40t炼钢电弧炉液压系统国产化设计研究111205

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1、分类号：_密级：_：_单位代码：_安徽工业大学工程硕士学位论文论文题目：40t炼钢电弧炉液压系统国产化设计研究学号：_作 者：_ _方爱民_专 业 名 称：_机械制造及自动化_2011年12月9日I安徽工业大学硕士学位论文40t炼钢电弧炉液压系统国产化设计研究论文题目： the hydraulic system localization design and research of the 40t electric arc furnace作 者： 方爱民 学院： 机械工程学院 指 导 教 师： 吴玉国 单位： 机械工程学院 协助指导教师： 单位： 单位： 论文提交日期：2011年11月 10日

2、学位授予单位：安 徽 工 业 大 学安徽马鞍山24300251独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安徽工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。签名 日期：_关于论文使用授权的说明 本人完全了解安徽工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手

3、段保存论文,保密的论文在解密后应遵循此规定。签名 导师签名 日期：_摘 要电弧炉是利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。目前，液压系统以其优越的性能在炼铁、炼钢生产中得到广泛应用。电弧炉液压系统是由电极升降系统、电极夹紧系统、炉盖升降和旋转系统、炉体倾动系统及EBT出钢系统组成的。当前国内电弧炉所使用的液压系统大部分是由国外引进。但盲目引进的国外生产设备，会出现很多问题，所以应该根据国情进行消化、改造，使之合理化。本文根据电弧炉的工艺要求，对国外引进的电弧炉液压系统进行了分析研究，主要内容如下：1、结合电弧炉工作原理，对炼钢电弧炉电极横臂的升降、电极的夹紧、炉盖升降旋转、炉体倾动等液压系

4、统原理进行了分析叙述；2、结合电弧炉工况，对液压系统工作参数进行了分析计算。计算并确定了液压系统的工作压力、流量和功率等参数。计算了液压系统中主要液压元件、液压缸、伺服阀、液压泵及各种液压阀等工作参数。确定了油箱容积、阀块、吸油管道、压油管道、回油管道、控制油管道等的尺寸。3、将计算得到的液压系统参数与目前使用的电弧炉液压系统参数进行了分析比较，经比较可知，现行的液压系统所选取的系统参数和液压元件的安全系数部分过大，控制过程过于复杂，零件尺寸偏大，使设备成本增大，造成了浪费。 经过国产化设计制造的液压站，成本显著降低，操作简单，运行可靠，维护方便。关键词： 电弧炉 液压系统 原理 参数计算Hy

5、draulic System Localization Design and Research of the 40t Electric Arc FurnaceAbstract The electric arc furnace is a kind of stove which use the high temperature produced by the electrode and electric arc to melt the mineral and the mental. At present, the hydraulic system with its superior perform

6、ance has been widely applied in iron making, steelmaking production. Electric arc furnace hydraulic system is composed of electrode lifting system, electrode clamping system, a furnace cover elevating and rotating system, furnace tilting system and EBT tapping system. The hydraulic system used by th

7、e current domestic electric arc furnace is mostly imported from abroad.But the blind introduction of foreign production equipment will cause a lot of problems.So it should be digested and transformed to make it rational according to the our condition.This paper analyzed the electric arc furnace hydr

8、aulic system introduced from aboard according to the process requirements of electric arc furnace.The main contents are as follows: 1. Combined with the working principle of electric arc furnace, this paper analyzer and narrated the principles of the hydraulic system,such as electric arc furnace EAF

9、 electrode arm lifting, electrode clamp, the furnace cover tilting and lifting, furnace rotating and so on; 2. Combination of electric arc furnace condition, this paper analyzed and calculated the hydraulic system working parameters. It calculated and determined the working pressure, flow and power

10、parameters of hydraulic system. It calculated the working parameters of main hydraulic cylinder, servo valve, a hydraulic pump and all kinds of hydraulic valves and so on. It decided the size of oil tank capacity, the valve block, oil pipeline, oil pipeline, oil return pipe, control oil pipeline and

11、 so on. 3. This paper compared and analyses the parameters between the calculated parameters of hydraulic system and electric arc furnace hydraulic system used in current. We can known by comparison that the selected system parameters of the current hydraulic system and the safety coefficient of hyd

12、raulic components are too large partly. The size of part is too large. This increased the equipment cost and resulted in a waste.Key words: electric arc furnace hydraulic system principle parameter calculation目录摘 要I第一章 绪论11.1 电弧炉概述11.1.1电弧炉简介11.1.2工艺概述21.1.3电弧炉分类61.2 电弧炉液压控制系统现状81.3 课题的主要研究内容8第二章 40

13、t电弧炉的工作要求102.1 概述102.2 40t电弧炉工作要求102.2.1 机械设备102.2.2 液压系统142.2.3 冷却水系统202.3 本章小结21第三章 40t电弧炉液压系统原理223.1 概述223.2 电极横臂升降液压系统233.2.1 系统工作原理233.2.2 电极横臂升降液压系统工作原理233.3 炉盖提升和旋转机构及炉体倾动液压系统243.3.1 炉盖升降，炉体倾动及炉盖旋转工作原理243.3.2 炉盖升降，炉体倾动及炉盖旋转液压系统工作原理253.4 EBT出钢系统263.5 蓄能器装置273.6 液压泵站273.7 冷却系统283.8本章小结29第四章 40t

14、电弧炉液压系统参数设计计算304.1 电极横臂升降和夹紧装置液压系统304.1.1 电极横臂升降液压系统304.1.2 电极夹紧液压系统314.2 炉盖提升和旋转机构及炉体倾动液压系统324.2.1 炉盖提升装置324.2.2 炉盖旋转机构液压系统354.2.3 炉体倾动液压系统404.3计算原动机的功率434.5液压泵的计算434.4油箱的计算444.6各类阀、辅件的计算454.7 本章小结47第五章 结论与展望48致谢50参考文献51第一章 绪论1.1 电弧炉概述 一个多世纪以来，钢铁生产工艺流程经过长时间的探索、发展和选择，目前只剩下两种主要的工艺流程。一种是以氧气转炉炼钢为中心的钢铁联

15、合企业生产流程；另一种是以电弧炉炼钢为中心的电炉厂生产流程。 氧气转炉生产的主要原料是铁水。大多数情况下由高炉供给，而高炉的主要原料是铁矿石。转炉生产出来的产品是钢坯或钢锭，它们还不是最终成品，必须经由轧钢机轧制成各种类型和规格的钢板、型钢、钢管等最终产品，提供给市场。因此，氧气转炉不可能独立存在，它必须前有炼铁，后有轧钢，以及其他辅助原材料的生产和供给系统，共同组成一个钢铁生产的联合体，我们称这样的生产模式为钢铁联合企业。电弧炉炼钢的主要原料是废钢铁或直接还原铁，其产品仍然是钢坯或钢锭，需经由轧钢机轧制成最终产品，供市场需求。在这种情况下，作为成品钢材的一个生产单位，往往有炼钢和轧制两个部分

16、组成，我们称这样的生产模式为电炉钢厂。随着电弧炉采用高功率或超高功率。炉外精炼、连续铸钢、连续轧钢等一系列技术的发展和社会废钢资源的足量积累，电弧炉炼钢显示出强劲的发展势头，与传统的钢铁联合企业工艺相比较，电弧炉炼钢显示出更加广阔的发展空间。1.1.1电弧炉简介电弧炉（electric arc furnace）利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉（如图11）。气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000以上。对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于优质合金钢的熔炼。电弧炉按电弧形式可分为三相电弧炉、自耗电弧炉、单相电弧

17、炉和电阻电弧炉等类型。电弧炼钢炉的炉体由炉盖、炉门、出钢槽和炉身组成，炉底和炉壁用碱性耐火材料或酸性耐火材料砌筑。电弧炼钢炉按每吨炉容量所配变压器容量的多少分为普通功率电弧炉、高功率电弧炉和超高功率电弧炉。电弧炉炼钢是通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能，以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行炼钢。电弧炉以电能为热源，可调整炉内温度，对熔炼含有易氧化元素较多的钢种极为有利。电弧炉炼钢发明后不久，就用于冶炼合金钢，并得到较大的发展。 图1-1 电弧炉外观图随着电弧炉设备的改进以及冶炼技术的提高，电力工业的发展，电弧炉炼钢的成本不断下降，现在电弧炉炼钢不但用于生产合金钢，而且大量用来生产普通碳素钢

18、，其产量在主要工业国家钢总产量中的比重，不断上升。1.1.2工艺概述短流程冶炼工艺是指电炉与精炼炉紧密相互配合进行的，电弧炉控制画面如图12所示。电弧炉主要起到熔化废钢和粗调成份的作用，而炉外二次精炼（温度和成份的精确调整）是在钢包精炼炉中完成的，电弧炉主要是熔化期和氧化期，而到精炼炉为还原期。目前流行的使用大电炉冶炼过程中，为了缩短冶炼周期，提高产量和降低能耗，除了配备大功率变压器外，引入辅助能量也起很重要的作用，通常设置炉门水冷氧枪和炉壁集束氧枪和天然气烧嘴。图1-2 电弧炉控制画面电炉冶炼原材料用100%废钢, 废钢加料从炉顶加入，冶炼中倾炉从炉门流渣,偏心底出钢，造渣料从炉顶加入，合金

19、料在出钢过程中加入钢包内。a) 废钢熔化工艺说明电炉出钢后，炉体复位，炉盖旋开，加入50%废钢，炉盖旋回盖上，通电冶炼 同时起动炉壁烧嘴助熔，炉壁烧嘴助熔完成后，吹氧、喷碳、造泡沫渣, 第二次加废钢30%，通电冶炼，同时起动炉壁烧嘴助熔，熔化后再第三次加料20%，通电冶炼，炉壁烧嘴助熔等废钢全部熔化后，吹氧、喷碳、造泡沫渣，脱碳升温, 通过渣进行脱磷，等钢水中碳和磷成份达到上限值和达到出钢温度（约1620C - 1650C）时，准备出钢。b）吹氧喷碳工艺在整个冶炼过程中吹氧是为了快速脱碳，通过炉内的碳一氧平衡，降低烟气中CO含量，吹氧量大小根据钢水化验结果进行设定自动控制，防止过氧化，喷碳粉快

20、速形成稳定的泡沫渣，减少暴露电弧对耐火材料损害，减少电弧暴露造成电极的氧化，该氧枪系统为自动化控制，整个过程稳定，可再现，可预报，排除了由于操作人员失误造成吹氧对炉体的操作损害。c）合金加料工艺 冶炼过程中根据不同的钢种，待加完原料后，进行合金化处理，钢水加热（脱碳一定量）进行取样化验，通过化验结果要计算出准确的合金料添加量，以避免合金材料或时间的浪费。d）出钢工艺 出钢中需将钢包烘烤到大于1000，避免出钢添加合金及造渣料加入钢包造成出钢钢水温降较大。 (1)工艺技术要求1）公称容量： 40t2）平均出钢量：40t，每炉留钢57t (EBT)3）最大出钢量：45t4）平均冶炼周期：60min

21、5）日冶炼炉数：24炉6）年作业率： 80%（292天）7）年产钢水量：280，000t8）出钢方式： EBT9）出渣方式： 水泼渣操作10) 冶炼电耗： 400kwh/t11) 电极消耗： 3.0kg/t12）采用全废钢冶炼，废钢加入采用料篮；加料能实现3次加料，最多不超过4次。13）石灰等散装料随废钢通过料篮加入电炉。14）合金加入采用合金小车方式加入钢包，合金料加料仓设在电炉操作平台上。15）冶炼周期冶炼周期： 60min表1-1 电炉冶炼过程时间表阶段时间（min）备注炉盖提升及旋开0.5第一次加料1.0大约 20.0t炉盖旋回及下降0.5通电熔化15.0炉壁烧嘴助燃炉盖提升及旋开 0

22、.5第二次加料1.0大约 15.0t炉盖旋回及下降0.5通电熔化10.0炉壁烧嘴助燃炉盖提升及旋开0.5第三次加料1.0大约 10.0t炉盖旋回及下降0.5通电熔化8.0炉壁烧嘴助燃氧化期15.0炉门吹氧40-45 Nm3/t测温取样1.0扒渣及出钢5.0合计60.0 (2)设备技术参数1）炉体炉体结构型式：分离式（上炉壳和下炉壳）炉壳直径：4800mm炉膛容积： 大约35m3出钢孔直径：130mm出钢形式：EBT炉壁形式：管式水冷炉壁下炉体吊重：86t（含耐材）2）水冷炉盖炉盖结构型式： 管式水冷3）电极横臂及升降装置电极横臂：铜钢复合型电极升降：电-液比例阀电极升降速度：上升6.0m/mi

23、n，下降4.0m/min（自动模式） 上升9.0m/min，下降6.0m/min（手动模式）电极升降行程：3600mm电极直径：500mm电极极心圆直径：1250mm电极夹紧装置： 液压放松/碟形弹簧夹紧4）大电流线路水冷电缆数量： 2/2/2（每相2根）水冷电缆截面积： 5500 mm2/ 每根二次侧短网阻抗： 0 65+j2 8m3相不平衡度： 5%5）低压电气低压动力电压，频率： 380 / 220 V 50 Hz 3 ph信号控制电压:： 24 V, DC保护等级： IP 23 （室内安装） IP 54 （室外安装）总装机容量： 180KW6）液压系统液压工作介质： 水-乙二醇工作压力

24、： 120 bar设计压力： 140 bar油箱容量： 47）冷却水质要求正常工业用水PH值： 79总硬度： 10 0dH悬浮物： 10mg/L碱度： 60mg/L氯离子： 60mg/L电导率： 500s/cm1.1.3电弧炉分类（1）三相电弧炉这种电弧炉用三相交流电为电源，偏心底出钢电弧炉主体结构（如图1-3所示），其组成为：(1)高压（包括电炉变压器）供电系统；(2)低压二次侧大电流短网系统；(3)电弧炉本体部分；(4)冷却水系统；(5)液压和压缩空气系统；(6)供碳氧装置；(7)出钢（渣）系统；(8)合金上料系统；(9)烟气处理系统;(10)电气控制及计算机网络系统。图1-3偏心底交流电

25、弧炉电弧发生在电极与被熔炼的炉料之间，炉料受电弧直接加热。电弧长度靠电极升降调节。为提高熔炼质量，大型电弧炉在炉底装有电磁搅拌器，驱使炉内熔螎金属沿一定方向循环。40吨以上的电弧炉常装有炉体回转机构，炉体能左右旋转一定角度，使炉料受热均匀，金属液出炉时炉体可以倾斜。三相电弧炉广泛用于炼钢。（2）自耗电弧炉这种电弧炉的电极就是被熔炼钢的原料。熔炼时，随着钢原料的不断被熔化，电极不断下降。熔化的钢水滴入用水冷却的紫铜筒形坩埚内，凝结成钢锭。这种炉主要用于合金 钢的熔炼。用于熔炼钛、锆、钨、钼、钽、铌等活泼金属和难熔金属的自耗电弧炉，一般在真空下工作，因而称为真空自耗电弧炉。（3）单相电弧炉这类电弧

26、炉用单相交流电供电。炉料在电弧间接加热。单相电弧炉多用于铜和铜合金的熔炼。（4）电阻电弧炉 炉子结构同炼钢电弧炉相似。工作时，电极下端埋在炉料内起弧，除电极与炉料间的电弧发出热量外，电流通过炉料时炉料电阻也产生相当大的热量。这类电弧炉主要用于矿石的冶炼,因此又称矿热炉。1.2 电弧炉液压控制系统现状 自从1899年法国人赫劳特研制炼钢用三相交流电弧炉成功，电弧炉炼钢法成为当前主要的炼钢法之一，由电弧炉冶炼的钢目前占世界钢总产量的40。与高炉铁水炼钢相比，其优势在于投资费用和运行成本低得多。当前电弧炉炼钢普遍采用超高功率电弧炉技术，特别是在我国近年提出走新型工业化道路，实现我国钢铁产品结构调整，

27、注重节能和减排的大环境中，电弧炉在不锈钢和特钢冶炼中发挥了不可替代的作用。随着电弧炉技术的发展和完善以及废钢代用品的开发与应用，电弧炉流程已可使用废钢、废铁的代用品，甚至可以用相当数量的生铁进行生产操作。因此，从全球角度看，以电弧炉炼钢技术为代表的短流程钢厂生产的前景十分广阔。目前世界上最大的电弧炉是美国西北钢线材公司的415T电炉，日本最大为250T，中国最大为150T。国内高于50T容量的电炉绝大多数是引进国外的设备，而大批的电炉钢厂却是容量低于40T的电炉，生产效率低，能耗高。引进的国外生产设备有的是在技术上不太适合中国的国情，其设备本身即存在缺陷；或是在技术上消化吸收不好，没有掌握设备

28、的性能与操作；或备品配件缺少，损坏后不能及时修复导致设备达不到设计指标等。随着电弧炉的大型化发展，进一步提高生产率和技术经济指标，是国内电弧炉研究的基本趋势。应该从头到尾重新设计、改造，使之合理化，适合中国的情况。国际上先进的电弧炉具有大型化实现规模生产的特点。进一步提高热效率，集中采用各种先进技术，取得较好的生产运行效果。 长期以来电弧炉靠调节每根电极的单位阻抗来进行PID控制。人工智能控制将大大地改进传统的控制方法，在美国和西欧等国各别世界著名电弧炉设备制造商，已研制了相关地电炉智能控制系统，并获取了各种专利，已在国内引进的电弧炉设备中使用。将电弧炉冶炼作为一个非线性、复杂的大系统来考虑，

29、淘汰过去沿用的简单电极定位控制，使电弧炉冶炼吨钢电耗进一步降低是我国提高控制技术的挑战。与此同时，在电弧炉的废钢预热技术、超高功率的电弧炉技术、直流电弧炉技术和高阻抗变阻抗交流电弧炉技术等方面，近些年也在得到蓬勃发展。尤其是在高阻抗交流电弧炉中，人工智能控制在改善电弧炉动态行为，通过改变稳定操作所需的电感来选择合适的阻抗，以达到稳定电弧、减少对电网冲击等方面将会有较大地作为。这些方面国内现在都是落后与发达国家的地方。1.3 课题的主要研究内容研究的过程其实也就是我们在各个项目上争取有所突破，在实践和认知的情况下不断改进，想方设法解决在生产过程中遇到的问题。在此过程中既是机会也是挑战，不仅要从事

30、课题研究，改进技术，还要保证用户的顺利生产，保证效益。测试过程全部在生产过程中进行。 主要是研究40T电弧炉液压系统的国产化设计制造，因为40T电弧炉是大电炉的分界点，所以必须研制出来，目前国内大电炉基本是引进西方国家的设备和技术，特别是液压系统、变压器、电极调节系统、电热特性、三相电流平衡度等关键技术国内技术都不成熟，还有机械机构也要进一步改进优化，有利于设备的使用寿命和稳定性。努力使国产电弧炉占有一定市场。在建造大中型现代电炉的同时，淘汰一些低效、高能耗的小电炉（30T以下）。本课题对40T电弧炉液压系统进行分析研究，主要研究内容如下：1、通过实践、查阅资料和计算，分析研究40T电弧炉液压

31、系统原理和技术参数等关键技术；2、结合电弧炉工况，对液压系统工作参数进行分析计算。计算液压系统的工作压力、流量和功率等参数。计算液压系统中主要液压元件液压缸、伺服阀、液压泵及各种液压阀等工作参数。计算油箱容积、阀块、吸油管道、压油管道、回油管道、控制油管道等的尺寸。3、根据电弧炉生产工艺，进一步深化对电弧炉液压系统关键技术的认识，将计算得到的液压系统参数与目前使用的电弧炉液压系统参数进行分析比较，以解决如何更合理设计电弧炉液压系统的问题。4、综合国内生产厂应用的过程中，暴露出来的问题和国内操作习惯，把一些繁冗的连锁控制简单化，适合国内用户的使用，操作简单，运行可靠，维护方便。第二章 40t电弧

32、炉的工作要求2.1 概述 随着电弧炉技术的发展和完善以及废钢代用品的开发与应用，电弧炉流程已可使用废钢、废铁的代用品，甚至可以用相当数量的生铁进行生产操作。 40t超高功率电弧炉为炉盖旋开顶装料式操作，其机械部分由倾动装置、炉体装配、水冷炉盖、炉盖提升及旋转装置、电极升降装置、大电流线路、冷却水系统、液压系统、气动系统等组成。另外，配备炉门碳氧枪一套，炉体上装集束式氧燃枪三支。2.2 40t电弧炉工作要求2.2.1 机械设备(1) 炉体炉子总体结构采用连体式结构，可分离式炉壳，管式水冷炉壁，管式水冷炉盖。出钢方式为偏心底出钢。炉体包括炉壳、水冷炉壁、炉门机构、偏心炉底出钢机构等。炉壳由上下两部

33、分构成。上炉壳是由F219X15mm无缝钢管焊成的框架结构，下炉壳为25mm钢板焊接而成，炉底为30mm钢板，水冷炉壁安装在框架内。炉壁分为10块，采用20g钢，F89X12mm的无缝钢管制成，各路水量分别控制，出水温度监测。水冷块上有挂渣钉，挂渣之后，形成了水冷挂渣炉壁。炉壳下部为钢板焊接结构，耐火材料炉衬。上下两部分可拆开吊装，有利于减小炉体吊装的起吊重量。上炉壳为无缝钢管焊成的框架结构，水冷炉壁安装在框架内，框架还起着水分配器和回水管的作用。上炉壳安装集束氧枪三支。位于三个电极的冷区。安装氧枪的固定支座位于炉壳外侧，其装卸、调整皆很方便。下炉壳是由园筒形炉壳和碟形炉底焊接而成，后部带有出

34、钢箱，其底为偏心底出钢。当偏心底出钢时需在炉中留1015左右的余钢，炉体倾动15-20度即可完成出钢，炉役后期若炉底有凹坑，炉体最大可倾动能将残钢倒尽。水冷炉壁为水冷密排管式结构，均布在上炉壳上，进水设球阀。总进水有压力传感仪表及温度检测，总进水压力及温度皆可在计算机上显示。上炉壳和下炉壳之间用销轴联接，便于拆卸，炉体上有牢固的吊耳，因此炉壳可整体吊出或吊入。炉门采用水冷液压缸方式驱动。偏心底出钢机构，安装在炉体上，出钢口底板的开启为液压驱动，安全、可靠，也可用人工手动开启。主要设备组成：炉体主要由上炉壳、下炉壳、炉门机构、偏心底机构、管式水冷炉壁块等组成。主要参数：炉壳内径： F4800mm

35、熔池体积：大约8炉门尺寸：1000900mm出钢口尺寸：F130mm偏 心 距：2800mm炉壳材质： 20g炉体总重量：96t（含耐材）下炉壳总重量： 86t（含耐材）上炉壳尺寸：外径：5278mm，总高度：1320mm下炉壳尺寸：外径：5278mm；总高度：2440mm；总长度：6430mm(2) 电极横臂升降装置电极横臂采用全水冷导电横臂，三根铜钢复合导电横臂均为箱式结构，并进行强制水冷，以保证足够的热态强度及刚度。电极的夹紧装置置于横臂中，为后置式，三相可自由互换，具有良好的工作环境，利用碟簧夹紧，液压缸放松，工作可靠，维护调整极为方便，每相横臂与立柱间均设置绝缘，而且，电极抱圈的绝缘

36、面进行陶瓷喷涂处理，相间具有良好绝缘保护，热态工作下绝缘十分可靠，横臂可在装配位置进行微量调整，以保证三相电极的正确位置。导电夹头处设有压缩空气吹扫装置，导电夹头用紫铜锻件制作。中相横臂后段抬高，使整个短网呈空间三角形布置。电极升降装置包括电极横臂和电极立柱装置两大部分，电极横臂由三套铜钢复合导电横臂、三套电极夹紧放松机构及三个电极夹头和三套电极喷淋装置组成。同时安装在它上面的金属软管以及绝缘件也包括在供货范围内。电极立柱装置包括电极立柱，立柱导向轮装置和电极升降液压缸，同时还有立柱与横臂联接的全部绝缘件，紧固件，水路用管线及管件等。立柱导轨采用45钢，有较好的耐磨性。立柱托架用非磁性材料制造

37、。电极升降液压回路设有锁定功能。主要设备组成：主要由导电横臂、导向立柱、立柱托架、升降油缸、导向轮装置和绝缘件等组成。主要参数：导电横臂：铜-钢复合型电极夹头：紫铜（T2）电极直径：500 mm电极行程：3600mm电极极心圆直径：1250 mm电极升降速度：上升6.0m/min,下降4.0m/min（自动模式） 上升9.0m/min,下降6.0m/min（手动模式）电极夹紧装置：液压放松 / 碟形弹簧夹紧电极夹紧力：260KN电极夹紧行程： 50 mm电极释放行程：15 mm导向轮数量：8套/每个立柱(3) 炉盖提升和旋转机构及炉体倾动装置 炉盖提升和旋转机构由旋转架、炉盖提升液压缸、传动装

38、置、同步轴；炉盖旋转支承装置，旋转锁定装置，支承滚轮以及旋转液压缸等部件组成。 旋转架是用钢板焊成，其上有工作平台，以便操作人员在其上更换电极及进行设备维护。旋转架炉盖吊臂高温区通水冷却，以防止高温变形。电极升降立柱的导向轮也安装在旋转架上，旋转架有足够的热态强度和刚度，其下部安装两组滚轮，使旋转架可在倾动平台的弧形轨道上运动。 炉盖提升机构的两个液压缸及传动装置皆安装在旋转架内，同步轴可使炉盖提升运动同步，液压系统中采用液压锁以保证炉盖处于提升行程中的任意位置，炉盖旋转与炉盖提升具有联锁关系。当旋转架旋回、炉盖回到炉体上后，旋转锁定装置将旋转架和倾动架锁紧。当炉盖提起时，旋转锁定装置带动锁定

39、销由倾动平台定位孔中拔出，锁紧解除。受热幅射部位采用水冷。 炉盖旋开机构的回转支承由两组轴承组成，以承受炉盖提升及旋转运动所产生的静载及动载，消除由于制造及安装误差在旋转轴上产生的附加弯矩，在旋转液压缸的驱动下，可将炉盖及提升旋转机构平稳地旋开或旋回，其旋开角度，应能保证料筐装料及炉体吊出。 主要设备组成： 炉盖提升及旋转机构由炉盖旋转吊架、旋转机构、锁定机构、炉盖提升连杆机构、炉盖提升油缸和弧形轨道等组成。主要参数：炉盖提升高度：400mm炉盖旋转最大角度：65炉盖提升速度：40mm /sec炉盖下降速度： 40mm/sec炉盖旋开速度：5/sec(4) 水冷炉盖 炉盖为水冷管式结构，由大炉

40、盖和三电极孔盖构成。大炉盖为整体式结构，由19412的无缝管焊接而成的框架和F89X12mm的无缝管制成，分为5路进出水，各路水量分别控制，出水温度监测。大盖内表面有挂渣钉。三电极孔盖由水冷管及耐火材料浇注件构成。 炉盖分为大炉盖和小炉盖。大炉盖为同心圆管式水冷炉盖，不设除尘孔及加料孔。小炉盖为耐材炉盖，上有三个电极孔，孔内设电极水冷圈。大炉盖和小炉盖之间用销轴连接，更换小炉盖要方便，大炉盖上有四个耳板，通过销轴和炉盖提升机构连接。 炉盖进水设有碟阀及压力传感仪表，出水设水温检测仪表，水的压力及水温皆可在计算机上显示。主要设备组成：水冷炉盖由大炉盖、小炉盖圈（带电极水冷圈）、水分配器及金属软管

41、等组成。主要参数：炉盖型式：管式水冷炉盖材质：20g (5) 炉壁氧枪 炉体上将安装3支集束式氧燃嘴，燃气介质采用天然气。 三支氧枪平面布置在三个电极冷区，三支全部为天然气+集束氧气。氧枪安装在射流出口距渣线垂直距离1米左右的上方，与炉壁的夹角为45左右。主要设备组成：电炉炉壁集束氧燃烧嘴系统主要由水冷氧枪、氧气阀站和PLC控制系统组成。天然气+集束氧枪主要参数：主喷孔（氧气）数量：1马赫数： M=2氧气流量： 1500-20003/工作压力： 1.01.5a副喷孔（氧气）数量： 12氧气流量： 300-5003/工作压力： 0.2 0.5a副喷孔（天然气）数量： 6天然气流量：3003/工作

42、压力： 0.2 0.5a冷却水量： 15N3/冷却水压力：0.4-0.6MPa(6) 炉体倾动装置 炉子倾动装置由倾动摇架（弧形架）及平台、基座、倾动液压缸（采用进口密封）等部件组成。 倾动摇架及平台由钢板焊成。炉体的下炉壳通过销轴与其连接。倾动液压缸的上端通过关节轴承和摇架上的支座相连，下端亦通过关节轴承与基础上的支座相连，这样可以保证炉子倾炉动作时消除由于安装误差所产生的侧向力。倾动液压缸是两个活塞式缸，能满足后倾出钢速度及快速、慢速回倾出渣的要求并兼顾今后采用出钢槽方式的炉型。倾动液压缸由比例阀控制，因此出钢速度及回倾速度皆可按要求得到最佳的调节。倾动油路安装有液压锁紧装置（安装位置靠近

43、倾动液压缸，与倾动液压缸间不得有软管），保证电弧炉在任何倾动位置失压时停止不动。倾炉机构出钢设置倾角联锁保护装置，既关键的倾角位置设置限位开关，与电气联锁，以防误动作,同时在倾动平台上装有倾炉角度传感器,实时在计算机上显示倾炉角度。 为了便于运输和制造，倾动平台设计成三大件，安装时将这三大件先用螺栓连接，调整后焊为整体，成为一个倾动平台，平台下部焊有两个箱形结构的倾动摇架，其下表面有止动销孔，基座上表面有止动销，这些销孔在炉子倾动时，准确的套入基座上表面的止动销，以保证倾动过程无水平滑动和倾动角度的准确。倾动摇架的倾动半径，使炉子重心在倾动过程中始终处于倾动中心的后面，使炉子的回倾更容易。 倾

44、动平台下部设有炉盖旋开时的支承及炉体处于水平位置（如向炉内装料时）的支承。这些支承点用液压缸驱动。当炉盖旋开时，旋转支承必需将倾动平台支撑住。当炉盖位于炉体上时，旋转支承必需脱开，使炉子能自由倾动。水平支承用以保证炉子呈正常工作位（即水平位置），当该支承点将倾动平台支承住时，即使将倾动液压缸拆除，炉子仍处于水平位置，不会倾翻。当电炉要进行倾动操作时，水平支撑应首先收回。 倾动平台上设有四个炉壳定位销，便于将炉壳固定在倾动平台上。主要设备组成： 炉体倾动装置由倾动摇架（弧形架）、倾动台、倾炉连锁机构、旋开支撑机构、倾动轨道及倾动油缸等组成。 主要参数： 炉体倾动型式：液压 炉体倾动角度：出钢20

45、, 最大25/ 出渣最大15 倾动速度：01 / sec 快速回倾：03 / sec 2.2.2 液压系统（1）液压系统简述液压系统是为电极升降与电极松开、炉盖升降和旋转、炉体倾动及EBT出钢口的开启等提供液压油的液压动力装置。液压系统压力为12MPa，工作介质为水乙二醇。系统包括液压源和各种控制阀门、蓄液箱、蓄能器、过滤器、压力继电器等。液压源有三台恒压变量泵，进口美国PARKER泵。电极升降自动控制用进口PARKER比例阀，炉体倾动及炉盖旋转采用PARKER比例阀，其它动作控制选用密封可靠的插装阀和锻钢球阀。蓄液箱上设有温度及液位控制仪表，并装有循环冷却器，保证在正常运行时介质温度自动调节

46、。系统过滤精度10。油箱容量不小于4，采用不锈钢制作。为使系统运行可靠，应有高压过滤和循环冷却过滤及回路过滤。液压系统还应有空滤器、压力表、压力传感器、压力继电器。液压系统的设计制造应遵循简单、实用、可靠的原则，同时便于维修。液压站的设计应达到无人值班的要求。采用不锈钢油箱，以降低液压介质的污染。电极升降、炉体倾动、炉盖旋转均采用比例阀控制。在突发性停电状态下，蓄能器储存的高压液能满足倾到最大角度的炉体摇架倾回到水平位置，并能同时满足将三相电极抬起500mm以上。在失去动力源的情况下，炉体倾动回路，电极升降回路均具有锁定功能。电极升降控制系统具备电极遇到不导电物体时，能够自动抬起，以防止电极折

47、断的功能。液压系统的密封要求要可靠，系统内管网控制元件、执行元件不得有渗漏。液压泵、比例阀、压力传感器等关键元件采用PARKER进口产品，其他液压元件选择国内著名厂家优质产品。液压缸密封件的寿命要求电极升降缸24个月，其他缸12个月。各油缸活塞杆要进行热处理，表面镀铬。（2） 液压系统组成与功能系统是由油箱总成、液压泵装置、蓄能器、控制阀组及阀台、过滤组件等组成（如图21）。1）油箱总成。a 油箱体积为4立方米不锈钢油箱。b 油箱设有液位计和液位发讯器，用于对各极限液位进行报警。c 油箱设有两个温度控制器，用于对上下极限温度报警。d 油箱配有单独的循环过滤和冷却系统，30分钟内可将油箱的介质过

48、滤一次温度冷却到30以下。e 油箱还配有空气滤清器、排污口等油箱必备附件。2）液压泵装置a 液压系统采用三台排量为210L/min（1000rpm/min）的恒压变量泵，控制形式为二用一备。b 恒压变量泵的驱动功率为37kW，可满足液压系统的工作压力要求。c 每台泵装置还设有压力保护功能和压力过滤器，以保证向系统输入高精度工作介质。d 液压泵装置设有单向阀，高压球芯截止阀等液压件，还设有联轴器等液压附件e 液压泵装置上装有压力表、测压点和测压装置，检测人员可随时对系统进行检测。图2-1 液压泵站和油箱3）蓄能器总成蓄能器（如图22）主要功能为满足事故状态下（或突发性停电状态下），蓄能器储存的高

49、压液可以满足炉体倾动到最大角度时炉体摇架倾回到水平位置，并且能同时满足将三相电极抬起，离开钢液面500mm以上。由于蓄能器的设置，可以保证三相电极同时上升（或下降）的速度要求。同时也可以考虑在正常冶炼过程中能使泵间歇工作,在泵停止工作期间由高压罐向外输出高压油液，以保证设备正常工作，因此大大的延长了泵的使用寿命。蓄能器配有磁浮子液位计，设有五点发讯，可参与系统正常PLC控制，蓄能器配有气体安全保护装置和气动单向阀和截止阀等附件。蓄能器进液口设有最低液面控油路。图2-2 蓄能器总成4）控制阀组及阀台（如图23所示） a 电极升降控制电极升降采用了四台电液比例阀（三用一备），分别对三相电极升降进行

50、自动控制。电极升降控制具有失去动力源情况下的自锁功能。特别情况下用手动控制回路，采用锥阀控制形式。电极升降控制回路还配有压力传感器，当遇到不导电的物体时，能够自动上抬，以防电极折断。图2-3 控制阀组及阀台b 炉盖旋转控制采用了电液比例换向阀和二通插装阀，使炉盖在旋转过程中实现慢速启动-快速运行-慢速停止，即保证炉盖旋转平稳，又降低了由于开启炉盖而引起的热损失。c 炉盖升降控制采用了滑阀控制，具有调节速度和自锁功能。d 炉体倾动控制采用了电液比例换向阀和二通插装阀，以满足炉体快速出钢、出渣及平稳、可靠等要求。同时倾动控制具有在失去动力源情况下的自锁功能。 e 电极松开控制采用了二位四通电磁换向

51、阀控制，结构简单，动作可靠。 f 其它动作控制均采用滑阀控制，并根据动作要求采用不同的液压原理控制。（3） 液压系统主要性能参数表2-1 液压系统主要性能表参数名称要 求备 注液压介质水-乙二醇系统工作压力12MPa主液压泵电机功率37kW,AC380V3台主液压泵额定输出量210L/min1000rpm/min油箱有效容积4304不锈钢l阀工作电压DC24V循环泵电机功率3kW,AC380V1台循环泵流量100L/min电加热器3KW,AC220V1台（ ）冷却水进口压力0.30.4 MPa冷却水进口温度35蓄能器数量 12nos 100l/no 蓄能器形式Bladder蓄能器额定压力 21

52、MPa蓄能器工作压力12MPa蓄能器事故压力8MPa（4） 液压系统各部位动作表2-2 电极横臂升降装置、炉盖提升和旋转机构及炉体倾动装置液压系统各部位动作表序号名 称控制方式油缸形式油缸数量1电极升降自动或手动柱塞缸3 2炉体倾动手动双向活塞缸2 3炉盖提升手动双向活塞缸2 4炉盖旋转手动双向活塞缸15电极松开手动单向活塞缸3 6炉体水平前支撑手动双向活塞缸2 7炉体水平后支撑手动双向活塞缸1 8EBT出钢机构手动双向活塞缸1 9EBT检修平台旋转手动双向活塞缸1 10炉门升降手动双向活塞缸1 11旋转锁定手动双向活塞缸1 （5） 液压元件与密封件寿命表2-3 液压缸密封件的使用寿命密封件电

53、极升降缸炉盖旋转缸倾炉缸电极放松缸使用寿命24个月12个月12个月2.2.3 冷却水系统 系统提供EA炉全部冷却用水，总进水处设有压力与温度监测，各分支用水的调节阀门设在总的集中供水和集中回水处，各路回水分别设有监测回水温度的热电阻，以便反应出各冷却部位的工作状况，便于调整和处理。（1） 系统主要技术参数表2-4 水系统用量、水压及水温要求序号用水设备用量m3/h温度进水压力MPa进水出水1电极横臂7533550.4-0.62电极升降立柱1033550.4-0.63电极夹头1533550.4-0.64水冷炉壳：含炉壁，炉门，炉门框等17533550.4-0.65水冷炉盖12033550.4-0

54、.66水冷电缆1033550.4-0.67二次汇流铜管1533550.4-0.68液压装置冷却水533400.3-0.49变压器冷却水5033400.2-0.310炉门碳氧枪5033500.4-0.611炉壁集束氧燃烧嘴7533500.4-0.6总冷却水用量600（2） 冷却水质要求冷却水质要求PH值：79总硬度： 10 0dH悬浮物： 10mg/L碱度： 60mg/L氯离子： 60mg/L电导率： 500s/cm2.3 本章小结 本章对电弧炉的各个部分的性能、工作要求进行了分析。介绍了炉体、水冷炉盖、电极横臂升降及夹紧装置、 炉盖提升和旋转机构及炉体倾动装置、 炉体倾动装置的结构和构成以及电

55、弧炉液压系统中的液压泵装置、各种控制阀组及阀台、蓄能器、油箱、过滤组件的工作性能要求。第三章 40t电弧炉液压系统原理3.1 概述液压系统是为电极升降与电极松开、炉盖升降和旋转、炉体倾动及EBT出钢口的开启等提供液压源的液压动力装置。系统是由油箱总成、液压泵装置、蓄能器、控制阀组及阀台、过滤组件等组成。图3-1 电弧炉液压泵站原理图图3-2 电弧炉液压系统阀台原理图3.2 电极横臂升降液压系统3.2.1 系统工作原理自耗电极真空电弧炉依靠大功率的直流电源来提供冶炼能量，炉体内部金属结晶器与直流电源正极相接通，欲冶炼的原料先与焊接在金属电极杆的下端，金属电极杆与直流电源的负极相接通，金属电极杆由

56、差动齿轮带动上下移动，差动齿轮则与直流电机和交流电机差动装配。冶炼时，两个电机的转向相反，交流电机始终处于恒定的慢速运转状态，且使电极杆向上移动。S7-300 PLC通过控制器514C来控制直流电机的转在两个电机的差动作用下上下移动，在冶炼起始阶段，采用手动控制电极杆上下移动，当被冶炼原料与炉体结晶器接近到一定距离产生电弧，原料开始融化冶炼，当电弧稳定后转到自动控制方式。3.2.2 电极横臂升降液压系统工作原理（1）电极升降 电极横臂升降液压系统原理图如图3-2所示，在图中，当电液换向阀49.1的YV4b端得电时，电液换向阀的右位接入回路，压力油经过压力管路滤油器13、电液换向阀和液控单向阀流

57、入柱塞缸，从而推动电极向上运动。 当电液换向阀49.1的YV4a端得电，换向阀左位接入回路，同时电磁换向阀40.1得电，液控单向阀50.1、50.2、50.3在压力油的作用下打开。柱塞会在重力作用下下降，压力油经过电液换向阀、溢流阀流回油箱。 同理，U相、W相电极也是如此。（2）电极夹紧 电极夹紧液压系统原理图如图3-2所示，在图中，当电磁换向阀40.2得电时，换向阀的左位接入回路，压力油经过换向阀、节流阀流入电极夹紧缸的下腔内，活塞向上运动，使电极夹紧。 当电磁换向阀40.2断电时，换向阀的右位接入回路，活塞在弹簧的作用下向下运动，电极夹紧缸内的液压油经节流阀、电磁换向阀流回油箱。 同理，U相、W相电极也是如此。3.3 炉盖提升和旋转机构及炉体倾动液压系统3.3.1 炉盖升降，炉体倾动及炉盖旋转工作原理 一部机器通常由三部分组成，即原动机传动装置工作机。原动机的作用是