3吨真空自耗炉

一设备基本参数

1 熔炼金属：钛、钛合金

2 铸锭最大重量：3000kg

3 熔炼电源参数: 6KV,三相

频率:50Hz

硅整流输出电压:20～60V(直流)，25000A,功率因数≥0.9

4 熔炼工作电压: 20～40V(直流)

5 熔炼电流: 24000A

6 低压电源：380V,三相50Hz,200KVA

7 极限真空度： 6.67×10-3Pa

8 升压率：≤4PaL/s,

9 抽气速度： 1.33Pa小于等于10分钟

10 冷却水: 水压0.2～0.4M Pa

水温≤30℃

流量：20M3/h

11 压缩空气：0.4～0.6 M Pa，耗量：3L/s

12设备占地空间: 主机9m×7.5m×10m(最高)，地下深4 m

13 生产能力: 一次熔炼量为3000Kg；

14工作制度与时间：周期式工作，工作周期约5个小时；

15 设备总装机容量：2000KV A

16 起重设备：5吨

17 成套设备总重量：45T

18 稳弧电流：0—10A,强度，0—70高斯，搅拌时间间隔10s-1200s

19 坩埚尺寸：φ570mm×3200mm, φ660mm×2400mm

20 炉头行程：2500mm

21 电极杆行程：3000mm

熔炼速度：0—300mm/min可调，

快速提升：1m/min

22 双工位角度：90度，转换时间：60s, 速度，2.5m/min

23 X-Y轴调整：速度：0.1-1mm/s 范围: 0-10mm

24 炉头内净空间：高度：2400mm

二、设备描述

1、设计概述

1．1 本炉由真空熔炼室、滑轨导向联接体、真空系统、气动系统、水冷系统、电控系统和光学监视系统组成，设备设计蓝图如下：

1．2 该真空电弧熔炼炉是双工位结构，具有提升和旋转能力，可以在一个工位处取出锭料和装载下一个电极，同时在另一个工位处进行熔炼。

1．3 该设备地下深4米，地面高度10米。

1．4 真空熔炼室由炉体、电极杆、熔炼电源、电极升降装置、结晶器组件等系统组成。1．5 真空系统安装在地面上，以方便操作和维修。

2、结构描述

2．1 炉体为双层炉壁（内层1Cr18Ni9Ti、外层Q235），立式圆筒焊接结构，壁中间通冷却水。炉体上设有两个观察窗，熔炼时通过此窗可观察到电弧放电状态，并通过光学摄相头传送到控制室监视器显示屏上，炉体真空接管上设有真空测量规管、真空放气阀、充气阀、炉体上端设有供电极升降用的密封装置和两个观察窗及阳极（+）接线端子。阳极（+）电流流经炉体和下法兰弹性触头导入结晶器创造电弧放电条件，和电极料棒形成同轴供电。

2．2 电极杆为双层无缝管夹层水套（内管为紫铜管，外管为不锈钢管），适合于承载24000A 的连续的大电流，外径为φ300，内有滚珠丝杠，上端外有气缸，通过中空拉杆为下端的气动夹头提供夹紧（自耗电极）料棒的动力。熔炼时滚珠丝杠旋转带动电极升降，并有双立柱滚轮导向，通过炉体上部动密封进入炉体。电极杆上部安装升降装置。双立柱导向机构保证电极杆传动的稳定性。通过铜排组件将负极（—）电流的电缆连接在电极杆的顶部。在电极杆的下端安装有用于啮合与脱离辅助电极的电极夹紧装置，该装置在控制台通过按钮控制。

电极杆上部安装X-Y轴对心装置，通过微电机和微型减速机适当的调节电极杆相对于顶部的位置来实现电极杆的X—Y向运动，确保在熔炼过程中或熔炼前坩埚内部的电极的准确对中。

2．3 电极升降装置由伺服电机和滚珠丝杠构成,伺服电机通过齿形联轴器联接滚珠丝杠。依据电弧电压的变化和自动称重数值变化，借助PLC装置自动控制电机转数，维持电极与熔池的合适距离，保证电极按工艺要求的升降速度自动熔炼，并通过旋转编码器将电极行程以数码形式显示给操作者。具有较大调速范围的伺服电机配合减速机能够执行两种独立的电极运动模式——快速升降模式用于电极的装载和锭料的取出，慢速升降模式用于熔炼和夹紧。

2．4 结晶器及组件

2．4．1铸锭结晶器为铜结晶器组装，其上部有吊环，每熔炼一炉后吊出卸锭。水套内有隔水套筒、进出水管，使之满足热平衡要求。稳弧线圈设在水套间，使电弧在磁场作用下稳定放电，并搅拌金属熔池，达到除气提纯的目的。

2．4．2 熔炉所需要的各种结晶器的规格如下表。

结晶器内径(mm)

锭料的重量(kg)

数量

一次锭570 30001套

二次锭660 30001套

2．4．3 结晶器采用适合于熔炼钛的具有高电导率的紫铜合金制造，其厚度足以在正常操作条件下防止变形和确保几百个熔次无故障。坩埚底部通过机械方式连接在坩埚体上，该机械装置允许快速拆卸。结晶器组件还包括底板、限位底座（由不锈钢制造）和用于有效冷却的水导管（由不锈钢制造）。结晶器法兰能够允许最大为24 KA的熔炼电流而不产生任何异常。结晶器法兰装配静态弹性密封垫，用于真空/气氛和水/气氛。同时配有多组紫铜导电柱，保证熔炼时的同轴供电。

2．4．4 结晶器外套由不锈钢制造，并设计成适合最大的坩埚，稳弧线圈由不锈钢筒体外缠单芯电缆构成，其与结晶器体组装在一起，它们之间形成水冷套筒结构，作为冷却水回水通道，稳弧线圈与结晶器之间通冷却水，用以冷却结晶器，冷却系统设计成在整个坩埚表面维持高速水流的结构，以保证不发生水停滞以及随之形成的蒸汽泡，对于每种规格的坩埚提供单独的匹配的水套。进水温度为30℃，每个冷却工位配备其自己的管道增压泵，以增加水在整个坩埚表面的流动速度。辅助泵系统用来使冷却水再流通经过系统，以及当必须取下坩埚时将水从系统中排出来。冷却系统中的备用冷却水能够保证只要熔炼电源被切断，即使在供水系统发生故障的情况下，坩埚也将会是安全的。稳弧线圈在电极熔化过程中起到束缚电弧的作用以保证自耗电极熔化底部以内凹形状连续熔炼。

2．5 滑轨导向连接体由滑轨、立柱导向体、液压装置等构成。炉体升降时，由它滑动导向，

下端与地基固联，上端与液压缸相接，支撑炉体升降、导向与转动；液压装置由油泵、油箱、电磁换向阀、节流阀、柱塞式液压缸、管路、空气过滤器、溢流阀、压力表等构成。

2．6 真空系统由1套油增压泵机组、1套罗茨泵机组及相应的阀门、管路等组成。能够实现如下技术指标：

a、极限真空度：6.67 x 10 –3Pa（在经净化、干燥和空炉冷态中）。

b、抽气速度：1.33Pa小于等于10分钟。

c、压升率：4PaL/s

2．6．1 炉体的真空接管通过设计在绕轴旋转圆柱上的真空波纹管和真空密封垫与真空机组相连接。安装可更换筛网的真空除尘罐用来分离金属飞溅和金属蒸汽冷凝物，保证真空机组的使用寿命和性能稳定性。

2．6．2 由1套油增压泵机组、1套罗茨泵机组及相应的阀门、管路等组成。包括：Z-600油增压泵（一台）+ ZJP-600罗茨泵（一台）+2X-70旋片泵（一台）；ZJ-2500罗茨泵（一台）+ ZJP-600罗茨泵（一台）+H-150滑阀泵（一台）机组及相关管路、阀门、泵架等。

2．7 气动系统：由定压阀、分水器、油雾器、配气管、换向阀、节流阀、消音器等构成。提供各气动阀门、气缸和气动夹头气缸的压缩空气和换向。

2．8水冷系统：由冷却水控制柜、管路等组成。水控制柜上设有电接点式水温、水压表、阀门、配水管、回水箱。通过管路供给真空机组、水冷电缆、电极杆、结晶器、炉体的冷却水。控制系统对供水系统有监视、报警、安全连锁控制功能，确保设备安全运行。

2．9 电源及电控系统：

2．9．1 熔炼电源的进线为6KV的3线制系统。电源电压的变动范围将为±5% 。2．9．2电源系统包括熔炉配电盘、饱和电抗器、变压器-整流器或直流熔炼电源装置、功率因数改进电容器、汇流条和电缆、交流马达和控制器以及辅助设备配电盘。

2．9．3控制电源用来向变压器-整流器装置配电。包括一个输入断路器（用于变压器的次级侧）以及必要数量的输出馈电线，输出馈电线包括适当级别的绝缘体、保险丝、开关以及电流接触器。变压器的次级断路器应与变压器的初级6KV断路器实现电动互锁。

2．9．4 饱和电抗器在每个电源电压器之前将直流输出电压和电弧电流控制在所要求的数值。电抗器的额定电压和电流应适合熔炉电路的要求。可调节的电抗值的变化范围适合整个熔炉电路的参数以及需要达到的电流控制的要求。电抗器为环氧封装型的，并配有所有附件和保护装置。

2．9．5变压器-整流柜装置能够持续提供所需要的24KA直流的熔炼电流。整流柜能够在环境温度为45℃的条件下工作，将供应的交流电转变为适合作为熔炼电源的直流电。空载直流电压大约60V，工作电压在20 –40V范围内。整流器能够提供最大值为25000A的恒定直流电。

2．9．6直流整流柜由硅整流器装置构成。整流柜适合从零到全电流输出的无级可调控制。在每个整流器的机壳上提供整体式水冷机构以确保长时间在热条件下的稳定工作。

2．10 光学监视系统：为了在熔炼过程中对熔池进行远距离观察，提供两套摄像头连同彩色监视器（闭路电视系统）。将监视器安装在控制室内的控制台位置上。

2．11 电极称重系统：电极杆组件中安装一套电极称重系统，用以测量电极组件的皮重（可以调节到零）和电极重量。称重系统能够测出熔炼过程中电极重量变化的精确数值，并传送到重量指示器显示,同时传送给PLC控制系统。重量指示器包括0 –5,000 kg 的量程，具有多量程读出器，精度高于0.125%。称重系统数据存储在上位机系统内，也可通过记录仪单独记录。

在熔炼过程中使用基于PLC/PC对熔炼速率进行自动控制。根据称重系统的测量数据，对于时间的输出值计算熔炼速率来调节熔炼电流，实现熔炼速率自动控制。并给出必要的修正系数/常数来保持熔炼速率的设定值偏离最小并且时间最短。

2．12控制系统由一个带操作台的大型控制柜集中控制。采用可编程控制器(PLC)，实现自动熔炼及各操作过程的自动控制。操作台面板上装有熔炼电压、电流控制按钮和指示仪表以及其他仪表，有真空系统操作显示模拟屏；有水温、水压等超标报警装置以及电器过载及联锁保护装置。

控制系统还包括一套上位机控制系统。

电控系统操作方便，稳定可靠，易于检查维修。在控制台和控制盘上提供的仪表/功能包括：a、一台无纸记录仪，单独用于记录熔炼电流、电弧电压、稳弧电流、电极重量、熔炼速率、真空度。

b 、熔炼电流调节设备包括熔炼电流表、电弧电压计和电极称重传感器。

c、真空计为全量程数字真空计并具有设定输出功能，对气体介质不敏感，确保在充氩气保护熔炼下真空度准确。

d、冷却水系统监测，包括入口和出口处的坩埚冷却水温度、每个熔炼工位的坩埚冷却水流动速率、其它回路所使用的冷却水出口温度。

e、稳弧线圈电流可在上位机上对其进行设定。

f、监视系统由摄像头和彩色监视器组成。

g、配有用于在氩气保护气氛下熔炼/冷却的绝对压力计。

h、配有记录熔炼时间的实时时钟。

i、配有手动紧急停机按钮，颜色为红色，并设置在显眼位置。

j、配有现场电极杆升降手动操作开关。

k、配有总功率输入、无功功率输入和功率因数指示表。

2．13 安全报警系统具有“报警”和“解除”功能。包括电源断路器状态、辅助设备供电状态、断路器状态的操作条件、辅助设备的操作条件和故障条件，所有回路中的冷却水的温度、压力和结晶器水流量，系统的真空度条件、电极的上限和下限等。本系统在电源接通时马上开始运行，直到熔炼过程终止。在下列情况下自动采取切断熔炼电源的措施：

a、炉体内的压强升高。

b、出口处的坩埚冷却水温度升高。

c、炉体、电极杆和电缆冷却水回路中的水温度升高。

d、变压器–整流器过热。

e、达到预先设定的电极重量或工艺菜单要求切断熔炼电源。

3、设备的主要特性

3．1设备结构设计先进合理，能够满足用户为完成上述用途的使用要求。设备具备国际先进水平的可靠的全自动化控制、监控、跟踪及自诊断等功能。其配套产品和功能元器件具有国际先进水平，能够适应长期、稳定、安全、可靠的生产需求。设备的节能效果好，使用、操作、维修方便简捷，造型美观，安全可靠，售后服务优良。

3．2 设备的设计、制造符合相应的国家及行业标准和规范,符合技术附件的要求。

3．3 设备所有零部件和各种仪表的计量单位全部采用国际单位（SI）标准。