4 电弧炉炼钢工艺设备4.1 废钢加工设备常见的废钢加工方式为剪切、打包和破碎处理。

目前公司废钢料场对废钢的加工方式主要有三种：废钢剪切、废钢打包以及废钢人工火焰切割。

人工火焰切割方式较为简单，即按照电弧炉冶炼要求将废钢切割为合格尺寸。

废钢剪切和打包则是利用专用设备对废钢进行加工处理，达到减小废钢尺寸及增加炉料堆比重的目的，下面对废钢加工方设备做简要介绍。

4.1.1 废钢打包机废钢打包设备是将废钢放在钢结构箱体内，采用液压驱动进行三维方向强行挤压处理，最终将分散的、堆比重小的废钢加工为堆比重大的单一包块。

废钢打包机见图4.1。

图4.1 废钢打包机料场的废钢打包机是1990年从德国LINDEMANN公司引进，1991年投入使用。

设备主要由滑动门机构、进给压力机构、压盖机构、中间压力机构、最终压力机构五个部分组成。

1）滑动门机构是依靠安装于门上的液压缸控制门在滑道上垂直动作，在打包过程中，门是关闭的。

打包结束，门开启以使包块可被推出；2）进给压力机构依靠水平安装的液压缸控制进给压力平台，以将废钢推进打包室的同时进行水平轴向挤压，进给压力平台的动作由引导机构引导，进给压力平台上设有剪切装置，多余的废钢在进入打包室时将被剪切掉，防止工作过程中造成机械卡阻；3）压盖机构由液压缸驱动压盖动作，可将露出箱体的废钢压入箱体内，同时防止加工过程中废钢的弹出；4）中间压力机构由垂直安装的液压缸驱动，对废钢进行垂直挤压，通过调整安装在机构上的限位开关，可调整垂直挤压缓冲及停止位置；5）最终压力机构依靠水平安装的液压缸，利用最大工作压力控制最终压力平台，对废钢在打包室内进行水平径向挤压；分散的废钢在受到三个方向的强行挤压后最终形成单一包块。

液压系统动力部分由4台90kw交流电机驱动8台轴向柱塞泵，系统最大工作压力达315bar，最大流量达1836L/min，最大挤压力可达1050tf，成品包块截面尺寸为800×800mm，厚度根据所加工废旧金属的多少有所变化。

各部分相互间的动作顺序及控制由Siemens S5可编程控制器控制完成。

根据8台轴向柱塞泵的顺序工作状态、各部分限位开关的状态及系统压力传感器的设定值等参数，通过编译好并存储在EPROM中的程序可实现各部分机构动作的不同组合状态，以使包块的密实度达最佳状态满足对废旧金属加工包块的要求。

设备具备手动、半自动、全自动三种基本操作状态，各执行机构部分可独立动作，也可自动联动运行。

全自动操作状态下，对将废旧金属加工为包块的加工条件及各部分机构动作条件可在可编程控制器内设定，动作过程全部自动完成，不需人工操作。

在操作室设有主操作面板，面板采用直观界面，电源选择开关、手动、半自动、全自动选择开关、工作压力实时显示装置、各部分机构工作位置、液压系统元件工作情况、各部分机构独立动作按扭、各部分限位开关工作指示及各类保护系统工作状态均在主操作面板上直观表现，体现了工作过程单人操作（one-men operation）的设计理念。

系统具备完善的保护措施，各机构存在故障或动作过程异常都可在主操作面板直接体现，以便快速、准确查找并处理故障。

为防止误操作造成机构间碰撞损坏，在全自动工作状态下电气联锁非常周全，只有各部分机构及系统状态都满足设定条件下，全自动按扭方可操作并提供闪烁指示。

4.1.2 废钢剪切机图4.2 废钢剪切机废钢剪切机也是1990年从德国LINDEMANN公司引进（见图4.2），1991年投入使用，设计中同样具备单人操作（one-men operation）的设计理念。

在液压及电气系统上与废钢打包机类似，但由于工作目的不同，工作机构有所不同。

废钢剪切设备是将废钢在钢结构箱体内采用液压驱动进行预挤压处理，按照操作者的指令将废钢剪切为需要的尺寸。

设备由剪切主体及剪切成品输送部分组成。

1）剪切主体部分的主要执行机构由压盖机构、推进压力机构、进给压力机构、夯实压力机构、剪切压力机构五个部分组成。

压盖机构由2个液压缸驱动，对加工料进行顶部压缩及防止弹出；推进压力机构由1个液压缸驱动，将加工料推进箱体并进行预压缩；进给压力机构由1个液压缸驱动，将加工料按剪切尺寸步进推进；夯实压力机构由1个液压缸驱动，负责将加工料压实及防止料在剪切中弹起；剪切压力机构由1个液压缸驱动，依靠安装在机构上的上、下剪刃完成剪切任务。

各部分相互间的动作顺序及控制由Siemens S5可编程控制器控制完成。

液压系统动力部分由6台90kw交流电机驱动12台轴向柱塞泵，系统最大工作压力达315bar，最大流量达2784L/min，最大剪切力可达1100tf。

同废钢打包设备类似，设备具备手动、半自动、全自动三种基本操作状态，各执行机构部分可独立动作，也可自动联动运行。

在自动状态与废钢打包设备不同之处在于根据废旧金属剪切的特点提供更多的可选择操作，如剪切前的预压缩、夯实压力机构状态选择等。

在保护设置上为防止各动作机构间意外碰撞造成损坏，系统同废旧金属打包设备类似，具备完善的监测保护装置及指示状态。

废旧金属自动状态下的剪切长度在主操作面板可直观调节，最小的剪切长度为50mm。

在主操作面板上，各机构存在故障或动作过程异常也同样有所体现，可快速、准确的了解设备工作状态。

2）剪切成品输送部分由振动筛选机构、链带输送机构、土杂输送机构组成。

振动筛选机构为在主体设备出口设置离心振动装置，剪切成品中的土杂被筛选掉并由土杂输送皮带输送到地面，剪切成品被可控制移动的链带输送机构输送到指定部位。

剪切成品输送部分机构控制可在主操作面板或机构下方设置的独立操作柜完成，机构存在故障或动作过程异常可体现在主操作面板上。

4.2 电弧炉的设备4.2.1 电弧炉的机械设备超高功率电弧炉的主要机械设备包括炉体（上、下炉壳和炉盖）、门形架、电极升降系统、炉体倾动系统、电极夹持机构、EBT出钢机构、炉顶加料系统、液压系统等部分。

见图4.3。

图4.3 150吨超高功率电弧炉的主要机械设备构成4.2.1.1 炉体结构炉体是电弧炉的主要装置，它用来熔化炉料和完成各种冶金反应。

炉体由上炉壳、下炉壳、炉盖等组成。

1）上炉壳上炉壳由具有足够强度的支撑骨架和水冷单元组成。

骨架由无缝钢管焊接而成的，每个水冷单元是由无缝钢管排列构成的，材料一般为20G，内通水冷却。

水冷单元包括水冷板、炉门、炉门框、炉门水冷护板和EBT水冷板。

另外，还有在水冷炉壁的框架上安装的氧、碳枪冷却块。

炉门是为了补炉、出渣、吹氧和兑加铁水等操作而设的。

炉门由炉门框外侧有滑道、门卡轨和炉门升降机构组成。

为了减少热损失，应保证炉门关闭良好。

因此炉门和炉门框略后倾，与垂直线成8°夹角。

炉门升降机构采用单作用液压缸提升，下降靠炉门自重。

炉门应升降灵活、可靠，能停在中间任何一个位置。

2）下炉壳下炉壳由钢板焊接而成的呈蝶形，具有EBT偏心出钢机构，钢板厚度为下炉壳直径的1/200左右，材料为16MnG。

3）炉盖和小弯头炉盖由炉盖水冷框架，扇形板和耐火材料制成的小炉盖组成。

炉盖水冷框架为无缝钢管制成，其中镶嵌三块扇形水冷板，扇形水冷板是由无缝钢管做成，材料均为20G。

炉盖水冷框架也是扇形水冷板的进水分配器和集水器。

4）偏心底出钢（EBT）机构出钢口的开启和关闭是由气缸带动连杆、曲柄机构来控制滑板动作实现的。

包括：气缸、调整螺栓、连杆、曲柄、大滑板、小滑板、滑板底座及滑板导轮组成。

如图4.4所示。

图4.4 偏心底出钢（EBT）机构4.2.1.2 电极横臂及调节系统1）电极横臂电弧炉有三支电极，每只电极都靠电极横臂支撑。

电极横臂包括：横臂主体、夹持器、传输大电流的导电铜管。

电极横臂的主要作用是用来支撑、把持电极。

其结构是钢管和钢板焊接成中空的箱型结构。

由于电极横臂工作在强大的磁场和电场环境内，工作时会产生涡流而发热，故内部采用加强筋和水冷却。

如图4.5所示。

横臂上还设置了与导电铜管相连的导图4.5 电极横臂电铜瓦，铜瓦和铜管内部通以冷却水，对导电铜管和铜瓦进行冷却。

导电铜管和电极夹头必顶与横臂中不带电的机械结构部分保持良好的绝缘，以防止炉体带电。

电极横臂制造技术的最新发展是采用铜钢复合板或铝制造导电横臂，不仅可减少了阻抗而节约了电能，而且还减轻了电极横臂的重量，减少了对铜管的维护工作量。

电极夹持器的作用是夹紧或松放电极，并将短网传送过来的电流和电压再传送到电极上。

电极夹持器由前夹头、导电铜瓦、连杆、叠簧和液压缸等几部分组成，如图4.6所示。

图4.6 电极夹持器弹簧的张力夹紧电极，利用液压缸产生的力将弹簧反方向压缩而松开电极。

它的特点是操作简便、劳动强度小。

夹头可用铜或钢制成。

铜制夹头的导电性能好，电阻小，但机械强度差，膨胀系数大；钢制夹头的强度高，但电阻大，电损耗增加，如采用无磁性钢制作夹头，则可减少电磁损失。

夹头中间需通水冷却，以保证足够的强度，减少膨胀，还可起到减少氧化、降低电阻的作用。

电极夹头固定在横臂上，前夹头没有导电作用。

电铜瓦与导电铜管和横臂相连，铜瓦与横臂间有绝缘材料（HP-5），铜瓦与导电铜管采用非磁性不锈钢螺栓联接，铜瓦材料为TU2无氧铜。

2）立柱及导向系统立柱及导向系统如图4.7所示。

每个立柱由若干个导向辊进行约束，分为正导辊和侧导辊。

每个导辊都可进行调整，以保证立柱相对摇架平面的垂直，垂直度要求小于0.5/1000。

其中立柱的垂直度靠正导辊和侧导辊的调整来完成，如图4.8所示。

而电极横臂间的间距靠侧导辊的调整来完成，如图4.9所示。

在实际操作中，导向辊的调节力度要适中，太紧会使导向辊的丝杠受力大，丝杠寿命缩短，太松则不能起到对立柱的固定作用，在生产过程中电横臂的振动变大，容易产生事故。

图4.7 立柱及导向系统图4.8 调整立柱垂直度的正导辊和侧导辊图4.9 调整电极横臂间距的侧导辊3）电极调节系统电极调节系统主要包括：立柱、立柱导向机构和电极调节缸。

主要完成电极升降操作和冶炼过程中使得三相负载供电平衡，根据三相阻抗，靠变压器二次罗高夫茨基线圈取得的动态电压信号，反馈到PLC，PLC发出指令对电极调节的伺服阀进行调节，从而达到优化供电，使三相负载趋于平衡的目的。

为了调整电弧的长度，电极应能灵活升降，因此电极升降机应满足下列要求：⑴电极升降灵活，系统惯性小，起、制动快，刚性好。

⑵升降反应要灵敏。

否则易造成短路电流过大而使高压断路器自动跳闸。

电极调节缸为单作用柱塞缸，其下降靠自重。

4.2.1.3 炉盖提升系统电弧炉使用的炉盖提升机构为连杆机构，采用平行四连杆原理实现了炉盖的起、落。

同时，在机构中还设置了炉盖的旋转锁定装置。

它主要包括：曲柄、连杆和吊耳。

如图 4.10所示。

提升的动力来源是安装在门型架上的两个串联的液压缸，而下降靠炉盖的自重来实现。