真空自耗电弧炉的装配和调试技术分析及应用

摘 要：真空自耗电弧炉是工业生产中的重要装备之一，在多个不同的领域都有应用，真空自耗电弧炉的装配和调试技术水平对于真空自耗电弧炉的运行质量有直接影响。现着重分析了真空自耗电弧炉的装配和调试技术，对于提高真空自耗电弧炉的装配和调试技术水平具有一定的参考价值。

关键词：真空自耗电弧炉;装配;调试;技术分析

0    引言

真空自耗电弧炉是在真空中利用电弧来加热熔炼金属（自耗电极）的工业炉，自耗电极由被熔炼材料制成，在熔炼过程中它被熔化，滴进水冷结晶器中冷凝成锭。电弧是气体的一种弧光放电，气体弧光放电表现为极间电压很低，但通过气体的电流却很大，有耀眼的白光，弧区温度很高[1]。

本文首先分析了真空自耗电弧炉的基本功能和基本结构，之后阐述了真空自耗电弧炉的装配技术，包括各个组件的具体装配方法，最后介绍了真空自耗电弧炉的调试技术。本文所述真空自耗电弧炉的装配和调试技术可以在真空自耗电弧炉的实际应用中加以推广。

1    真空自耗电弧炉概述

真空自耗电弧炉主要用来熔炼钛等活泼金属，也用来熔炼特殊钢。由于是在真空状态下熔化，金属无氧化，无杂质增加，可以生产大尺寸、大吨位的金属锭;水冷控制的定向结晶可以消除常见的缩孔、偏析和中心疏松等缺陷，产品质量优良。目前，真空自耗电弧炉由于电极制造较难，生产成本较高。

2    真空自耗电弧炉结构

作为真空冶金熔炼设备的一种，真空自耗电弧炉包括机械部分与电气控制系统。炉体为密闭容器，抽成真空。由炉顶通入的电极和炉底水冷结晶器通电引弧后，产生电弧，借电弧热量使金属或合金熔化，并在结晶器内凝固。如图1所示，炉头可以在两个熔炼站间移动，炉头装有称重系统，在熔炼过程中可以持续检测剩余电极重量;电极升降采用伺服马达和滚珠丝杠控制，并有X-Y方向调节装置;正负极和电缆同轴布置，以抵消电流感应磁场;坩埚采用内循环冷却水系统;熔炼过程用电子计算机自动控制。

3    真空自耗电弧炉的装配技术

3.1    真空自耗电弧炉安装前的准备工作

真空自耗电弧炉在工厂进行模块化预组装，在安装现场需要完成各个模块总装。在安装前，首先要按照设计基础图检查客户基础，使用水准仪和米尺测量基础尺寸和标高，各项指标应满足设计和规范要求。设备到达现场，拆箱后检查内容包括真空自耗电弧炉的外观检查和内部检查。其中外观检查主要是检查真空自耗电弧炉本体外观有无损伤及变形，周边是否平整无损伤，油漆是否完整无损[2];内部检查主要是检查电气装置及元件是否齐全，是否无损伤、裂纹等缺陷。

3.2    真空自耗电弧炉的装配

对于真空自耗炉的装配，首先进行旋转立柱的吊装、底板焊接和调平，旋转立柱线性轨道垂直度是整个炉头安装的基准，对整个炉头平稳上升、下降至关重要，必须调整到要求的精度;第二步进行炉室连接，炉室和旋转立柱之间用绝缘板和绝缘套管隔开，确保可靠绝缘;第三步是驱动立柱吊装和炉室连接，二者用绝缘板和绝缘套管隔开，确保可靠绝缘;第四步是称重系统安装，利用拉杆将称重系统中心和炉室料杆孔中心对中，确保料杆和炉室同心;第五步是带爬梯的X-Y平台安装;第六步进行料杆吊装，采用手拉葫芦匀速下降料杆，确保料杆和炉室孔的密封连接，以及波纹管不被压缩或拉伸过长;第七步进行另外半个X-Y平台的安装;第八步是料杆驱动安装;第九步进行导电系统、真空系统、液压系统、电气接线、冷却水系统等安装。

对于真空自耗电弧炉的电气接线，应排列整齐、绑扎成束，且无绞接现象。在活动部位应用固定卡固定，真空自耗电弧炉内引出及引进导线应留有适当裕度，以利于检修。线号应齐全，标识正确。导线连接应紧密，不伤芯线，不断股。真空自耗电弧炉应用专用接地线可靠接地。真空自耗电弧炉安装完毕后，应进行调整试验，包括绝缘电阻测量、交流耐压试验及泄漏电流测量，不同电源馈线的相位、接地装置检查，还要核实试验项目和标准是否符合设计要求等。真空自耗电弧炉炉体以外部分不得有裸带电体外露，电缆出入要进行封闭处理，保证用电安全。

4    真空自耗电弧炉的调试技术

真空自耗电弧炉在生产制造完成之后，需要先进行安装、调试，经过调试确认无误之后，方可投入正常运行。调试分为冷调试和热调试，冷调试主要调试各部分动作包括炉头旋转、炉头升降、料杆快慢速升降、极限真空和泄漏率以及软件和人机界面;热调试主要保证炉子熔炼时控制系统可以正常运行，各部件能够正常执行控制指令，熔炼电源正常工作，冷却水系统可以满足冷却需求。

此外，对于真空自耗电弧炉中可能会涉及的各类软件和硬件都应进行较为深入和详细的检查[3]，只有这样才能充分保障真空自耗电弧炉安全稳定运行。在冷调试和热调试过程中，应对真空自耗电弧炉系统的各项功能分别进行严格的测试，保证真空自耗电弧炉系统的功能能够正常发挥。

5    结语

近年来环保理念逐渐得到了人们的广泛认可，为了提高节能环保效果，应尽量采用较为先进的技术，真空自耗电弧炉可以从技术角度和层面为社会的节能环保作出相应贡献。炉体封闭熔炼，废气经真空泵排出，在前级泵设置有过滤装置，对环境无污染;内循环水系统冷却水循环利用，节约了用水;回收的金属制成电极可以进行再次熔煉等，这些都扩大了真空自耗电弧炉使用的范围。国家在真空自耗电弧炉制造技术方面的投资也相对较大，一定程度上也促进了真空自耗电弧炉行业的发展。

[参考文献]

[1] 刘喜海，徐成海，郑险峰.真空冶炼[M].北京：化学工业出版社，2013.

[2] 赵辉，李明，李楠.真空自耗电弧炉控制系统的集散控制方案设计及实现[J].科技创新与应用，2016（30）：138.

[3] 张乃禄，韩凯，刘小龙，等.钛及钛合金真空自耗熔炼坩埚自动清洗机研制[J].钛工业进展，2019，36（2）：38-41.

收稿日期：2020-04-08

作者简介：范国力（1976—），男，河南新野人，工程师，研究方向：机械设计与制造。