电渣炉专用装配式假电极的设计

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摘 要：文章介绍了一种电渣炉专用装配式假电极的设计过程。从初步设计开始，到第一次实验验证，然后根据实验结果改进假电极结构，最后再做实验验证，证明新设计的假电极可以使用。

关键词：电渣炉；装配式假电极；设计

引言

电渣重熔炉是对已炼成的钢或合金进行再精炼的一种电炉设备。

从发热原理来说，电渣重熔炉是一种电阻熔炼炉。自耗电极是用被熔金属本身制成的。熔炼电流从变压器经短网到自耗电极，再经熔渣及结晶器平台上的导电板返回。熔炼电流在通过高电阻熔渣时产生高温熔化自耗电极，金属熔滴穿过熔渣滴入金属熔池，被水冷结晶器冷却凝结成锭坯。在此过程中金属熔滴与熔渣充分接触，产生强烈的冶金化学反应，使金属得到精炼。电渣重熔金属具有良好的纯净度，铸态组织细致均匀，无白点及年轮状偏析，硫含量极低，夹杂物细小弥散等优良性能。当前，随着国家建设、航空航天及国防建设的不断发展，市场对各种高品质精细钢材的需求不断增加，电渣重熔炉的重要性日见明显。

电渣重熔炉通常由三部分组成：机械系统、供电系统、控制系统。假电极属于机械系统的一部分。工作时电极夹头夹持在假电极上，假电极连接自耗电极。现在电渣重熔炉用的假电极多为焊接式，每次使用后都要将自耗电极的余料割掉，再重新将新的自耗电极焊上，操作比较麻烦。文章设计了一种新的夹持自耗电极的装配式假电极，能实现假电极连续使用，提高生产效率。

1 假电极初步设计

1.1 初步设计的装配式假电极

结构见图1 初步设计的装配式假电极。

图中：件号1为夹持假电极；件号2为夹持轴瓦；件号3为真电极；件号4为固定销；件号5为把合螺栓。分解图中没有固定销及把合螺栓。

1.2 设计时充分考虑假电极的机械强度，并做了实验验证

为了验证假电极是否可行，故做了实验验证。将假电极按初步设计的图纸做好，与自耗电极把合装配好，在某公司10T电渣重熔炉上做了该实验，实验过程略。

试验结论

1.2.1使用装配式假电极可以实现真电极熔炼过程。

1.2.2使用装配式假电极免去了焊接式假电极焊接的焊接过程。

1.2.3冶炼相同钢种，使用装配式假电极比焊接式假电极耗电量多30%左右。

1.2.4在10T电渣炉中冶炼相同钢种，使用装配式假电极比焊接式假电极耗时间多19%左右。

1.2.5使用装配式假电极，电极利用率为89%；使用焊接式假电极，电极利用率为98%。

2 假电极的改进

根据第一次实验结果，将装配式假电极结构做了改进。装配式假电极冶炼耗电量大及冶炼消耗时间长，是因为把合接触面的电流消耗大，故改进后的假电极把合接触面减少了。整体结构也优化了。假电极主体为一焊接件，其中包括通电夹板夹持的圆柱体，圆柱体一端的两片夹持自耗电极的半圆形轴瓦，轴瓦边带把合孔的钢板，圆柱体另一端带一起吊用圆环。具体结构见图2改进后的假电极。

3 假电极应力分析

改进完毕后的假电极，首先做了应力分析。

分析软件为ANSYS，边界条件为变化的力（真电极的重力）和温度（随着熔炼进行，假电极温度越来越高，根据第一次试验测量结果）。根据假电极系统的结构特点，可以对系统模型进行二分之一对称分析。对假电极进行单元划分时，采用20节点空间六面体单元，接触单元采用170、174号单元，共得到153952个节点，164200个单元。

通过计算我们可以得到假电极整体模型各个时间的Von-mises应力分布图，不同时间点假电极的安全系数见表1。图3假电极最终Von-mises应力分布图，最大应力为12.69MPa，图中红色位置即是。

从上表中可以看出，安全系数在1.5以上，所以该结构是安全的。

4 最终假电极实验验证

实验还是在第一次试验的10T电渣重熔炉做的，实验过程略。

实验结论：使用改进后装配式假电极可以实现真电极熔炼过程。使用装配式假电极免去了焊接式假电极焊接的焊接过程。冶炼相同钢种，使用装配式假电极比焊接式假电极耗电量多27%左右。在10T电渣炉中冶炼相同钢种，使用装配式假电极比焊接式假电极耗时间多16%左右。使用装配式假电极，电极利用率为90%；使用焊接式假电极，电极利用率为98%。

5 结束语

文章提供的装配式假电极可以用于电渣重熔炉的冶炼，而且可以循环使用，安装拆卸方便，一定程度上降低电渣炉炼钢成本。在不在意电渣炉耗电量和冶炼时间的前提下可以正常使用文章设计的装配式假电极。

参考文献

[1]李正邦.电渣冶金设备及技术[M].冶金工业出版社.

[2]胡仁喜.ANSYS14.0热力学有限元分析从入门到精通[M].机械工业出版社.

[3]高耀东.ANSYS机械工程应用精华50例[M].电子工业出版社.