40噸電渣爐導電極密封漏水原因分析及結構改進

摘要:本文對舞鋼公司電渣爐車間的40噸電渣爐導電極漏水原因進行分析，并對其密封結構提出修改方案。

關鍵詞:40噸電渣爐 密封漏水 改進

1 概述

2009年，舞陽鋼鐵公司電渣爐車間新建40噸電渣爐2臺。在熱負荷試車過程中發現導電極與水冷卡桿連接處漏水。本文對漏水原因進行了分析，并對原設計進行了改進。

電渣爐的基本原理是:使大電流通過底部插在融化的電渣(主要成分CaF2-Al2O3)里的自耗電極，由于電渣電阻很大，會產生大量的焦耳熱，使自耗電極從底端慢慢融化，融化的鋼滴通過電渣重新結晶，最終形成機械性能優良的鋼錠。本文中的水冷卡桿是懸掛自耗電極的吊桿，導電極是把大電流傳遞給自耗電極的中間導體，當自耗電極吊掛在水冷卡桿上之后，導電極向下移動，與自耗電極接觸，開始通電工作。導電極與水冷卡桿密封結構如圖一所示。

由于自耗電極熔化產生大量熱量，所以導電極與水冷卡桿要進行循環水冷卻，冷卻水為低壓循環冷卻水(水壓<0.2MPa)，水冷卡桿與導電極的實際工作溫度80～120℃。所以，此密封為中高溫低壓動密封。

2 原因分析

從圖一可以看出，水冷卡桿分別與導電極、封水蓋及壓蓋接觸，接觸面采用H8/h8配合，使得密封間隙過小。當水冷卡桿與導電極偏心較大時，容易產生圖二a所示的情況。當導電極、封水蓋及壓蓋制造或安裝精度不高時，容易產生圖二b所示的情況。這時，配合面間摩擦力將增大。當導電極上下往復動作時，會破壞摩擦面表面的光潔度，損壞密封圈，甚至使連接螺栓因受力過大“脫扣”。

圖一共有四個密封圈，其中O型密封圈適用范圍廣泛，靜密封工作壓力可達100MPa以上，動密封也可達30Mpa。適用溫度為-60～200℃，可滿足多種介質的使用要求。軸用Yx型密封圈適用于以空氣、礦物油為介質的各種機械設備中，適用溫度為-40～80℃。而此處密封介質為水，且溫度較高。由此可知，軸用Yx型密封圈并不合適。

根據以上分析，可確定以上結構中存在以下幾個問題:

2.1 接觸面過多、接觸面面積過大。

2.2 密封圈選用不當。

2.3 配合公差選用不當，密封間隙太小。配合公差的推薦值見下表。

3 解決方案

通過以上分析，可對原設計修改如下:

3.1 取消壓蓋。壓蓋在本結構中并無用處，且多一個接觸面會增大導電極上下運動時的摩擦力，對密封部位產生不利影響，所以取消。

3.2 減小導電極、封水蓋與水冷卡桿的接觸面積。

3.3 公差配合由原來的H9/h8改為H9/d9，增大密封間隙。公差配合和密封間隙值C可按表一進行選取。此結構中O型密封圈工作壓力為0.2MPa，斷面直徑5.7mm，橡膠邵氏硬度70HA，故公差配合選擇H9/d9。

3.4 把軸用Yx型密封圈改為O型密封圈。軸用Yx型密封圈的自身特性并不適用于以水為介質的高溫場合，所以改用O型密封圈代替。

修改后結構如圖三所示:

修改后，降低了制造成本，減少了密封圈數量和種類，提高了安裝精度，解決了冷卻水泄露問題，現場使用效果良好。

參考文獻:

[1]徐灝主編.《機械設計手冊》.第三卷.機械工業出版社.2003.

[2]王萬鈞主編.《實用機械設計手冊》.下冊.中國農業機械出版社.