专利名称：一种带有特殊真空系统的电渣炉的制作方法
技术领域：
本发明属于真空冶金领域，具体涉及的是一种带有真空系统的电渣炉。
背景技术：
真空冶金技术是在原来各种冶金技术的基础上逐步发展起来的现代冶金技术，其特点是可以在冶金设备中制造一种真空气氛，使得冶金熔体中的有害气体杂质
、[N]、 [H]等在高真空度下不断地从中蒸发出来，从而有效提高了钢水的纯洁度，冶炼出高质量的合金钢。真空冶金发展至今已经产生了多种方法，主要包括钢液真空处理、真空感应熔炼、 真空自耗(电弧)熔炼和真空电子束熔炼等。然而截至目前，真空技术在电渣熔铸之类的冶金工艺中尚未得到很好的应用。未能应用真空设备的普通电渣炉一般不能更加有效地去除钢液中[N]、[H]、
、 [Pb]、[Sn]、[Sb]等有害元素，不能熔炼高Al、Ti等合金钢种。可以预测，如果在现有的普通电渣炉上增加真空系统，实现真空电渣重熔，不仅可以解决上述两方面的问题，而且能消除真空自耗炉重熔铸锭表面质量差，易产生白点等缺点。从长远的角度看，发展真空电渣炉生产大有希望
发明内容
本发明提供了一种带有真空系统的电渣炉，其特征在于所设计的电渣炉真空系统是由电渣炉的动密封真空室(1)，真空表⑵，防爆装置⑶，除尘器⑷、真空阀门(5)、(6)、 (11)、(12)、(13)、(14)、(15)，真空过滤器(7)和(9)，温度表(8)和(10)，真空机组(16) 和(17)组成，其中真空机组(16)和(17)相互独立，彼此分别经真空阀门(14)和(15)通过管道并联到一起，然后通过真空系统管道同出气管道已经并联在一起的2个真空过滤器 (7)和(9)相通，真空过滤器(7)和(9)上各自分别装有温度表(8)和(10)，且真空过滤器 (7)的进气管道上装有真空阀门(5)，出气管道装有真空阀门(12)，真空过滤器(9)的进气管道上装有真空阀门(6)、出气管道装有真空阀门(13)，真空过滤器(7)同真空过滤器(9) 的进气管道并联在一起后与除尘器的出气管相连通，除尘器的进气管和防爆装置 (3)的出气管相连通，防爆装置(3)上设有真空表O)，防爆装置(3)的进气管同电渣炉的动密封真空室(1)相通，并联在一起的真空机组(16)和(17)还通过真空阀门(11)及管道同除尘器的出气管直接相连通。根据本发明，带有真空系统的电渣炉特征在于所述的电渣炉中动密封真空室(1) 的动密封装置是指如下4种动密封装置中的任意一种，其中，减压式真空动密封，主要由为假电极(18)、平面密封垫(19)、减压密封罩00)、 中间抽气腔(21)、环形卡环(22)、密封圈(23)、真空罩(M)、外侧减压槽(25)、空抽气口 ( )、内侧减压槽(XT)相接密封而成，其中，减压式真空动密封装置在假电极(18)的外侧设有平面密封垫(19)和减压密封罩00)以及外侧减压槽0 和内侧减压槽(27)，利用环形卡环02)将减压密封罩00)同与结晶器相连的真空罩04)压卡在一起，减压密封罩(20)同真空罩之间加有密封圈(23)，真空抽气口外接单独的真空泵；套筒式真空罩石墨自润滑真空动密封，主要由假电极(18)、瓷板夹(四)、套筒式动密封上法兰(30)、法兰密封圈(31)、密封石墨块(32)、上套筒(33)、套筒密封圈(34)、下套筒(35)、结晶器(36)相接密封而成，其中在套筒式动密封上法兰(30)内加入密封石墨块，然后依靠套筒式动密封上法兰(30)的上下两面所加瓷板形成的瓷板夹( )，使得上法兰(30)和密封石墨块(3 之间得以有效固定，套筒式动密封上法兰(30)与上套筒(33) 之间安有法兰密封圈(31)，上套筒(3 和下套筒(3 之间安有套筒密封圈(34)密封，下套筒(35)和结晶器(36)之间依靠密封圈密封；滑片式胶木真空动密封，主要由假电极(18)、胶木密封滑片(37)、弹簧(38)、滑片式动密封上法兰(39)、真空罩(40)、密封带(41)、结晶器密封圈(42)、结晶器(36)相接密封而成，其中在滑片式动密封上法兰(39)内镶嵌有胶木密封滑片(37)，滑片式动密封上法兰(39)与有胶木密封滑片(37)之间安有弹簧(38)，在弹簧(38)的支撑下，使得胶木密封滑片(37)同假电极(18)间密切接触，真空罩00)内安有密封带，真空罩GO)与结晶器 (36)之间安有结晶器密封圈(42)；波纹管式真空密封，主要由为假电极(18)、绝缘压片(43)、波纹管式动密封上法兰(44)、波纹管法兰(45)、波纹管(46)、真空罩(47)、电木密封片(48)、密封圈(49)、结晶器密封圈(42)、结晶器(36)相接密封而成，其中波纹管式动密封上法兰G4)内嵌有电木密封片(48)，两片绝缘压片将波纹管式动密封上法兰G4)和电木密封片08)夹在其中，波纹管式动密封上法兰G4)和波纹管法兰0 之间加有密封圈(49)，波纹管06)同真空罩G7)之间无缝连接，真空罩G7)同结晶器(36)之间安有结晶器密封圈02)。根据本发明，带有真空系统的电渣炉特征在于所述的电渣炉真空系统中除尘器 (4)是指旋风式除尘器，根据本发明，带有真空系统的电渣炉特征在于所述的电渣炉真空系统中真空过滤器(7)和(9)是指金属网除尘过滤器。根据本发明，带有真空系统的电渣炉特征在于所述的电渣炉中真空系统中的防爆装置由进气口(50)、防爆阀体法兰盘(51)、泄爆面板(52)、泄爆螺栓(53)、泄爆弹簧(M)、 防爆阀体(55)、出气口(56)组成，其中多个有固定螺帽的单头泄爆螺栓(5 分别穿过泄爆弹簧(54)和泄爆面板(52)，拧紧固定在防爆阀体法兰(51)上，泄爆弹簧(54)在泄爆螺栓 (53)地螺帽和泄爆面板(5 之间处于受力状态。根据本发明，带有真空系统的电渣炉特征在于其中所述的防爆装置(3)的进气管同电渣炉的动密封真空室(1)相通是指可以在同电渣炉的动密封真空室(1)的任何一个合适的开口部位相连通。
附图1为电渣炉真空系统结构示意图；附图2为减压式真空动密封结构俯视示意图A-A剖视示意图；附图3为减压式真空动密封结构俯视示意图；附图4为套筒式真空罩石墨自润滑真空动密封结构示意图；附图5为滑片式胶木真空动密封结构示意5
附图6为波纹管式真空动密封结构示意图；附图7为真空系统防爆装置示意图。
具体实施例方式传统电渣炉通常有三部分组成机械系统、供电系统、控制系统，机械系统包括电极升降立柱、电极横臂、电极旋转升降机构、电极夹头、假电极、结晶器平台、水冷结晶器、排烟除尘等设备；供电系统包括高压电器柜、变压器、大电流线路、电流互感器，换向开关等； 控制系统包括高压切换、低压操作指令元件、电动机、电极升降及旋转控制机构、面板指示仪表及信号灯等。本项发明的目的是要在普通电渣炉的基础上再增加一套真空系统，使得普通电渣炉能在真空气氛中进行电渣重熔，冶炼出高品质合金产品。用于电渣炉的真空系统与其他真空冶金设备的真空系统相比具有明显的差别，这是因为电渣重熔过程中因炉渣熔化和化学反应，使炉体内放出大量的高温气体，而且高温气体中还包括具有一定粘性的灰尘，使真空系统的工作环境比较恶劣，这也给本项发明带来了相当的难度。另外，由于电渣炉需要经常装卸被熔钢锭即自耗电极，使用的假电极表面还具有一定的粗糙度等，真空室和动密封都应具有相应的结构和措施来保证足够的真空度，还有利用真空电渣熔炼钛、锆合金时可能会引起爆炸，因此，真空系统还应设有具备有防爆功能得相应装置。考虑了上述因素，本发明首先设计出了一种带有真空系统的电渣炉，其中所设计的电渣炉真空系统结构示意图如附图1所示，图中1为电渣炉的动密封真空室，2为真空表， 3为防爆装置，4为除尘器，5、6、11、12、13、14、15均为真空阀门，7和9为真空过滤器，8和 10为温度表，16和17为真空机组。由图可见，在本套真空系统中共有2个真空机组16和 17，真空机组16和17相互独立，彼此分别经真空阀门14和15通过管道并联到一起，然后通过真空系统管道同出气管道已经并联在一起的2个真空过滤器7和9相通，真空过滤器 7和9上各自分别装有温度表8和10，且真空过滤器7的进气管道上装有真空阀门5，出气管道装有真空阀门12，真空过滤器9的进气管道上装有真空阀门6、出气管道装有真空阀门 13，真空过滤器7同真空过滤器9的进气管道并联在一起后与除尘器4的出气管相连通，除尘器4的进气管和防爆装置3的出气管相连通，防爆装置3上设有真空表2，防爆装置3的进气管同电渣炉的动密封真空室1相通，依据不同的电渣炉结构，动密封真空室1可以在任何一个合适的部位开口实现同防爆装置3进气管相连通，另外并联在一起的真空机组16和 17还通过真空阀门11及管道同除尘器4的出气管直接相连通。工作前所有管道的真空阀门均处于关闭状态。工作时首先打开真空阀门11，然后打开真空阀门14，启动真空机组16，也可打开真空阀门15，启动真空机组17，对电渣炉的动密封真空室1实施抽真空，观测压力表2，等到真空度达到预定值时，打开真空阀门5和12， 或者打开真空阀门6和13，关闭真空阀门11，开始启动电渣炉进行化渣熔炼。直到电渣熔铸结束，关闭真空机组和所有阀门。在该真空系统装置中，真空表2是用来测量和监控真空系统特别是动密封真空室的真空度的。温度表8和10用于测量废气温度，为了保证设备安全可靠，温度表所在的真空过滤器7和9的废气温度要控制在60-70°C为宜，如果高于此温度范围，则必须加大整个电渣熔铸中各设备的冷却强度，将废气温度降低到70°C以下。
整个真空系统中动密封真空室1是比较关键的设备装置之一，其中动密封装置的结构最重要，本项发明共给出了 4种动密封形式，即减压式真空动密封、套筒式真空罩石墨自润滑真空动密封、滑片式胶木真空动密封和波纹管式真空密封。4种动密封装置如附图 2、3、4、5、6所示。其中附图3是减压式真空动密封装置的俯视图，而附图2所示的为减压式真空动密封装置俯视图3的A-A剖面结构的示意图。在附图2中18为假电极，19为平面密封垫，20为减压密封罩，21为中间抽气腔，22为环形卡环，23为密封圈，M为真空罩，25 为外侧减压槽，26为真空抽气口，27为内侧减压槽，观为自耗电极。由附图2和附图3可见动密封的各个部件间均以密封式相接，其中减压式真空动密封装置在假电极18的外侧设有平面密封垫19和减压密封罩20以及外侧减压槽25和内侧减压槽27，利用环形卡环22 将减压密封罩20同与结晶器相连的真空罩M压卡在一起，减压密封罩20同真空罩之间加有密封圈23，保证其具有良好的封闭性能，真空抽气口外接单独的真空泵，保证减压密封和中间抽气腔处具有足够的真空度。通常将减压密封罩设计成对开式的，即从减压密封罩正中分开，将以便能够有利于自耗电极的安装和拆卸。附图4为套筒式真空罩石墨自润滑真空动密封结构示意图，在附图4中18为假电极，29为瓷板夹，30为套筒式动密封上法兰，31为法兰密封圈，32为密封石墨块，33为上套筒，34为套筒密封圈，35为下套筒，36为结晶器，28为自耗电极。由附图4 可见此种动密封的各个部件间均以密封式相接，其中在套筒式动密封上法兰30内加入密封石墨块，然后依靠套筒式动密封上法兰30的上下两面所加瓷板形成的瓷板夹四，使得上法兰30和密封石墨块32之间得以有效固定，考虑到假电极18和自耗电极观的装卸，可以将套筒分为上套筒33和下套筒35 ；套筒式动密封上法兰30与上套筒33之间安有法兰密封圈31，上套筒33和下套筒35之间安有套筒密封圈34密封，下套筒35和结晶器36之间依然依靠密封圈密封，上套筒33和下套筒35可以降落到结晶器36上沿以下，降落时下套筒35可以滑入到上套筒33之中。附图5为滑片式胶木真空动密封结构示意图，在附图5中18为假电极，37为胶木密封滑片，38为弹簧，39为滑片式动密封上法兰，40为真空罩。41为密封带，观为自耗电极，42为结晶器密封圈，36为结晶器。如附图5所示，此种动密封是在滑片式动密封上法兰 39内镶嵌有胶木密封滑片37，滑片式动密封上法兰39与有胶木密封滑片37之间安有弹簧 38，在弹簧38的支撑下，使得胶木密封滑片37同假电极18间密切接触，真空罩40内安有密封带，真空罩与结晶器36之间安有结晶器密封圈42。附图6为波纹管式真空密封结构示意图，在附图6中18为假电极，43为绝缘压片，44为波纹管式动密封上法兰，45为波纹管法兰，46为波纹管，47为真空罩，48为电木密封片，49为密封圈，28为自耗电极，42为结晶器密封圈，36为结晶器。由附图6可见，此种结构的动密封采用了波纹管构件，各部件之间仍然以密封方式相接，其中波纹管式动密封上法兰44内嵌有电木密封片48，两片绝缘压片43将波纹管式动密封上法兰44和电木密封片48夹在其中，波纹管式动密封上法兰44和波纹管法兰45之间加有密封圈49，波纹管46 同真空罩47之间无缝连接，真空罩47同结晶器36之间安有结晶器密封圈42。由于电渣炉在其化渣熔炼过程中会产生一定量的废气和粉尘，为此在本项发明的真空系统中设有1个除尘器4，通常选用旋风式除尘器为宜；为了保证真空机组的工作安全，本真空系统中还设有真空过滤器7和9，目的是要对于除尘器中出来的废气进行二次过滤和降温，使之进一步净化以达到真空机组对于所吸气体的工作标准。通常有两种类型的过滤设备供设计者选择，第一种为水冷布袋除尘过滤器，第二种为金属网除尘过滤器。电渣炉冶炼熔铸过程中偶尔因操作失误会出现轻微气体瞬间膨胀现象，安装上本项发明的真空系统之后在电渣炉整个熔炼过程中经抽真空便形成了一个密闭系统，一旦发生气体瞬间膨胀如不能得到有效放散泄爆，则很可能要损坏设备，并危害操作人员的人身安全，故在系统中设立了一防爆装置。该装置如附图7所示，图中50为进气口、51为防爆阀体法兰盘、52为泄爆面板、53为泄爆螺栓、54为泄爆弹簧、55为防爆阀体、56为出气口，其中多个有固定螺帽的单头泄爆螺栓53分别穿过泄爆弹簧M和泄爆面板52，拧紧固定在防爆阀体法兰51上，此时泄爆弹簧M在泄爆螺栓53地螺帽和泄爆面板52的夹压下处于受力状态。电渣炉正常工作时泄爆面板52在真空系统产生的负压和泄爆弹簧M的联合作用下，紧紧贴在防爆阀体法兰51上，一旦发生气体瞬间膨胀，超过了泄爆弹簧M所产生的正压力，泄爆面板52和防爆阀体法兰盘51之间便出现很大的缝隙，高压气体自缝隙中溢出， 系统安全便得到了相应的有效保护。根据前述的发明方案，进行了具体实施，其中除尘器选用的是旋风除尘器，同真空室连接的方式选择的是减压式真空动密封装置，选用金属网除尘过滤器作为真空过滤器， 其他元器件均为带有真空性能的零部件构成，包括真空阀门、真空管道、真空仪表等，在对组成的真空系统进行通导能力、有效抽速和抽气时间进行调试、实测，完全满足了真空电渣冶炼的各项要求。本项发明提出的真空系统，能使真空电渣炉真空室在空载下30分钟内抽到 IOOPa,达到真空电渣炉开始熔炼压力，真空室内的空载极限真空度可达lPa。本发明提出的真空系统能抽出高温、含有灰尘的被抽气体，使真空电渣炉正常工作，冶炼出高质量的冶金产品。依据本项发明申请的真空系统，因为有多个真空阀门及管道，可根据实际需要进行使用，可单个真空机组作业，也可2个机组一同作业，可以单个真空过滤器工作，也可一起工作。可通过过滤机组，也可不通过过滤机组直接抽真空。真空系统能长期工作，成本低， 运转费用少，操作方便，能实现节能环保。本发明提出的真空系统可以实现智能化控制，可视化操作，远距离自动监测，保证真空电熔炼的正常运行。并具有防爆装置和功能。真空电渣重熔综合了电渣炉和真空自耗炉的优点。可以生产的钢种主要有优质合金钢、高温合金钢、精密合金、耐蚀合金，还有铝、铜等有色金属合金。
权利要求
1.一种带有真空系统的电渣炉，其特征在于所设计的电渣炉真空系统是由电渣炉的动密封真空室(1)，真空表⑵，防爆装置(3)，除尘器(4)、真空阀门(5)、(6)、(11)、(12)、 (13)、(14)、(15)，真空过滤器(7)和(9)，温度表(8)和(10)，真空机组(16)和(17)组成， 其中真空机组(16)和(17)相互独立，彼此分别经真空阀门(14)和(15)通过管道并联到一起，然后通过真空系统管道同出气管道已经并联在一起的2个真空过滤器(7)和(9)相通，真空过滤器(7)和(9)上各自分别装有温度表⑶和(10)，且真空过滤器(7)的进气管道上装有真空阀门(5)，出气管道装有真空阀门(12)，真空过滤器(9)的进气管道上装有真空阀门(6)、出气管道装有真空阀门(13)，真空过滤器(7)同真空过滤器(9)的进气管道并联在一起后与除尘器的出气管相连通，除尘器的进气管和防爆装置(3)的出气管相连通，防爆装置(3)上设有真空表O)，防爆装置(3)的进气管同电渣炉的动密封真空室 ⑴相通，并联在一起的真空机组(16)和(17)还通过真空阀门(11)及管道同除尘器⑷ 的出气管直接相连通。
2.根据权利要求1所述的一种带有真空系统的电渣炉，其特征在于所述的电渣炉中动密封真空室(1)的动密封装置是指如下4种动密封装置中的任意一种，其中，减压式真空动密封，主要由为假电极(18)、平面密封垫(19)、减压密封罩(20)、中间抽气腔(21)、环形卡环(22)、密封圈(23)、真空罩(M)、外侧减压槽(25)、空抽气口⑶、内侧减压槽(XT)相接密封而成，其中，减压式真空动密封装置在假电极(18)的外侧设有平面密封垫(19)和减压密封罩00)以及外侧减压槽0 和内侧减压槽(27)，利用环形卡环 (22)将减压密封罩00)同与结晶器相连的真空罩04)压卡在一起，减压密封罩OO)同真空罩之间加有密封圈(23)，真空抽气口外接单独的真空泵；套筒式真空罩石墨自润滑真空动密封，主要由假电极(18)、瓷板夹( )、套筒式动密封上法兰(30)、法兰密封圈(31)、密封石墨块(32)、上套筒(33)、套筒密封圈(34)、下套筒(35)、结晶器(36)相接密封而成，其中在套筒式动密封上法兰(30)内加入密封石墨块， 然后依靠套筒式动密封上法兰(30)的上下两面所加瓷板形成的瓷板夹( )，使得上法兰 (30)和密封石墨块(3 之间得以有效固定，套筒式动密封上法兰(30)与上套筒(3 之间安有法兰密封圈(31)，上套筒(33)和下套筒(3 之间安有套筒密封圈(34)密封，下套筒 (35)和结晶器(36)之间依靠密封圈密封；滑片式胶木真空动密封，主要由假电极(18)、胶木密封滑片(37)、弹簧(38)、滑片式动密封上法兰(39)、真空罩(40)、密封带(41)、结晶器密封圈(42)、结晶器(36)相接密封而成，其中在滑片式动密封上法兰(39)内镶嵌有胶木密封滑片(37)，滑片式动密封上法兰 (39)与有胶木密封滑片(37)之间安有弹簧(38)，在弹簧(38)的支撑下，使得胶木密封滑片(37)同假电极(18)间密切接触，真空罩00)内安有密封带，真空罩GO)与结晶器(36) 之间安有结晶器密封圈G2)；波纹管式真空密封，主要由为假电极(18)、绝缘压片(43)、波纹管式动密封上法兰 (44)、波纹管法兰05)、波纹管06)、真空罩07)、电木密封片08)、密封圈09)、结晶器密封圈(42)、结晶器(36)相接密封而成，其中波纹管式动密封上法兰G4)内嵌有电木密封片 (48)，两片绝缘压片将波纹管式动密封上法兰G4)和电木密封片08)夹在其中，波纹管式动密封上法兰G4)和波纹管法兰0 之间加有密封圈(49)，波纹管06)同真空罩 (47)之间无缝连接，真空罩G7)同结晶器(36)之间安有结晶器密封圈02)。
3.根据权利要求1所述的一种带有真空系统的电渣炉，其特征在于所述的电渣炉真空系统中除尘器(4)是指旋风式除尘器。
4.根据权利要求1所述的一种带有真空系统的电渣炉，其特征在于所述的电渣炉真空系统中真空过滤器(7)和(9)是指金属网除尘过滤器。
5.根据权利要求1所述的一种带有真空系统的电渣炉，其特征在于所述的电渣炉中真空系统中的防爆装置由进气口(50)、防爆阀体法兰盘(51)、泄爆面板(52)、泄爆螺栓(53)、 泄爆弹簧(M)、防爆阀体(5 、出气口(56)组成，其中多个有固定螺帽的单头泄爆螺栓 (53)分别穿过泄爆弹簧(54)和泄爆面板(52)，拧紧固定在防爆阀体法兰(51)上，泄爆弹簧(54)在泄爆螺栓(5 地螺帽和泄爆面板(5 之间处于受力状态。
6.根据权利要求1所述的一种带有真空系统的电渣炉，其特征在于其中所述的防爆装置(3)的进气管同电渣炉的动密封真空室(1)相通是指可以在同电渣炉的动密封真空室 (1)的任何一个合适的开口部位相连通。
全文摘要
本发明为一种带有真空系统的电渣炉，其特征在于所设计的电渣炉具有独立的真空系统，真空系统中的动密封可以选择减压式真空动密封、套筒式真空罩石墨自润滑真空动密封、滑片式胶木真空动密封和波纹管式真空密封中的任意一种形式，选择旋风式除尘器作为除尘设备，选择金属网除尘过滤器作为真空过滤设备，真空系统还设有防爆装置。本发明方案实施后能使真空电渣炉真空室在空载下30分钟内抽到100Pa，达到真空电渣炉开始熔炼压力，真空室内的空载极限真空度可达1Pa，其使用时取得了显著的冶金效果，对于电渣钢质量的改善发挥了重要作用，适于在市场上尽快推广应用。
文档编号C22B9/187GK102304625SQ201110266989
公开日2012年1月4日 申请日期2011年9月9日 优先权日2011年9月9日
发明者刘喜海, 刘敬远, 单丹阳, 徐成海, 郝学卓 申请人:沈阳东大兴科冶金技术有限公司