電渣爐專用裝配式假電極的設(shè)計

張錫玉

摘 要：文章介紹了一種電渣爐專用裝配式假電極的設(shè)計過程。從初步設(shè)計開始，到第一次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果改進(jìn)假電極結(jié)構(gòu)，最后再做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明新設(shè)計的假電極可以使用。

關(guān)鍵詞：電渣爐；裝配式假電極；設(shè)計

引言

電渣重熔爐是對已煉成的鋼或合金進(jìn)行再精煉的一種電爐設(shè)備。

從發(fā)熱原理來說，電渣重熔爐是一種電阻熔煉爐。自耗電極是用被熔金屬本身制成的。熔煉電流從變壓器經(jīng)短網(wǎng)到自耗電極，再經(jīng)熔渣及結(jié)晶器平臺上的導(dǎo)電板返回。熔煉電流在通過高電阻熔渣時產(chǎn)生高溫熔化自耗電極，金屬熔滴穿過熔渣滴入金屬熔池，被水冷結(jié)晶器冷卻凝結(jié)成錠坯。在此過程中金屬熔滴與熔渣充分接觸，產(chǎn)生強(qiáng)烈的冶金化學(xué)反應(yīng)，使金屬得到精煉。電渣重熔金屬具有良好的純凈度，鑄態(tài)組織細(xì)致均勻，無白點(diǎn)及年輪狀偏析，硫含量極低，夾雜物細(xì)小彌散等優(yōu)良性能。當(dāng)前，隨著國家建設(shè)、航空航天及國防建設(shè)的不斷發(fā)展，市場對各種高品質(zhì)精細(xì)鋼材的需求不斷增加，電渣重熔爐的重要性日見明顯。

電渣重熔爐通常由三部分組成：機(jī)械系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。假電極屬于機(jī)械系統(tǒng)的一部分。工作時電極夾頭夾持在假電極上，假電極連接自耗電極?，F(xiàn)在電渣重熔爐用的假電極多為焊接式，每次使用后都要將自耗電極的余料割掉，再重新將新的自耗電極焊上，操作比較麻煩。文章設(shè)計了一種新的夾持自耗電極的裝配式假電極，能實(shí)現(xiàn)假電極連續(xù)使用，提高生產(chǎn)效率。

1 假電極初步設(shè)計

1.1 初步設(shè)計的裝配式假電極

結(jié)構(gòu)見圖1 初步設(shè)計的裝配式假電極。

圖中：件號1為夾持假電極；件號2為夾持軸瓦；件號3為真電極；件號4為固定銷；件號5為把合螺栓。分解圖中沒有固定銷及把合螺栓。

1.2 設(shè)計時充分考慮假電極的機(jī)械強(qiáng)度，并做了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證假電極是否可行，故做了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。將假電極按初步設(shè)計的圖紙做好，與自耗電極把合裝配好，在某公司10T電渣重熔爐上做了該實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程略。

試驗(yàn)結(jié)論

1.2.1使用裝配式假電極可以實(shí)現(xiàn)真電極熔煉過程。

1.2.2使用裝配式假電極免去了焊接式假電極焊接的焊接過程。

1.2.3冶煉相同鋼種，使用裝配式假電極比焊接式假電極耗電量多30%左右。

1.2.4在10T電渣爐中冶煉相同鋼種，使用裝配式假電極比焊接式假電極耗時間多19%左右。

1.2.5使用裝配式假電極，電極利用率為89%；使用焊接式假電極，電極利用率為98%。

2 假電極的改進(jìn)

根據(jù)第一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將裝配式假電極結(jié)構(gòu)做了改進(jìn)。裝配式假電極冶煉耗電量大及冶煉消耗時間長，是因?yàn)榘押辖佑|面的電流消耗大，故改進(jìn)后的假電極把合接觸面減少了。整體結(jié)構(gòu)也優(yōu)化了。假電極主體為一焊接件，其中包括通電夾板夾持的圓柱體，圓柱體一端的兩片夾持自耗電極的半圓形軸瓦，軸瓦邊帶把合孔的鋼板，圓柱體另一端帶一起吊用圓環(huán)。具體結(jié)構(gòu)見圖2改進(jìn)后的假電極。

3 假電極應(yīng)力分析

改進(jìn)完畢后的假電極，首先做了應(yīng)力分析。

分析軟件為ANSYS，邊界條件為變化的力（真電極的重力）和溫度（隨著熔煉進(jìn)行，假電極溫度越來越高，根據(jù)第一次試驗(yàn)測量結(jié)果）。根據(jù)假電極系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以對系統(tǒng)模型進(jìn)行二分之一對稱分析。對假電極進(jìn)行單元劃分時，采用20節(jié)點(diǎn)空間六面體單元，接觸單元采用170、174號單元，共得到153952個節(jié)點(diǎn)，164200個單元。

通過計算我們可以得到假電極整體模型各個時間的Von-mises應(yīng)力分布圖，不同時間點(diǎn)假電極的安全系數(shù)見表1。圖3假電極最終Von-mises應(yīng)力分布圖，最大應(yīng)力為12.69MPa，圖中紅色位置即是。

從上表中可以看出，安全系數(shù)在1.5以上，所以該結(jié)構(gòu)是安全的。

4 最終假電極實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)還是在第一次試驗(yàn)的10T電渣重熔爐做的，實(shí)驗(yàn)過程略。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：使用改進(jìn)后裝配式假電極可以實(shí)現(xiàn)真電極熔煉過程。使用裝配式假電極免去了焊接式假電極焊接的焊接過程。冶煉相同鋼種，使用裝配式假電極比焊接式假電極耗電量多27%左右。在10T電渣爐中冶煉相同鋼種，使用裝配式假電極比焊接式假電極耗時間多16%左右。使用裝配式假電極，電極利用率為90%；使用焊接式假電極，電極利用率為98%。

5 結(jié)束語

文章提供的裝配式假電極可以用于電渣重熔爐的冶煉，而且可以循環(huán)使用，安裝拆卸方便，一定程度上降低電渣爐煉鋼成本。在不在意電渣爐耗電量和冶煉時間的前提下可以正常使用文章設(shè)計的裝配式假電極。

參考文獻(xiàn)

[1]李正邦.電渣冶金設(shè)備及技術(shù)[M].冶金工業(yè)出版社.

[2]胡仁喜.ANSYS14.0熱力學(xué)有限元分析從入門到精通[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]高耀東.ANSYS機(jī)械工程應(yīng)用精華50例[M].電子工業(yè)出版社.endprint

摘 要：文章介紹了一種電渣爐專用裝配式假電極的設(shè)計過程。從初步設(shè)計開始，到第一次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果改進(jìn)假電極結(jié)構(gòu)，最后再做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明新設(shè)計的假電極可以使用。

關(guān)鍵詞：電渣爐；裝配式假電極；設(shè)計

引言

電渣重熔爐是對已煉成的鋼或合金進(jìn)行再精煉的一種電爐設(shè)備。

從發(fā)熱原理來說，電渣重熔爐是一種電阻熔煉爐。自耗電極是用被熔金屬本身制成的。熔煉電流從變壓器經(jīng)短網(wǎng)到自耗電極，再經(jīng)熔渣及結(jié)晶器平臺上的導(dǎo)電板返回。熔煉電流在通過高電阻熔渣時產(chǎn)生高溫熔化自耗電極，金屬熔滴穿過熔渣滴入金屬熔池，被水冷結(jié)晶器冷卻凝結(jié)成錠坯。在此過程中金屬熔滴與熔渣充分接觸，產(chǎn)生強(qiáng)烈的冶金化學(xué)反應(yīng)，使金屬得到精煉。電渣重熔金屬具有良好的純凈度，鑄態(tài)組織細(xì)致均勻，無白點(diǎn)及年輪狀偏析，硫含量極低，夾雜物細(xì)小彌散等優(yōu)良性能。當(dāng)前，隨著國家建設(shè)、航空航天及國防建設(shè)的不斷發(fā)展，市場對各種高品質(zhì)精細(xì)鋼材的需求不斷增加，電渣重熔爐的重要性日見明顯。

電渣重熔爐通常由三部分組成：機(jī)械系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。假電極屬于機(jī)械系統(tǒng)的一部分。工作時電極夾頭夾持在假電極上，假電極連接自耗電極?，F(xiàn)在電渣重熔爐用的假電極多為焊接式，每次使用后都要將自耗電極的余料割掉，再重新將新的自耗電極焊上，操作比較麻煩。文章設(shè)計了一種新的夾持自耗電極的裝配式假電極，能實(shí)現(xiàn)假電極連續(xù)使用，提高生產(chǎn)效率。

1 假電極初步設(shè)計

1.1 初步設(shè)計的裝配式假電極

結(jié)構(gòu)見圖1 初步設(shè)計的裝配式假電極。

圖中：件號1為夾持假電極；件號2為夾持軸瓦；件號3為真電極；件號4為固定銷；件號5為把合螺栓。分解圖中沒有固定銷及把合螺栓。

1.2 設(shè)計時充分考慮假電極的機(jī)械強(qiáng)度，并做了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證假電極是否可行，故做了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。將假電極按初步設(shè)計的圖紙做好，與自耗電極把合裝配好，在某公司10T電渣重熔爐上做了該實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程略。

試驗(yàn)結(jié)論

1.2.1使用裝配式假電極可以實(shí)現(xiàn)真電極熔煉過程。

1.2.2使用裝配式假電極免去了焊接式假電極焊接的焊接過程。

1.2.3冶煉相同鋼種，使用裝配式假電極比焊接式假電極耗電量多30%左右。

1.2.4在10T電渣爐中冶煉相同鋼種，使用裝配式假電極比焊接式假電極耗時間多19%左右。

1.2.5使用裝配式假電極，電極利用率為89%；使用焊接式假電極，電極利用率為98%。

2 假電極的改進(jìn)

根據(jù)第一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將裝配式假電極結(jié)構(gòu)做了改進(jìn)。裝配式假電極冶煉耗電量大及冶煉消耗時間長，是因?yàn)榘押辖佑|面的電流消耗大，故改進(jìn)后的假電極把合接觸面減少了。整體結(jié)構(gòu)也優(yōu)化了。假電極主體為一焊接件，其中包括通電夾板夾持的圓柱體，圓柱體一端的兩片夾持自耗電極的半圓形軸瓦，軸瓦邊帶把合孔的鋼板，圓柱體另一端帶一起吊用圓環(huán)。具體結(jié)構(gòu)見圖2改進(jìn)后的假電極。

3 假電極應(yīng)力分析

改進(jìn)完畢后的假電極，首先做了應(yīng)力分析。

分析軟件為ANSYS，邊界條件為變化的力（真電極的重力）和溫度（隨著熔煉進(jìn)行，假電極溫度越來越高，根據(jù)第一次試驗(yàn)測量結(jié)果）。根據(jù)假電極系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以對系統(tǒng)模型進(jìn)行二分之一對稱分析。對假電極進(jìn)行單元劃分時，采用20節(jié)點(diǎn)空間六面體單元，接觸單元采用170、174號單元，共得到153952個節(jié)點(diǎn)，164200個單元。

通過計算我們可以得到假電極整體模型各個時間的Von-mises應(yīng)力分布圖，不同時間點(diǎn)假電極的安全系數(shù)見表1。圖3假電極最終Von-mises應(yīng)力分布圖，最大應(yīng)力為12.69MPa，圖中紅色位置即是。

從上表中可以看出，安全系數(shù)在1.5以上，所以該結(jié)構(gòu)是安全的。

4 最終假電極實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)還是在第一次試驗(yàn)的10T電渣重熔爐做的，實(shí)驗(yàn)過程略。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：使用改進(jìn)后裝配式假電極可以實(shí)現(xiàn)真電極熔煉過程。使用裝配式假電極免去了焊接式假電極焊接的焊接過程。冶煉相同鋼種，使用裝配式假電極比焊接式假電極耗電量多27%左右。在10T電渣爐中冶煉相同鋼種，使用裝配式假電極比焊接式假電極耗時間多16%左右。使用裝配式假電極，電極利用率為90%；使用焊接式假電極，電極利用率為98%。

5 結(jié)束語

文章提供的裝配式假電極可以用于電渣重熔爐的冶煉，而且可以循環(huán)使用，安裝拆卸方便，一定程度上降低電渣爐煉鋼成本。在不在意電渣爐耗電量和冶煉時間的前提下可以正常使用文章設(shè)計的裝配式假電極。

參考文獻(xiàn)

[1]李正邦.電渣冶金設(shè)備及技術(shù)[M].冶金工業(yè)出版社.

[2]胡仁喜.ANSYS14.0熱力學(xué)有限元分析從入門到精通[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]高耀東.ANSYS機(jī)械工程應(yīng)用精華50例[M].電子工業(yè)出版社.endprint

摘 要：文章介紹了一種電渣爐專用裝配式假電極的設(shè)計過程。從初步設(shè)計開始，到第一次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果改進(jìn)假電極結(jié)構(gòu)，最后再做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明新設(shè)計的假電極可以使用。

關(guān)鍵詞：電渣爐；裝配式假電極；設(shè)計

引言

電渣重熔爐是對已煉成的鋼或合金進(jìn)行再精煉的一種電爐設(shè)備。

從發(fā)熱原理來說，電渣重熔爐是一種電阻熔煉爐。自耗電極是用被熔金屬本身制成的。熔煉電流從變壓器經(jīng)短網(wǎng)到自耗電極，再經(jīng)熔渣及結(jié)晶器平臺上的導(dǎo)電板返回。熔煉電流在通過高電阻熔渣時產(chǎn)生高溫熔化自耗電極，金屬熔滴穿過熔渣滴入金屬熔池，被水冷結(jié)晶器冷卻凝結(jié)成錠坯。在此過程中金屬熔滴與熔渣充分接觸，產(chǎn)生強(qiáng)烈的冶金化學(xué)反應(yīng)，使金屬得到精煉。電渣重熔金屬具有良好的純凈度，鑄態(tài)組織細(xì)致均勻，無白點(diǎn)及年輪狀偏析，硫含量極低，夾雜物細(xì)小彌散等優(yōu)良性能。當(dāng)前，隨著國家建設(shè)、航空航天及國防建設(shè)的不斷發(fā)展，市場對各種高品質(zhì)精細(xì)鋼材的需求不斷增加，電渣重熔爐的重要性日見明顯。

電渣重熔爐通常由三部分組成：機(jī)械系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。假電極屬于機(jī)械系統(tǒng)的一部分。工作時電極夾頭夾持在假電極上，假電極連接自耗電極?，F(xiàn)在電渣重熔爐用的假電極多為焊接式，每次使用后都要將自耗電極的余料割掉，再重新將新的自耗電極焊上，操作比較麻煩。文章設(shè)計了一種新的夾持自耗電極的裝配式假電極，能實(shí)現(xiàn)假電極連續(xù)使用，提高生產(chǎn)效率。

1 假電極初步設(shè)計

1.1 初步設(shè)計的裝配式假電極

結(jié)構(gòu)見圖1 初步設(shè)計的裝配式假電極。

圖中：件號1為夾持假電極；件號2為夾持軸瓦；件號3為真電極；件號4為固定銷；件號5為把合螺栓。分解圖中沒有固定銷及把合螺栓。

1.2 設(shè)計時充分考慮假電極的機(jī)械強(qiáng)度，并做了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證假電極是否可行，故做了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。將假電極按初步設(shè)計的圖紙做好，與自耗電極把合裝配好，在某公司10T電渣重熔爐上做了該實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程略。

試驗(yàn)結(jié)論

1.2.1使用裝配式假電極可以實(shí)現(xiàn)真電極熔煉過程。

1.2.2使用裝配式假電極免去了焊接式假電極焊接的焊接過程。

1.2.3冶煉相同鋼種，使用裝配式假電極比焊接式假電極耗電量多30%左右。

1.2.4在10T電渣爐中冶煉相同鋼種，使用裝配式假電極比焊接式假電極耗時間多19%左右。

1.2.5使用裝配式假電極，電極利用率為89%；使用焊接式假電極，電極利用率為98%。

2 假電極的改進(jìn)

根據(jù)第一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將裝配式假電極結(jié)構(gòu)做了改進(jìn)。裝配式假電極冶煉耗電量大及冶煉消耗時間長，是因?yàn)榘押辖佑|面的電流消耗大，故改進(jìn)后的假電極把合接觸面減少了。整體結(jié)構(gòu)也優(yōu)化了。假電極主體為一焊接件，其中包括通電夾板夾持的圓柱體，圓柱體一端的兩片夾持自耗電極的半圓形軸瓦，軸瓦邊帶把合孔的鋼板，圓柱體另一端帶一起吊用圓環(huán)。具體結(jié)構(gòu)見圖2改進(jìn)后的假電極。

3 假電極應(yīng)力分析

改進(jìn)完畢后的假電極，首先做了應(yīng)力分析。

分析軟件為ANSYS，邊界條件為變化的力（真電極的重力）和溫度（隨著熔煉進(jìn)行，假電極溫度越來越高，根據(jù)第一次試驗(yàn)測量結(jié)果）。根據(jù)假電極系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以對系統(tǒng)模型進(jìn)行二分之一對稱分析。對假電極進(jìn)行單元劃分時，采用20節(jié)點(diǎn)空間六面體單元，接觸單元采用170、174號單元，共得到153952個節(jié)點(diǎn)，164200個單元。

通過計算我們可以得到假電極整體模型各個時間的Von-mises應(yīng)力分布圖，不同時間點(diǎn)假電極的安全系數(shù)見表1。圖3假電極最終Von-mises應(yīng)力分布圖，最大應(yīng)力為12.69MPa，圖中紅色位置即是。

從上表中可以看出，安全系數(shù)在1.5以上，所以該結(jié)構(gòu)是安全的。

4 最終假電極實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)還是在第一次試驗(yàn)的10T電渣重熔爐做的，實(shí)驗(yàn)過程略。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：使用改進(jìn)后裝配式假電極可以實(shí)現(xiàn)真電極熔煉過程。使用裝配式假電極免去了焊接式假電極焊接的焊接過程。冶煉相同鋼種，使用裝配式假電極比焊接式假電極耗電量多27%左右。在10T電渣爐中冶煉相同鋼種，使用裝配式假電極比焊接式假電極耗時間多16%左右。使用裝配式假電極，電極利用率為90%；使用焊接式假電極，電極利用率為98%。

5 結(jié)束語

文章提供的裝配式假電極可以用于電渣重熔爐的冶煉，而且可以循環(huán)使用，安裝拆卸方便，一定程度上降低電渣爐煉鋼成本。在不在意電渣爐耗電量和冶煉時間的前提下可以正常使用文章設(shè)計的裝配式假電極。

參考文獻(xiàn)

[1]李正邦.電渣冶金設(shè)備及技術(shù)[M].冶金工業(yè)出版社.

[2]胡仁喜.ANSYS14.0熱力學(xué)有限元分析從入門到精通[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]高耀東.ANSYS機(jī)械工程應(yīng)用精華50例[M].電子工業(yè)出版社.endprint