30吨数控三相抽底式电渣炉技术.doc

30吨数控三相抽底式电渣炉技术 ——作者：司兴奎 史永宁 王世镇 杨兴厚 闫凤起 ■ 电渣炉技术现状 ■ 数控三相抽底式电渣炉技术创新内容 ■ 结论 一、电渣炉技术现状 随着航空、航天、核电、模具、冶金用冷轧辊等行业的迅速发展，对优质合金、超级合金的需求快速增长。电渣重熔冶炼以其产品金属：组织致密、成分均匀、纯洁度高、表面光洁、产品使用性能优异，成为生产优质合金及超级合金，尤其是大型优质钢锭的主要手段。这也促使电渣冶炼设备——电渣炉技术的发展成为迫切需要。目前国内电渣炉主要有单相电渣炉、三相电渣炉两种结构形式，10吨以下小型电渣炉主要采用单相电渣炉，10吨以上大型电渣炉主要采用三相电渣炉结构形式。国内大型三相电渣炉有我公司自主研发的20吨固定熔位三相电渣炉、45吨抬车升降三相电渣炉、东北特钢15吨、26吨三相电渣炉等。国内之前有研制成功的计算机控制单相电渣炉，但还无大型计算机控制三相电渣炉研制成功的先例，国际上无大型抽底式计算机控制三相电渣炉研制成功的报道。国内以前的三相电渣炉采用双立柱、固定熔位结构，电极升降采用丝杠传动，变压器采用有级分段的电压调节方式 ，操作采用按工艺要求手动调节冶炼电流、电压及熔化速度方式控制冶炼过程。此种方式只能冶炼固定熔位的钢锭，不能冶炼长轴类、空心锭等异型钢锭；由于手动操作，对工艺的执行不同操作者有差异，冶炼质量受操作者的操作水平影响大；同时因为短网电压降的波动，炉口电压与变压器输出电压差异大，从而影响钢锭质量的稳定，工艺再现性差；此外，三相电渣炉由于结晶器填充比小，热量散失大，对设备的热辐射强，影响设备的正常运行的问题。 二、数控三相抽底式电渣炉技术创新内容 山东通裕集团根据公司冷轧辊、管模等产品所需优质电渣钢锭、电渣空心锭的需求，公司自主开发设计了一台计算机控制三相双支臂立柱旋转抽底式多功能电渣炉。该电渣炉结构设计新颖，解决了普通电渣炉存在的以下几方面问题： 1、一般三相电渣炉只能人工手动调节冶炼电流、电压及熔化速度,炉口电压与工艺设定差异大,工艺再现性差的问题。 2、、一般三相电渣炉只能冶炼固定熔位钢锭，不能冶炼长轴类、空心锭等异型锭的问题。 3、一般三相电渣炉由于结晶器填充比小，热量散失大，对设备的热辐射强，影响设备的正常运行的问题。 4、一般隔离开关大电流长时间通过容易发热等问题。 炉型结构选择 公司管模、冷轧辊等产品所用合金钢锭重量达30余吨，所需电渣炉功率大。相对单相电渣炉,大功率三相电渣炉具有以下优点: 1、供电方面:三相短网平行布置，三相电压平 衡，短网产生磁场及感抗较小,短网电压小。 2、使用方面: (1)三相电极置于一个结晶器内,使渣池及金属熔池温度分布均匀,可以得到浅平金属熔池,有利于结晶。 (2)三相化学成分可以搭配,使得成分超标的电极可以利用。 (3)断面尺寸不同的电极可多支组合,电极规格的选择灵活多样。 根据以上特点炉型选用三相电渣炉。 抽底式电渣炉：结晶器固定，钢锭随底水箱与冶炼速度按固定比例缓慢下降，可熔炼长筒类空心钢锭及异型钢锭,根据电渣钢锭性能优越的特点,冶炼的长筒类空心钢锭可直接加工成管模等公司主导产品，实现以铸代锻，减少加工余量，可大幅度降低产品成本，所以该炉型采用抽底式结构。基于递减功率的电渣炉计算机控制系统可在冶炼过程实时检测三相电极电压、电流并反馈调节变压器的输出电压、电流，使得冶炼电压、电流与工艺要求一致，从而保证钢锭质量的稳定与提高。 本台计算机控制三相抽底式电渣炉采用的技术方案是: 1、该炉型采用双立柱抬车抽底式结构（见附图1、附图2）。 2、炉型主要设计由以下几部分组成： 电渣炉微机控制系统：计算机控制的三相电渣炉，采用工业控制机（IPC）+可编程控制器（PLC）+直流调速系统，并采用单片机备用系统+直流调速系统的递减熔速控制过程，恒电流、恒电压、递减熔速控制，从而实现恒熔池冶炼目的。根据炉型数控要求，变压器采用国内首台三相无级调压变压器。基于递减功率控制原理的计算机控制技术在三相电渣炉上的首次使用，使得电渣炉能按工艺要求的电压、电流自动控制冶炼过程。使得工艺操作更规范，质量更稳定，工艺再现性强。 支臂升降机构:采用双立柱对称于冶炼位置布置，两支臂交替冶炼的电极熔化方式，电极升降采用交、直流电机快、慢速驱动的滚珠丝杠传动方式，电动推杆驱动支臂回转到熔炼位置。 钢锭抽底机构: 抽底升降采用双根滚珠丝杠联动同步传动，交、直流电机快、慢速驱动从丝杠上端布置的传动结构设计。 水冷短网布置:由铜排、隔离开关（气动控制）、通水电缆、铜母线、软铜皮、铜钢复合结构把持器（气动夹紧）组成的短网系统，采用独特绝缘及隔磁方法，短网电压降小。 防热辐射：为避免大型钢锭冶炼时辐射热对设备正常使用的影响，立柱设计防护水层、结晶器上部升降支臂增加防护水层，很好的解决了热