升降平台和所述小型结晶器脱圈以悬臂承重方式可升降移动地设置于所述升降立柱。

3.根据权利要求2所述的可组合式电渣炉装置，其特征在于，还包括大型电极升降平台、中型结晶器脱圈、大型结晶器脱圈，当两个小型电渣炉组成一个中型电渣炉工作时，其中一个小型电渣炉的电极升降平台的自由端与另一小型电渣炉的电极升降小车连接，使得所述电极升降平台以二柱龙门框架承重方式可升降滑动地设置于两个升降立柱之间，并且所述中型结晶器脱圈与所述两个小型电渣炉的结晶器升降小车连接，使得所述中型结晶器脱圈以二柱龙门框架承重方式可升降滑动地设置于两个升降立柱之间；当四个小型电渣炉组成一个大型电渣炉工作时，两个中型电渣炉的各自的二柱龙门框架式电极升降平台分别与所述大型电极升降平台连接，使得所述大型电极升降平台以四柱龙门框架承重方式可升降滑动地设置于四个升降立柱之间，并且所述大型结晶器脱圈与所述四个小型电渣炉的结晶器升降小车连接，使得所述大型结晶器脱圈以四柱龙门框架承重方式可升降滑动地设置于四个升降立柱之间。

4.根据权利要求1所述的可组合式电渣炉装置，其特征在于，每个小型电渣炉具有包括单相熔炼模式和双极串联熔炼模式两种工艺模式的短网系统，当小型电渣炉组成中型电渣炉或大型电渣炉工作时，所述两种工艺模式的短网系统组合成中型电渣炉或大型电渣炉的短网系统，使得中型电渣炉或大型电渣炉也具有单相熔炼模式和双极串联熔炼模式两种工艺模式，当在单相熔炼模式操作时，变压器二次侧输出端与电极顶端电连接，二次侧输入端与底水箱电连接，形成电流从变压器输出，依次经过电极顶端、电极底端、渣池、熔池、电渣锭、底水箱，最后返回变压器的闭合回路；当在双极串联熔炼模式操作时，变压器二次侧输出端与第一组电极顶端电连接，二次侧输入端与另一组电极顶端电连接，形成电流从变压器输出，依次经过第一组电极顶端、第一组电极底端、渣池和熔池、第二组电极底端、第二组电极顶端，最后返回变压器的闭合回路。

5.根据权利要求2所述的可组合式电渣炉装置，其特征在于，每个小型电渣炉的电极升降小车和结晶器升降小车安装于同一立柱轨道并由通过同一丝杠驱动升降，使得所述电极升降小车和所述结晶器升降小车互相共享升降行程。

6.根据权利要求1所述的可组合式电渣炉装置，其特征在于，结晶器采用固定式结晶器或抽锭式结晶器。

7.根据权利要求2所述的可组合式电渣炉装置，其特征在于，电极升降小车和结晶器升降小车的驱动电机分别包括快速电机和慢速伺服电机，快速电机采用伺服电机、变频电机或普通电机，所述快速电机和所述慢速电机可互相作为备用电机。

8.根据权利要求1所述的可组合式电渣炉装置，其特征在于，每个小型电渣炉的短网系统包括第一组滑动导电电刷、第二组滑动导电电刷、第一组铜排、第二组铜排，所述第一组滑动导电电刷与所述第一组铜排滑动接触，所述第二组滑动导电电刷与所述第二组铜排滑动接触，其中每一组滑动导电电刷能够同时滑动引出正极和负极的双极性电源。

9.根据权利要求2所述的可组合式电渣炉装置，其特征在于，所述电极升降小车和所述结晶器升降小车的驱动方式为丝杠旋转螺母静止，用于驱动所述电极升降小车和所述结晶器升降小车的电机安装在丝杠的顶端或底端。

10.根据权利要求2所述的可组合式电渣炉装置，其特征在于，所述电极升降小车和所述结晶器升降小车的驱动方式为丝杠静止螺母旋转，所述电极升降小车和所述结晶器升降小车上分别设置有驱动电机。

11.根据权利要求2所述的可组合式电渣炉装置，其特征在于，每个小型电渣炉具有独立的变压器，当两个/四个小型电渣炉合拼为一个中型/大型电渣炉时，两个/四个变压器的输出端在炉前并联，两个/四个变压器输出电压调节通过PLC控制同步升压和同步降压；每个小型电渣炉具有独立的一套铜排短网，当两个/四个小型电渣炉合拼为一个中型/大型电渣炉时，两套/四套短网在炉前并联。

12.根据权利要求2所述的可组合式电渣炉装置，其特征在于，每个小型电渣炉具有一套独立的电控系统，由炉前操作台、主操作台、伺服驱动柜、PLC控制柜、上位机电脑组成，中型电渣炉的电控系统由两套小型电渣炉的电控系统合拼而成，大型电渣炉的电控系统由四个小型电渣炉的电控系统合拼而成，每个操作台设有控制权限的选择开关。

13.根据权利要求1所述的可组合式电渣炉装置，其特征在于，所述电渣炉的炉体结构形式通过更换结晶器，可用于生产空心电渣锭、生产实心电渣锭、生产特宽薄板坯电渣锭、特厚板坯电渣锭、特细长电渣锭。

14.根据权利要求1所述的可组合式电渣炉装置，其特征在于，每个小型电渣炉在结晶器的上方设置气氛保护系统，所述气氛保护系统适合生产空心电渣锭、生产实心电渣锭、生产特宽薄板坯电渣锭、特厚板坯电渣锭、特细长电渣锭。

15.根据权利要求1所述的可组合电渣炉装置，其特征在于，所述电渣炉的炉体结构形式能够使用工频交流电源和低频电源，低频电源柜安装在变压器和铜排短网之间。

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