電渣爐專用裝配式假電極的設計

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計過程。從初步設計開始，到第一次實驗驗證，然后根據實驗結果改進假電極結構，最后再做實驗驗證，證明新設計的假電極可以使用。

關鍵詞：電渣爐；裝配式假電極；設計

引言

電渣重熔爐是對已煉成的鋼或合金進行再精煉的一種電爐設備。

從發熱原理來說，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短網到自耗電極，再經熔渣及結晶器平臺上的導電板返回。熔煉電流在通過高電阻熔渣時產生高溫熔化自耗電極，金屬熔滴穿過熔渣滴入金屬熔池，被水冷結晶器冷卻凝結成錠坯。在此過程中金屬熔滴與熔渣充分接觸，產生強烈的冶金化學反應，使金屬得到精煉。電渣重熔金屬具有良好的純凈度，鑄態組織細致均勻，無白點及年輪狀偏析，硫含量極低，夾雜物細小彌散等優良性能。當前，隨著國家建設、航空航天及國防建設的不斷發展，市場對各種高品質精細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：機械系統、供電系統、控制系統。假電極屬于機械系統的一部分。工作時電極夾頭夾持在假電極上，假電極連接自耗電極。現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。文章設計了一種新的夾持自耗電極的裝配式假電極，能實現假電極連續使用，提高生產效率。

1 假電極初步設計

1.1 初步設計的裝配式假電極

結構見圖1 初步設計的裝配式假電極。

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 設計時充分考慮假電極的機械強度，并做了實驗驗證

為了驗證假電極是否可行，故做了實驗驗證。將假電極按初步設計的圖紙做好，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驗，實驗過程略。

試驗結論

1.2.1使用裝配式假電極可以實現真電極熔煉過程。

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

根據第一次實驗結果，將裝配式假電極結構做了改進。裝配式假電極冶煉耗電量大及冶煉消耗時間長，是因為把合接觸面的電流消耗大，故改進后的假電極把合接觸面減少了。整體結構也優化了。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。具體結構見圖2改進后的假電極。

3 假電極應力分析

改進完畢后的假電極，首先做了應力分析。

分析軟件為ANSYS，邊界條件為變化的力（真電極的重力）和溫度（隨著熔煉進行，假電極溫度越來越高，根據第一次試驗測量結果）。根據假電極系統的結構特點，可以對系統模型進行二分之一對稱分析。對假電極進行單元劃分時，采用20節點空間六面體單元，接觸單元采用170、174號單元，共得到153952個節點，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應力分布圖，不同時間點假電極的安全系數見表1。圖3假電極最終Von-mises應力分布圖，最大應力為12.69MPa，圖中紅色位置即是。

從上表中可以看出，安全系數在1.5以上，所以該結構是安全的。

4 最終假電極實驗驗證

實驗還是在第一次試驗的10T電渣重熔爐做的，實驗過程略。

實驗結論：使用改進后裝配式假電極可以實現真電極熔煉過程。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計的裝配式假電極。

參考文獻

[1]李正邦.電渣冶金設備及技術[M].冶金工業出版社.

[2]胡仁喜.ANSYS14.0熱力學有限元分析從入門到精通[M].機械工業出版社.

[3]高耀東.ANSYS機械工程應用精華50例[M].電子工業出版社.endprint

摘 要：文章介紹了一種電渣爐專用裝配式假電極的設計過程。從初步設計開始，到第一次實驗驗證，然后根據實驗結果改進假電極結構，最后再做實驗驗證，證明新設計的假電極可以使用。

關鍵詞：電渣爐；裝配式假電極；設計

引言

電渣重熔爐是對已煉成的鋼或合金進行再精煉的一種電爐設備。

從發熱原理來說，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短網到自耗電極，再經熔渣及結晶器平臺上的導電板返回。熔煉電流在通過高電阻熔渣時產生高溫熔化自耗電極，金屬熔滴穿過熔渣滴入金屬熔池，被水冷結晶器冷卻凝結成錠坯。在此過程中金屬熔滴與熔渣充分接觸，產生強烈的冶金化學反應，使金屬得到精煉。電渣重熔金屬具有良好的純凈度，鑄態組織細致均勻，無白點及年輪狀偏析，硫含量極低，夾雜物細小彌散等優良性能。當前，隨著國家建設、航空航天及國防建設的不斷發展，市場對各種高品質精細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：機械系統、供電系統、控制系統。假電極屬于機械系統的一部分。工作時電極夾頭夾持在假電極上，假電極連接自耗電極。現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。文章設計了一種新的夾持自耗電極的裝配式假電極，能實現假電極連續使用，提高生產效率。

1 假電極初步設計

1.1 初步設計的裝配式假電極

結構見圖1 初步設計的裝配式假電極。

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 設計時充分考慮假電極的機械強度，并做了實驗驗證

為了驗證假電極是否可行，故做了實驗驗證。將假電極按初步設計的圖紙做好，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驗，實驗過程略。

試驗結論

1.2.1使用裝配式假電極可以實現真電極熔煉過程。

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

根據第一次實驗結果，將裝配式假電極結構做了改進。裝配式假電極冶煉耗電量大及冶煉消耗時間長，是因為把合接觸面的電流消耗大，故改進后的假電極把合接觸面減少了。整體結構也優化了。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。具體結構見圖2改進后的假電極。

3 假電極應力分析

改進完畢后的假電極，首先做了應力分析。

分析軟件為ANSYS，邊界條件為變化的力（真電極的重力）和溫度（隨著熔煉進行，假電極溫度越來越高，根據第一次試驗測量結果）。根據假電極系統的結構特點，可以對系統模型進行二分之一對稱分析。對假電極進行單元劃分時，采用20節點空間六面體單元，接觸單元采用170、174號單元，共得到153952個節點，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應力分布圖，不同時間點假電極的安全系數見表1。圖3假電極最終Von-mises應力分布圖，最大應力為12.69MPa，圖中紅色位置即是。

從上表中可以看出，安全系數在1.5以上，所以該結構是安全的。

4 最終假電極實驗驗證

實驗還是在第一次試驗的10T電渣重熔爐做的，實驗過程略。

實驗結論：使用改進后裝配式假電極可以實現真電極熔煉過程。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計的裝配式假電極。

參考文獻

[1]李正邦.電渣冶金設備及技術[M].冶金工業出版社.

[2]胡仁喜.ANSYS14.0熱力學有限元分析從入門到精通[M].機械工業出版社.

[3]高耀東.ANSYS機械工程應用精華50例[M].電子工業出版社.endprint

摘 要：文章介紹了一種電渣爐專用裝配式假電極的設計過程。從初步設計開始，到第一次實驗驗證，然后根據實驗結果改進假電極結構，最后再做實驗驗證，證明新設計的假電極可以使用。

關鍵詞：電渣爐；裝配式假電極；設計

引言

電渣重熔爐是對已煉成的鋼或合金進行再精煉的一種電爐設備。

從發熱原理來說，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短網到自耗電極，再經熔渣及結晶器平臺上的導電板返回。熔煉電流在通過高電阻熔渣時產生高溫熔化自耗電極，金屬熔滴穿過熔渣滴入金屬熔池，被水冷結晶器冷卻凝結成錠坯。在此過程中金屬熔滴與熔渣充分接觸，產生強烈的冶金化學反應，使金屬得到精煉。電渣重熔金屬具有良好的純凈度，鑄態組織細致均勻，無白點及年輪狀偏析，硫含量極低，夾雜物細小彌散等優良性能。當前，隨著國家建設、航空航天及國防建設的不斷發展，市場對各種高品質精細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：機械系統、供電系統、控制系統。假電極屬于機械系統的一部分。工作時電極夾頭夾持在假電極上，假電極連接自耗電極。現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。文章設計了一種新的夾持自耗電極的裝配式假電極，能實現假電極連續使用，提高生產效率。

1 假電極初步設計

1.1 初步設計的裝配式假電極

結構見圖1 初步設計的裝配式假電極。

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 設計時充分考慮假電極的機械強度，并做了實驗驗證

為了驗證假電極是否可行，故做了實驗驗證。將假電極按初步設計的圖紙做好，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驗，實驗過程略。

試驗結論

1.2.1使用裝配式假電極可以實現真電極熔煉過程。

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

根據第一次實驗結果，將裝配式假電極結構做了改進。裝配式假電極冶煉耗電量大及冶煉消耗時間長，是因為把合接觸面的電流消耗大，故改進后的假電極把合接觸面減少了。整體結構也優化了。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。具體結構見圖2改進后的假電極。

3 假電極應力分析

改進完畢后的假電極，首先做了應力分析。

分析軟件為ANSYS，邊界條件為變化的力（真電極的重力）和溫度（隨著熔煉進行，假電極溫度越來越高，根據第一次試驗測量結果）。根據假電極系統的結構特點，可以對系統模型進行二分之一對稱分析。對假電極進行單元劃分時，采用20節點空間六面體單元，接觸單元采用170、174號單元，共得到153952個節點，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應力分布圖，不同時間點假電極的安全系數見表1。圖3假電極最終Von-mises應力分布圖，最大應力為12.69MPa，圖中紅色位置即是。

從上表中可以看出，安全系數在1.5以上，所以該結構是安全的。

4 最終假電極實驗驗證

實驗還是在第一次試驗的10T電渣重熔爐做的，實驗過程略。

實驗結論：使用改進后裝配式假電極可以實現真電極熔煉過程。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計的裝配式假電極。

參考文獻

[1]李正邦.電渣冶金設備及技術[M].冶金工業出版社.

[2]胡仁喜.ANSYS14.0熱力學有限元分析從入門到精通[M].機械工業出版社.

[3]高耀東.ANSYS機械工程應用精華50例[M].電子工業出版社.endprint