450 吨电渣重熔炉 【技术领域】
本发明涉及一种电渣冶炼设备， 具体涉及一种 450 吨电渣重熔炉。背景技术 现有的电渣冶炼技术， 采用 200 吨三相三摇臂双极串联电渣重熔炉， 仅能生产最 大重量不超过 200 吨的电渣锭， 但是百万千瓦级核电机组堆内构件用不锈钢大锻件， 第二、 第三代百万千瓦级核电机组的汽轮机低压转子、 发电机转子、 蒸发器管板等核电大锻件， 以 及大型支承辊等超大型锻件， 需要用到大量的重量超过 200 吨的电渣锭， 现有的电渣冶炼 设备无法满足需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种 450 吨电渣重熔炉， 它可以生产重量在 200 吨到 450 吨级的全系列、 内部材质纯净、 组织致密、 低氢、 低铝、 超低硫和化学成分均匀 的高质量电渣锭。 为解决上述技术问题， 本发明 450 吨电渣重熔炉的技术解决方案为 ：
包括立柱装置、 横臂、 升降平台、 电动平车、 结晶器 ； 立柱装置包括三根立柱， 每根 立柱设有一横臂， 横臂的连接端通过横臂连接装置与立柱的上部连接， 横臂的自由端设有 电极夹头， 电极夹头使电极固定于横臂上 ； 横臂设有横臂升降装置， 横臂升降装置驱动横臂 在立柱上升降 ； 横臂设有横臂回转装置， 横臂回转装置驱动横臂相对于立柱旋转 ； 三根立 柱所围成的空间内设有升降平台， 升降平台与立柱的下部滑动连接 ； 升降平台设有平台升 降装置， 平台升降装置驱动升降平台上下移动 ； 升降平台上设置有电动平车， 电动平车顶部 设有水冷底板， 结晶器设置于水冷底板上。
所述横臂连接装置包括回转套、 回转套顶座、 回转套底座， 回转套的顶面设置回转 套顶座， 回转套的底面设置回转套底座 ； 回转套套设于立柱上部 ； 回转套顶座及回转套底 座的内圈分别均布有多个支撑轮 ； 立柱上部的表面均布有多个导轨， 其中至少 2 个导轨为 带槽导轨 ； 该多个支撑轮分别设置于立柱外表面的导轨上。
所述回转套底座通过单排四点接触球无齿式回转支承与立柱连接。
所述横臂回转装置包括驱动电机、 减速机、 齿轮传动装置， 驱动电机通过减速机连 接小齿轮， 小齿轮与大齿圈啮合， 大齿圈固定连接于横臂连接装置的回转套外圈。
所述横臂升降装置包括横臂调节丝杆、 三相异步交流电机、 交流变频调速电机、 行 星摆线针轮减速机、 传动齿轮箱 ； 横臂调节丝杆通过与之啮合的球面轴承与横臂连接 ；
三相异步交流电机连接传动齿轮箱的第一输入轴， 传动齿轮箱通过圆锥齿轮箱连 接横臂调节丝杆 ； 交流变频调速电机通过行星摆线针轮减速机连接传动齿轮箱的第二输入 轴。
所述平台升降装置包括垂直设置的多根平台调节丝杆、 丝杆驱动装置， 升降平台 分别通过球面轴承与该多根平台调节丝杆连接， 丝杆驱动装置驱动多根平台调节丝杆旋
转， 使球面轴承沿平台调节丝杆上下移动， 实现升降平台的上下移动。
所述丝杆驱动装置包括三相异步交流电机、 交流变频调速电机、 行星摆线针轮减 速机、 传动齿轮箱、 中间分配齿轮箱、 圆锥齿轮箱 ； 三相异步交流电机连接传动齿轮箱的第 一输入轴， 传动齿轮箱的输出轴连接中间分配齿轮箱的输入轴， 中间分配齿轮箱的输出轴 分别通过圆锥齿轮箱连接多根平台调节丝杆 ； 交流变频调速电机通过行星摆线针轮减速机 连接传动齿轮箱的第二输入轴。
所述结晶器的外侧设有两套或多套结晶器提升装置， 结晶器提升装置包括卷扬 机、 结晶器提升驱动装置、 绳轮组、 绳轮架、 钢丝绳 ； 绳轮组设置于绳轮架上 ； 钢丝绳的一端 连接结晶器的提升吊耳， 钢丝绳绕过绳轮组， 连接卷扬机， 卷扬机由结晶器提升驱动装置驱 动。
所述电极夹头包括电极夹、 气缸、 冷却水箱， 电极夹设置于横臂的一侧， 电极夹通 过气缸驱动， 气缸设置冷却水箱 ； 横臂上与电极夹相应的部位设有限位螺母。
所述立柱设有横臂平衡重装置， 横臂平衡重装置包括平衡重绳轮架、 平衡重绳轮 组、 平衡重钢丝绳、 平衡锤 ； 平衡重绳轮架固定设置于立柱的顶部， 平衡重绳轮架上设置平 衡重绳轮组 ； 一端连接横臂的平衡重钢丝绳绕过平衡重绳轮组， 将平衡锤吊挂于立柱内腔。
本发明可以达到的技术效果是 ：
本发明 450 吨电渣重熔炉， 既可用于直接造渣又可生产电渣重熔钢锭， 解决了普 通电炉无法生产巨型钢锭的困难。本发明用于生产大型电渣重熔钢锭， 可生产最大直径为 3600mm、 最大高度为 6000mm、 最大重量为 450 吨的电渣重熔钢锭 ( 相当于 600 吨级的双真空 电炉锭 )， 填补了电渣重熔技术领域的空白。
本发明能够用于生产百万千瓦级核电机组堆内构件用不锈钢大锻件及第二、 第三 代百万千瓦级核电机组的汽轮机低压转子、 发电机转子、 蒸发器管板等核电大锻件以及大 型支承辊等超大型锻件。 附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明 ： 图 1 是本发明 450 吨电渣重熔炉的结构示意图 ； 图 2 是立柱的结构示意图 ； 图 3 是图 2 中 A-A 的剖面图 ； 图 4 是横臂与立柱连接部分的示意图 ； 图 5 是横臂的俯视图 ； 图 6 是横臂升降装置的示意图。 图中附图标记说明 ： 10 为立柱装置， 100 为立柱， 11 为立柱中间曲梁， 12 为立柱上连接梁， 13 为上段立柱， 131 为导轨， 132 为带槽导轨， 133 为衬板， 14 为下段立柱， 20 为横臂， 21 为横臂连接装置， 211 为回转套底座，212 为回转套， 216 为大齿圈， 221 为横臂调节丝杆， 224 为三相异步交流电机， 226 为行星摆线针轮减速机， 228 为圆锥齿轮箱， 251 为平衡锤， 30 为升降平台， 311 为平台调节丝杆， 511 为绳轮架， 51 为结晶器提升装置。215 为支撑轮， 22 为横臂升降装置， 222 为球面轴承， 225 为交流变频调速电机， 227 为传动齿轮箱， 25 为横臂平衡重装置， 252 为平衡重绳轮架， 31 为平台升降装置， 40 为电动平车， 50 为结晶器，具体实施方式
如图 1 所示， 本发明 450 吨电渣重熔炉， 包括立柱装置 10、 横臂 20、 升降平台 30、 电 动平车 40、 结晶器 50 ； 立柱装置 10 包括第一立柱、 第二立柱、 第三立柱， 三根立柱 100 的中心线位于同一 圆周上， 三根立柱 100 在该圆周上均布， 在布置上形成三足鼎立之态势， 三根立柱 100 的上、 下端面分别在同一个水平面上。三根立柱 100 分别通过各自的立柱底座与地基固定连接。
三根立柱 100 的中部设有立柱中间曲梁 11， 两根立柱中间曲梁 11 分别将第一立柱 与第二立柱、 第一立柱与第三立柱连成一体。第二立柱与第三立柱之间的空间用于电动平 车 40 及电渣重熔钢锭等物件的进出。
三根立柱 100 的顶端设有立柱上连接梁 12， 三根立柱上连接梁 12 的一端彼此连 接， 另一端分别与三根立柱 100 连接 ； 三根立柱上连接梁 12 将第一立柱、 第二立柱与第三立 柱连成一体。为保证行车起吊有足够的空间， 可选用呈曲线状的立柱上连接梁 12。
如图 2 所示， 每根立柱 100 包括上、 下两段， 上段立柱 13 与下段立柱 14 之间通过 法兰连接 ； 如图 3 所示， 上段立柱 13 的表面圆周均布有 8 个沿立柱轴向延伸的导轨 131， 其 中 2 个 180°分布的导轨为带槽导轨 132 ； 带槽导轨 132 的凹槽延伸方向为立柱的轴向， 凹 槽底部设有衬板 133。
8 个导轨 131 用于与横臂 20 的横臂连接装置 21 连接， 导轨 131 的长度为横臂 20 升降的行程长度。
下段立柱 14 的底部设置于立柱底座中， 立柱底座通过上下两排沿立柱径向设置 的螺栓与下段立柱 14 的底部固定连接， 下段立柱 14 底部的螺栓连接部位为配合面， 与立柱 底座的立柱孔相配合。
本发明的下段立柱 14 被紧固在立柱底座中， 三个等高的立柱底座则通过地脚螺 栓与地基固定连接， 使三个立柱底座处于同一个基础平面上， 从而使三根立柱 100 稳定地 固定于地基上。
三根立柱 100 为焊接钢管， 即通过卷板机将钢板卷成两个半圆件， 再用通过焊接 方式将其焊接成为焊接钢管， 上段立柱 13 由 3 段焊接钢管与铸钢法兰拼焊而成， 下段立柱 14 由 2 段焊接钢管与铸钢法兰拼焊而成。
这种立柱的制造方法简单方便， 能够缩短生产周期、 降低生产成本。
每根立柱 100 的上部设有横臂 20， 横臂 20 的连接端通过横臂连接装置 21 与立柱 100 的上部连接， 横臂 20 的自由端设有沿横臂长度方向设置的两个电极夹头 ； 三个横臂 20 的六个电极夹头能够同时夹紧六个电极， 当三个横臂 20 处于工作位置时， 该六个电极位于 同一个电极分布圆上。
横臂 20 的作用是在造渣和电渣锭的冶炼过程中， 夹持电极并将其吊挂在横臂 20 的端部， 使电极按工艺要求速度的下降、 提升和移动， 使电极能连续不断地熔化和交错更 换， 直至电渣锭重量达到预定的目标值。
电极夹头包括可沿横臂宽度方向移动的电极夹、 气缸、 冷却水箱， 电极夹设置于横 臂的一侧， 电极夹通过气缸驱动， 气缸设置冷却水箱。横臂 20 上与电极夹相应的部位设有 限位螺母。
驱动气缸使电极夹向横臂 20 的限位螺母靠近， 使安装有电极的吊架被电极夹和 限位螺母共同夹紧于横臂上。吊架及与其连接的电极可实行整体安装和更换。
电极夹及气缸分别带有自冷装置， 即电极夹及气缸分别与冷却水循环系统直接连 接， 加强了冷却效果。 冷却水箱则使气缸进一步冷却， 两道冷却防线为确保气缸密封件的正常工作创造 了良好的条件。
电极夹与设置于横臂 20 一侧的变压器直接连接， 用于向电极供电。
电极夹通过绝缘垫与其它零件绝缘， 吊架与电极的接触部位也设置有绝缘垫， 使 电极及电极夹与设备的其它部位安全绝缘。
三个横臂 20 一侧各设置一台变压器， 变压器的引出线至电极夹的距离最短， 此时 该短网回路损耗最小， 功率因素最高。
如图 4 所示， 横臂连接装置 21 包括回转套 212、 回转套顶座、 回转套底座 211， 回转 套 212 的顶面设置回转套顶座， 回转套 212 的底面设置回转套底座 211 ； 回转套 212 套设于 立柱 100 上部， 回转套 212 与立柱 100 外表面 ( 包括导轨 131、 132 的外表面 ) 之间设有间 隙， 以便于回转套 212 与立柱 100 相对旋转 ； 回转套顶座及回转套底座 211 的内圈分别均 布有 8 个支撑轮 215， 支撑轮 215 的滚动方向与立柱的轴向一致 ； 2 圈支撑轮 215 分别设置 于立柱外表面的 8 个导轨 131 上， 立柱外表面的 2 个带槽导轨 132 使支撑轮 215 只能沿立 柱的轴向滚动而不至于偏离。各支撑轮 215 分别通过径向轴承与回转套顶座或回转套底座 211 连接。回转套 212 分别通过轴承与回转套顶座及回转套底座 211 连接。回转套 212 的 侧面设有横臂连接法兰， 横臂 20 通过横臂连接法兰与回转套 212 固定连接。
回转套底座 211 通过单排四点接触球无齿式回转支承与立柱 100 连接， 单排四点 接触球无齿式回转支承为回转套 212 的下支点， 能够同时承受轴向力和径向力。回转套顶 座通过滚子轴承与立柱 100 连接， 滚子轴承为回转套 212 的上支点， 承受径向力。
如图 5 所示， 横臂连接装置 21 设有横臂回转装置， 横臂回转装置包括驱动电机、 减 速机、 齿轮传动装置， 驱动电机通过减速机连接小齿轮， 小齿轮与大齿圈 216 啮合， 大齿圈 216 固定连接于横臂连接装置 21 的回转套 212 外圈。由于工作过程中只需横臂 20 进行一 定范围内的旋转而无需进行 360°旋转， 因此大齿圈 216 仅为整圈齿圈的一部分。大齿圈 216 的回转中心为立柱 100 的中心。
如需横臂 20 进行旋转， 启动驱动电机， 使驱动电机通过减速机带动小齿轮旋转， 小齿轮带动与之啮合的大齿圈 216 旋转， 从而带动与大齿圈 216 固定连接的回转套 212 相 对于立柱旋转， 使横臂 20 按需要旋转至所需角度。
横臂连接装置 21 设有横臂升降装置 22， 横臂升降装置 22 包括横臂调节丝杆 221、 三相异步交流电机 224、 交流变频调速电机 225、 行星摆线针轮减速机 226、 传动齿轮箱 227 ； 横臂调节丝杆 221 垂直设置于立柱 100 的一侧 ； 横臂调节丝杆 221 的底端通过圆锥齿轮箱 228 与地基固定连接， 横臂调节丝杆 221 的顶端与立柱 100 顶端固定连接。
如图 5、 图 6 所示， 三相异步交流电机 224 连接传动齿轮箱 227 的第一输入轴， 传动 齿轮箱 227 通过圆锥齿轮箱 228 连接横臂调节丝杆 221， 横臂调节丝杆 221 通过与之啮合的 球面轴承 222 与横臂连接装置 21 的回转套底座 211 连接， 球面轴承 222 通过球面轴承座固 定连接于回转套底座 211。三相异步交流电机 224 用于驱动横臂 20 快速升降。
圆锥齿轮箱 228 包括水平设置的锥齿轮、 垂直设置的锥齿轮， 水平设置的锥齿轮 与垂直设置的锥齿轮互相啮合 ； 水平设置的锥齿轮连接传动齿轮箱 227， 垂直设置的锥齿 轮连接横臂调节丝杆 221 的底端。 圆锥齿轮箱 228 将水平方向的旋转变成垂直方向的旋转， 使横臂调节丝杆 221 在垂直方向上进行旋转， 从而实现球面轴承 222 沿横臂调节丝杆 221 上下移动。 交流变频调速电机 225 通过行星摆线针轮减速机 226 连接传动齿轮箱 227 的第二 输入轴。交流变频调速电机 225 用于驱动横臂慢速升降， 其过载系数高， 有较好的冷却效 果， 运行可靠， 维护方便。
本发明采用了具有较大变速比的行星摆线针轮减速机 226， 能够使传动齿轮箱 227 的结构大大简化， 既减轻了设备的重量。又缩短了生产周期， 同时也降低了成本。
每个横臂 20 各设有一套横臂升降装置。
冶炼过程中更换电极时， 需使横臂快速升降， 以缩短更换电机的时间， 此时， 驱动 三相异步交流电机 224， 使其通过传动齿轮箱 227 驱动横臂调节丝杆 221 快速旋转， 使球面 轴承 222 沿横臂调节丝杆 221 快速升降， 从而使横臂快速升降。
冶炼过程中消耗电极时， 需使横臂 20 慢速下降， 此时， 驱动交流变频调速电机 225， 交流变频调速电机 225 通过行星摆线针轮减速机 226 及传动齿轮箱 227 驱动横臂调节 丝杆 221， 由于行星摆线针轮减速机 226 使交流变频调速电机 225 大幅减速， 使横臂调节丝 杆 221 慢速旋转， 从而使横臂慢速下降。
本发明的横臂升降装置 22 具有两档调速， 能够使横臂按需要进行快速或慢速升 降， 可满足工艺对横臂升降速度具有更大范围的变化要求。
立柱 100 设有横臂平衡重装置 25， 横臂平衡重装置 25 包括平衡重绳轮架 252、 平 衡重绳轮组、 平衡重钢丝绳、 平衡锤 251 ； 平衡重绳轮架 252 固定设置于立柱 100 的顶部， 平 衡重绳轮架 252 上设置平衡重绳轮组 ； 一端连接横臂的平衡重钢丝绳绕过平衡重绳轮组， 将平衡锤 251 吊挂于立柱 100 内腔。
三根立柱 100 所围成的空间内设有升降平台 30， 升降平台 30 分别通过滑动轴承与 三根立柱 100 的下部连接， 在升降平台 30 上下移动的过程中， 立柱 100 可对升降平台 30 起 到导向的作用。
升降平台 30 设有平台升降装置 31， 平台升降装置 31 用于调节平台的升降， 使升降
平台 30 上下移动。平台升降装置 31 包括垂直设置的四根平台调节丝杆 311、 丝杆驱动装 置， 四根平台调节丝杆 311 相对于升降平台 30 均布， 平台调节丝杆 311 的底部通过丝杆驱 动装置的圆锥齿轮箱固定于地基上， 平台调节丝杆 311 的顶端固定于立柱中间曲梁 11 的下 表面 ； 升降平台 30 通过球面轴承与四根平台调节丝杆 311 连接， 球面轴承的内孔与平台调 节丝杆 311 相啮合 ； 球面轴承通过球面轴承座与升降平台 30 固定连接。
平台调节丝杆 311 位于升降平台 30 上方的部分设有伸缩式套管。伸缩式套管用 于为平台调节丝杆 311 防尘， 避免平台调节丝杆 311 由于被污染而无法正常工作。
丝杆驱动装置用于驱动四根平台调节丝杆 311 旋转， 使球面轴承沿平台调节丝杆 311 上下移动， 从而实现升降平台 30 的上下移动。
丝杆驱动装置包括三相异步交流电机、 交流变频调速电机、 行星摆线针轮减速机、 传动齿轮箱、 中间分配齿轮箱、 圆锥齿轮箱 ； 三相异步交流电机连接传动齿轮箱的第一输 入轴， 传动齿轮箱的输出轴连接中间分配齿轮箱的输入轴， 中间分配齿轮箱的输出轴分别 通过圆锥齿轮箱连接四根平台调节丝杆 311 ； 三相异步交流电机用于驱动升降平台快速升 降。该圆锥齿轮箱与横臂升降装置 22 的圆锥齿轮箱 228 的结构相同， 其作用是将中间分配 齿轮箱输出轴的水平方向的旋转变成平台调节丝杆 311 的垂直方向的旋转。
交流变频调速电机通过行星摆线针轮减速机连接传动齿轮箱的第二输入轴。 交流 变频调速电机用于驱动升降平台慢速升降。
丝杆驱动装置的快慢速驱动原理与横臂升降装置 22 的原理相同， 三相异步交流 电机或交流变频调速电机的动力传递至传动齿轮箱后， 通过中间分配齿轮箱将动力平均分 配给四根平台调节丝杆 311， 使四根平台调节丝杆 311 同步旋转， 从而通过带动球面轴承升 降平台 30 平稳地上下移动。
升降平台 30 上设置有电动平车 40。
电动平车 40 为用于承载结晶器 50 及结晶器内钢锭的小车， 电动平车 40 通过电机 驱动。电动平车 40 通过其底部的车轮设置于升降平台 30 的轨道上 ； 电动平车 40 顶部设有 水冷底板。
水冷底板包括底板、 水冷导槽， 水冷导槽设置于底板的下表面。 水冷导槽为以电动 平车 40 的台面中心为起点由内向外呈螺旋形向外延伸。
结晶器 50 设置于水冷底板上。
结晶器 50 包括三节上下叠加的结晶器， 每两节结晶器之间通过互相配合的环形 台阶连接。每节结晶器设有三个进水管和三个出水管， 用于通冷却水。
结晶器 50 的顶部设有炉盖， 横臂 20 自由端的电极夹头所夹住的电极通过炉盖伸 入结晶器 50 内。炉盖通冷却水及保护气体。
结晶器 50 的外侧均布有两套结晶器提升装置 51， 结晶器提升装置 51 包括卷扬机、 结晶器提升驱动装置、 绳轮组、 绳轮架 511、 钢丝绳 ； 绳轮架 511 固定于立柱中间曲梁 11 的 上表面 ； 绳轮组设置于绳轮架 511 上 ； 钢丝绳的一端连接结晶器 50 的提升吊耳 ( 即连接处 于下层的结晶器的提升吊耳 )， 钢丝绳绕过绳轮组， 连接卷扬机， 卷扬机由结晶器提升驱动 装置驱动。
当 450 吨电渣重熔钢锭熔成并保温一定时间后， 必须从钢锭上方沿钢锭中心线将 三个结晶器逐一取出， 在取出三个结晶器之前， 需确保处于高温钢锭的下、 中、 上端， 始终由三个结晶器封罩着， 并继续通水冷却。
本发明中有调速要求的驱动电机均采用三相异步交流变频调速电动机， 其在不同 的转速下均有较好的冷却效果， 运行可靠， 维护方便。
本发明 450 吨电渣重熔炉， 属于一种三相三摇臂双极串联电渣重熔炉， 采用三根 立柱 100 构成三足鼎立 ( 即三相 ) ； 每根立柱分别设有横臂 20， 横臂 20 连接横臂回转装置， 使之成为三根可在一定范围内旋转的摇臂 ( 即三摇臂 )， 由三个摇臂输送电极 ； 横臂 20 自 由端所夹的电极包括假电极、 自耗电极 ( 或碳精棒 )， 假电极与自耗电极 ( 或碳精棒 ) 串联 ( 即双极串联 )， 吊架连接假电极的一端。
由于电渣重熔钢锭的高度大于自耗电极的长度， 自耗电极 ( 或碳精棒 ) 无法伸入 结晶器的底部， 本发明为自耗电极 ( 或碳精棒 ) 串联了假电极， 假电极作为自耗电极 ( 或碳 精棒 ) 的延长段， 帮助自耗电极 ( 或碳精棒 ) 伸入结晶器。假电极由普通钢材制成， 自身不 消耗。
本发明采用三相双极串联供电， 既有利于外网络电压平衡， 又可减少回路感应， 提 高功率因数。
本发明采用 “叠加结晶器法” 取代现有的 “抽锭法” ， 能够防止钢水泄漏。