125t精煉爐及其設備設計和優化方案分析

許亞剛

（中冶陜壓重工設備有限莊里分公司，陜西 渭南 711711）

在一些大型的金屬煉制生產加工中需要使用大型模具作為坯料，大型金屬煉制的設計生產加工的質量將直接影響到大型鍛件的質量，影響到一些重大裝備的整體性能。因此在實際生產加工過程中需要加強對模具的設計和優化，解決當前大型金屬模具設計生產中存在的缺陷，從而提升我國整體工業生產水平。

1 125t精煉爐的設計分析

在對125t精煉爐進行設計的過程中，首先需要把握其中的一些關鍵性參數和信息，然后對其進行科學合理的設置，才能夠有效保證其最終的設計加工質量，保證最終得到的金屬煉制滿足實際使用需求。

（1）對精煉爐的形狀進行確定。精煉爐的外觀形狀是設計工作中首先需要進行確認的一點。如果只從鍛制的角度來進行分析，在精煉爐設計中是一個圓筒形的爐體，但是在此種結構形體之下，在爐體上配置有2～4個風管、一個爐口和一個出銅口，可作360°回轉[1]。如果生產制作一些金屬煉制，傳熱慢帶來的影響可能較小，不會影響到最終精煉爐的加工質量，但是在面對大型的金屬煉制生產加工時，其帶來的影響將會較大，因此，在確定其形狀時選擇多角的棱柱體形式，其棱角個數最好設置在16個以上。

（2）確定精煉爐的高寬比。在精煉爐設計中爐身的高寬比也是必須進行設計的重要參數。爐身的高寬比主要指的是爐身高度與爐身中部位置之間的比值，在對125t精煉爐進行設計的過程中，如果將精煉爐的高寬比設置越大，則意味著爐身的外觀更加的細長。此時125t級精煉爐的表面會有更大的散熱面積，在進行金屬煉制的過程，其表面的結晶速度相對而言會更快，因此在此過程中產生的偏析會顯得更少[2]。但是其存在的缺陷也較為明顯，高寬比數值越大表示爐身的高度越高，此時煉制過程中產生的氣體和雜物較難上浮，無法順利的將其排出，而且金屬還有較大的可能出現縱向熱裂紋，對最終成型質量造成十分嚴重的影響。但是在設計時將高寬比數值設定過小，也會引起成分偏析情況加重，也同樣會影響到最終的質量。因此在設計125t精煉爐時，通常將爐身高寬比數值設定在1.7～2.1之間，平均取值維持在1.9左右。

（3）確定爐身的錐度。為了讓設計生產完成的125t精煉爐順利脫模，在設計中需要讓爐身保持一定的錐度，考慮到爐身的致密度問題，在進行錐度設計時通常采用倒錐度設計方式，選用上大下小的形狀。如果只從脫模的角度來考慮爐身的錐度，只需要將其錐度設置為1%～1.5%就能夠實現。但是在實際設計中考慮到減慢爐身的上部區域的凝固速度，往往會適當增加爐身的錐度，尤其是面對125t級大型爐身設計加工時，綜合各方面因素考慮，常將其錐度設置到5%左右。

（4）確定爐身的頭部、尾部設計。對于爐身的頭部設計主要需要對爐身的帽容比計算來進行確定，為了能夠平衡各方面因素帶來的影響，在實際設計工作中通常將爐身的帽容比設定在15%～18%范圍之內，并對絕熱板的厚度做出有效選擇，根據爐身級別不同，取值范圍為50mm～80mm。對于精煉爐尾部的設計主要制作成為錐臺形，使金屬在煉制的過程中能夠平穩的上升，有助于提升爐身尾部表面的質量。除此之外，考慮到爐身的脫模問題，精煉爐的頭部直徑應當與尾部直徑相差60mm以上。

（5）確定爐身的轉角半徑。所謂轉角半徑主要指的是爐身兩相鄰邊形成的弧形半徑，通過將相交邊設置成為弧形，能夠有效避免其出現角部裂紋，通常在設計中轉角半徑數值為30mm～50mm之間。

2 125t級爐身模具的設計分析

通常對精煉爐的設計主要可以分為兩個部分來完成，分別對爐身結構和爐身厚度進行設計，下面對其具體設計展開探討。

（1）精煉爐結構設計。精煉爐結構通常可以分為兩種：整體式結構和分體式結構。其中整體式結構常常被用在一些較小的金屬加工生產之中，而對于125t精煉爐的結構設計一般都采用分體式結構，將爐身和底盤制作成為兩個單獨的部分，這樣的設計方式相較于整體式結構有著較多的優點：①降低爐身生產制作的難度和成本，提升爐身生產制作的效率；②在爐身生產加工過程中，尾部區域的工作環境最為惡劣，也是實際澆鑄過程中最為容易出現損壞的區域，將此部分單獨進行制作，出現損壞后能夠更加容易替換，進而降低精煉爐生產成本；③在該種結構下能夠更為容易清除精煉爐內部的殘渣，提升金屬煉制生產加工的質量。

（2）精煉爐壁厚度設計。在對精煉爐壁厚度進行設計的過程中，主要需要考慮爐身的穩定性和強度兩個方面的條件，保證爐身在完成使用之后不會出現較大幅度的變形。然后以此作為基準條件，降低爐身的厚度。較小的爐身厚度不僅能夠節省模具制造所需材料，而且更有助于金屬煉制的散熱，縮短其冷卻的時間。從目前的實際設計情況來看，對于模具厚度的確定還沒有明確的公式和理論，我們在對爐身厚度進行確定時主要依據爐身和經驗公式來完成。首先對于精煉爐的重量通常設置為鋼錠重量的1.1～1.2倍之間，在明確需要煉制金屬的重量之后，再以此計算出爐身的平均厚度。

3 125t精煉爐及其設計優化方案探討

大型的精煉爐生產加工有著更多的影響因素，這些影響因素將可能造成最終生產出來的爐身重量與設計出現較大的差異，影響到后期對爐身的有效使用，而且大型精煉爐生產過程中質量控制也更難。如果設計中某個小的環節出現問題，都可能會對最終的加工質量和加工精度造成較大的影響。因此，在實際的設計工作中，在完成各部分設計工作之后，需要應用當前先進的電腦軟件進行仿真加工制作，如：ProCAST、AFS Solidification system、Flow-3D、FIDAP等軟件，通過這些軟件能夠對整個生產制作過程展開模擬，然后找出其中存在著的缺陷問題，對設計方案做進一步的優化。

4 結語

綜上所述，125t精煉爐設計是一個十分復雜的系統性工作，其中涉及到的影響因素較多，需要設計人員具備較為充分的設計經驗，對其中一些關鍵性參數加以妥善的處理，這樣才能夠有效提升最終設計的準確性。同時，在設計工作中還需要善于對各類型設計仿真軟件的應用，通過實驗仿真，找出設計方案中存在著的缺陷，然后對自身的設計方案進行優化，才能夠更好的提升其科學性和合理性。