小型冶炼炉电极易抱瘪的改进与应用

杨冬生

(永州职业技术学院，湖南 永州 425000)

1 前言

目前一些(≤3000KVA)锰铁冶炼生产厂家，常因电炉电极升降装置中因抱紧系统的原因而将电极筒抱瘪，从而影响到电极与导电铜锷板的良好接触，由于电极导电铜锷板接触不良，进而导致接触电阻增大，局部产生火花，严重时，因产生的火花刺穿电极筒，筒内未烧结好的电极糊从中流出而导致大火，此种情况，在实际生产中发生过多起。

为了解决此问题，本文根据原设计的电极抱紧装置存在的问题，着重从液压控制，电极抱紧方式等方面进行了详细分析和研究，对原液压控制系统作了改进，同时也对原抱紧装置的抱紧方式、抱紧用材料等作了较大的改进，经过一段时间的运行，其效果良好。

2 电极筒升降过程中抱瘪原因分析

2.1 冶炼电炉电极升降系统简介

1)电极升降与抱紧装置结构

图1是电极升降与抱紧系统(未改进前)的结构示意图。

2)电极升降与抱紧的关系

当电极上升或下降时，油缸 4通过锥形环 2及导电铜锷板 3拉紧电极 8，此时 4层工作平台的侧向抱紧装置 7由弹簧松开，卷扬机 6带动电极 8上升或下降。

当电极在生产过程中，电极头部因烧损逐步变短后，电极需要放长，此时 4层工作平台上的侧向抱紧装置 7抱紧电极，然后油缸 4松开后，电极与锥形环也松开，卷扬机上升时，电极外套与锥形环、导电铜锷板一同上升，到达规定的位置后停止，油缸 4拉紧电极，侧向抱紧油缸松开电极，此时电极放长过程结束。

图1 冶炼炉升降与抱紧系统

2.2 冶炼炉液压系统简介

1)液压控制系统的主要部件组成

图2是原电极升降与抱紧的液压控制系统示意图(虚线部分除外)，图示的主要结构由以下主要部件：三相电极 A、B、C、油泵 3、二位四通电磁阀 6、弹簧 8、油缸 9、侧向抱紧装置 10、弹簧 11、侧向抱紧油缸 12、二位三通电磁阀 13、溢流阀 14、贮存器 15、压力继电器 16等组成。

图2 冶炼炉液压控制系统

2)液压控制与电极抱紧说明

如图 2所示，4层工作平台上的电极抱紧是径向抱紧装置，简称为侧身抱紧装置。2～3层工作平台上的油缸抱紧简称轴向拉紧装置。他们都是由溢流阀14控制的。

2.3 电极筒抱瘪原因分析

(1)电极筒侧向压紧力过大，并且受力不均匀。如图 2所示，图中 10为侧向抱紧装置，该装置的抱紧与图中 8-9油缸拉紧，其压力均由图中溢流阀 14控制，但是油缸 9拉紧时，电极筒内有烧结好的电极糊，电极糊与电极筒已成为一个整体，因此，当电极在油缸9的拉紧下，电极筒可承受很大的压力。其二，电极筒是直立状态，在油缸 9的作用下，受力是纵向方向，从力学受力的角度分析，显然，轴向受力要优于侧向受力。其三，电极筒在 4层工作平台上的侧向抱紧装置中，其电极筒内是空心状态，仅靠一个直径 Φ500 mm，壁厚为 1.2 mm的钢筒，来承受油缸 9同样抱紧的压力，显然是难以承受，因此，在上述两处中，设计为同样的油压是不合理的。

(2)电极筒侧向抱紧装置中的抱紧材料过硬，并且轴向设计高度偏小。如图 2所示，侧向抱紧装置是二合式卡板，高度为 200mm，其中内衬板为石棉板材料，当电极筒存在焊接错位，表面高低不平时，在较大的压力下，硬质石棉板较容易压坏电极筒表面，造成电极筒失圆，致使电极接触不良;其二，侧向抱紧装置的设计高度偏小，当侧向抱紧装置抱紧时，抱紧面积小，单位面积上压紧力就大，这也是抱瘪电极筒的另一个原因。

3 电极筒易抱瘪问题改进

3.1 改进油路中的控制压力

如图 2所示，经上述问题分析，电极筒易抱瘪一个重要原因是侧向压紧装置的抱紧力过大。为防止侧向抱紧装置的油压过大，特在二位三通阀 13之前设计了一减压阀 17(图 2中以虚线表示)，增加减压阀 17后，侧向抱紧装置中的油压可视电极筒空心状态下，在保证能抱紧电极又不损伤电极筒的情况下，调整其压力。

3.2 改变侧向抱紧装置的受力方向

如图 2所示，侧向抱紧装置的抱紧力是垂直电极筒的，而轴向抱紧装置的抱紧力是平行于电极筒，如图3所示，从力学受力角度分析，轴向抱紧力较径向抱紧力要优越，他们的受力状态就象工字钢受力一样，垂直于工字钢受力较横向工字钢受力是大不相同的，因此，改径向受力为轴向受力有利于电极筒的抱紧和防止电极筒受力变形。

3.3 侧向抱紧改轴向抱紧，装置结构及工作原理

1)装置结构示意图

如图 3所示，轴向抱紧装置其抱紧高度为 300 mm，主要由以下部件组成 ：1、抱紧套;2、外锥套;3、橡胶垫;4、油缸;5、弹簧等。其中，抱紧套 1为外锥内圆，由 3大块组成，当锥套 2下移时，可推动抱紧套 1作径向移动，从而达到抱紧电极筒的作用。当把图 3中的轴向抱紧装置更换到图 2中侧向抱紧装置，则电极筒的抱紧就变成了轴向抱紧，其抱紧效果将得到大大的改观，工作的稳定性也将得到提高。

图3 轴向抱紧装置

2)工作原理

当电极筒在 4层工作平台处于抱紧时，其工作原理如下：图 3中的油缸 4在来自油泵 3的压力油而工作，二位三通阀 13右端工作。此时，液压油自图 2中的 1、2、3、4、17、13进入图 3中的进油口 7，图 3中的油缸 4进油后，油缸体连同外锥套一同下移，在外锥套的压迫下，抱紧套 1作径向收缩，从而达到了抱紧电极筒的作用。当电极筒在 4层工作平台不抱紧时，二位三通阀左端工作，油缸 4上腔油液经二位三通阀左端排回油箱。

3.4 改进抱紧装置中的抱紧材料

侧向抱紧装置中使用的是硬质石棉板，此材料硬度较大，较易压坏较薄的电极筒，为了解决此问题，该文设计了一种带冷却装置的橡胶材料，采用橡胶材料替代硬质石棉板。一是橡胶材料材质较软，有利于与电极筒接触，并且不会使电极筒变形;二是采用橡胶材料摩擦系数大，在外力相同的情况，抱紧力可增加 20～30%，因此增加了电极抱紧的可靠性。三是采用了冷却装置，可使橡胶材料在一定的温度下能长时间使用，其使用寿命得到了提高，降低了材料的成本。

4 结论

由图 2和图 3所示，在液压控制系统侧向抱紧在油路上增加减压阀 17后，侧向抱紧的油压可根据生产实际任意调定其压力，并且操作方便。其次，改侧向抱紧为轴向抱紧后，电极筒在升降过程中不再出现因抱瘪而影响生产造成的事故。总之，系统改造后，技术可行、安全可靠。

[1] 左健民.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，1999.

[2] [美]S.铁摩辛柯.l盖尔，胡人礼.材料力学[M].北京：科学出版社，1976.