小型冶煉爐電極易抱癟的改進與應用

楊冬生

(永州職業技術學院，湖南 永州 425000)

1 前言

目前一些(≤3000KVA)錳鐵冶煉生產廠家，常因電爐電極升降裝置中因抱緊系統的原因而將電極筒抱癟，從而影響到電極與導電銅鍔板的良好接觸，由于電極導電銅鍔板接觸不良，進而導致接觸電阻增大，局部產生火花，嚴重時，因產生的火花刺穿電極筒，筒內未燒結好的電極糊從中流出而導致大火，此種情況，在實際生產中發生過多起。

為了解決此問題，本文根據原設計的電極抱緊裝置存在的問題，著重從液壓控制，電極抱緊方式等方面進行了詳細分析和研究，對原液壓控制系統作了改進，同時也對原抱緊裝置的抱緊方式、抱緊用材料等作了較大的改進，經過一段時間的運行，其效果良好。

2 電極筒升降過程中抱癟原因分析

2.1 冶煉電爐電極升降系統簡介

1)電極升降與抱緊裝置結構

圖1是電極升降與抱緊系統(未改進前)的結構示意圖。

2)電極升降與抱緊的關系

當電極上升或下降時，油缸 4通過錐形環 2及導電銅鍔板 3拉緊電極 8，此時 4層工作平臺的側向抱緊裝置 7由彈簧松開，卷揚機 6帶動電極 8上升或下降。

當電極在生產過程中，電極頭部因燒損逐步變短后，電極需要放長，此時 4層工作平臺上的側向抱緊裝置 7抱緊電極，然后油缸 4松開后，電極與錐形環也松開，卷揚機上升時，電極外套與錐形環、導電銅鍔板一同上升，到達規定的位置后停止，油缸 4拉緊電極，側向抱緊油缸松開電極，此時電極放長過程結束。

圖1 冶煉爐升降與抱緊系統

2.2 冶煉爐液壓系統簡介

1)液壓控制系統的主要部件組成

圖2是原電極升降與抱緊的液壓控制系統示意圖(虛線部分除外)，圖示的主要結構由以下主要部件：三相電極 A、B、C、油泵 3、二位四通電磁閥 6、彈簧 8、油缸 9、側向抱緊裝置 10、彈簧 11、側向抱緊油缸 12、二位三通電磁閥 13、溢流閥 14、貯存器 15、壓力繼電器 16等組成。

圖2 冶煉爐液壓控制系統

2)液壓控制與電極抱緊說明

如圖 2所示，4層工作平臺上的電極抱緊是徑向抱緊裝置，簡稱為側身抱緊裝置。2～3層工作平臺上的油缸抱緊簡稱軸向拉緊裝置。他們都是由溢流閥14控制的。

2.3 電極筒抱癟原因分析

(1)電極筒側向壓緊力過大，并且受力不均勻。如圖 2所示，圖中 10為側向抱緊裝置，該裝置的抱緊與圖中 8-9油缸拉緊，其壓力均由圖中溢流閥 14控制，但是油缸 9拉緊時，電極筒內有燒結好的電極糊，電極糊與電極筒已成為一個整體，因此，當電極在油缸9的拉緊下，電極筒可承受很大的壓力。其二，電極筒是直立狀態，在油缸 9的作用下，受力是縱向方向，從力學受力的角度分析，顯然，軸向受力要優于側向受力。其三，電極筒在 4層工作平臺上的側向抱緊裝置中，其電極筒內是空心狀態，僅靠一個直徑 Φ500 mm，壁厚為 1.2 mm的鋼筒，來承受油缸 9同樣抱緊的壓力，顯然是難以承受，因此，在上述兩處中，設計為同樣的油壓是不合理的。

(2)電極筒側向抱緊裝置中的抱緊材料過硬，并且軸向設計高度偏小。如圖 2所示，側向抱緊裝置是二合式卡板，高度為 200mm，其中內襯板為石棉板材料，當電極筒存在焊接錯位，表面高低不平時，在較大的壓力下，硬質石棉板較容易壓壞電極筒表面，造成電極筒失圓，致使電極接觸不良;其二，側向抱緊裝置的設計高度偏小，當側向抱緊裝置抱緊時，抱緊面積小，單位面積上壓緊力就大，這也是抱癟電極筒的另一個原因。

3 電極筒易抱癟問題改進

3.1 改進油路中的控制壓力

如圖 2所示，經上述問題分析，電極筒易抱癟一個重要原因是側向壓緊裝置的抱緊力過大。為防止側向抱緊裝置的油壓過大，特在二位三通閥 13之前設計了一減壓閥 17(圖 2中以虛線表示)，增加減壓閥 17后，側向抱緊裝置中的油壓可視電極筒空心狀態下，在保證能抱緊電極又不損傷電極筒的情況下，調整其壓力。

3.2 改變側向抱緊裝置的受力方向

如圖 2所示，側向抱緊裝置的抱緊力是垂直電極筒的，而軸向抱緊裝置的抱緊力是平行于電極筒，如圖3所示，從力學受力角度分析，軸向抱緊力較徑向抱緊力要優越，他們的受力狀態就象工字鋼受力一樣，垂直于工字鋼受力較橫向工字鋼受力是大不相同的，因此，改徑向受力為軸向受力有利于電極筒的抱緊和防止電極筒受力變形。

3.3 側向抱緊改軸向抱緊，裝置結構及工作原理

1)裝置結構示意圖

如圖 3所示，軸向抱緊裝置其抱緊高度為 300 mm，主要由以下部件組成 ：1、抱緊套;2、外錐套;3、橡膠墊;4、油缸;5、彈簧等。其中，抱緊套 1為外錐內圓，由 3大塊組成，當錐套 2下移時，可推動抱緊套 1作徑向移動，從而達到抱緊電極筒的作用。當把圖 3中的軸向抱緊裝置更換到圖 2中側向抱緊裝置，則電極筒的抱緊就變成了軸向抱緊，其抱緊效果將得到大大的改觀，工作的穩定性也將得到提高。

圖3 軸向抱緊裝置

2)工作原理

當電極筒在 4層工作平臺處于抱緊時，其工作原理如下：圖 3中的油缸 4在來自油泵 3的壓力油而工作，二位三通閥 13右端工作。此時，液壓油自圖 2中的 1、2、3、4、17、13進入圖 3中的進油口 7，圖 3中的油缸 4進油后，油缸體連同外錐套一同下移，在外錐套的壓迫下，抱緊套 1作徑向收縮，從而達到了抱緊電極筒的作用。當電極筒在 4層工作平臺不抱緊時，二位三通閥左端工作，油缸 4上腔油液經二位三通閥左端排回油箱。

3.4 改進抱緊裝置中的抱緊材料

側向抱緊裝置中使用的是硬質石棉板，此材料硬度較大，較易壓壞較薄的電極筒，為了解決此問題，該文設計了一種帶冷卻裝置的橡膠材料，采用橡膠材料替代硬質石棉板。一是橡膠材料材質較軟，有利于與電極筒接觸，并且不會使電極筒變形;二是采用橡膠材料摩擦系數大，在外力相同的情況，抱緊力可增加 20～30%，因此增加了電極抱緊的可靠性。三是采用了冷卻裝置，可使橡膠材料在一定的溫度下能長時間使用，其使用壽命得到了提高，降低了材料的成本。

4 結論

由圖 2和圖 3所示，在液壓控制系統側向抱緊在油路上增加減壓閥 17后，側向抱緊的油壓可根據生產實際任意調定其壓力，并且操作方便。其次，改側向抱緊為軸向抱緊后，電極筒在升降過程中不再出現因抱癟而影響生產造成的事故。總之，系統改造后，技術可行、安全可靠。

[1] 左健民.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業出版社，1999.

[2] [美]S.鐵摩辛柯.l蓋爾，胡人禮.材料力學[M].北京：科學出版社，1976.