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电弧炉用石墨电极防松动螺纹连接新设计 靳艳菊刘殉译 (方大炭素新材料科技股份有限公司 甘肃兰州 730084) 1．前言 电弧炉炼钢用石墨电极采用螺纹连接成柱状，其典型的连接方式是电极孔．接头．电 极孔。多年以来人们对螺纹连接提出并尝试过各种改进设计，但最根本的螺纹设计还是 直接来自于19世纪的标准化螺栓螺纹紧固件型，这种设计采用60。螺纹角，实际上数十 年来石墨电极行业对此连接设计一直没有什么改变。 电极连接最容易出现的问题主要是不定期松动。电极连接松动容易造成电弧炉冶炼 过程中电极断裂，给钢厂造成不必要的停炉和产品损失。 20世纪60年代，GerhardJunker实验证明施加横向交变力并联合低紧固力，对螺 栓连接造成最剧烈的松动条件。类似地，高机械荷载和电弧炉遇到振动都会引起电极连 接螺纹两侧面朝垂直于电极柱轴向发生彼此相对滑动，从而导致自身连接松动，最后经 常发生连接突变失效。 为防止此类连接松动，人们尝试了很多方法，都有不同程度上的成功。必威体育精装版设计的 一种螺纹几何图形可完全消除螺纹面之间的螺纹接触，其连接螺纹面彼此之间不再有可 能发生相对滑动，并已证实能有效确保电极连接紧密。并且，这种新设计的螺纹几何图 形对标准化电极连接更具兼容性。 2．设计背景 一台电弧炉至少有一个石墨电极连接柱(图1)。用导电横臂或支撑架夹持住电极柱 的最上端部分，通过电极柱的电流也是由导电横臂供给的。电弧炉在使用时，电弧通过 电极柱下端或底部末端进入钢液来熔化金属。电弧炉中的电弧和高温对电极柱末端因弧 光升华、氧化和不连续损耗(例如热应力造成断裂引起的剥落)而缓慢消耗，电弧炉中 电极柱缩短后，逐步补接新电极，并与电极柱顶端通过螺纹连接成柱。 单支石墨电极与已位于电弧炉中的电极柱通过螺纹连接，或电极与新电极柱螺纹连 接，既可使用人工也可使用机械。特别是当电极直径为600mm或以上时，尤其是在动 态负载条件下，为确保连接的紧固力足够高，必须施加足够大的紧固扭矩力，或者紧固 螺纹连接，以防止电极柱螺纹连接松动脱离。电极柱的安全连接对电弧炉正常运作非常 重要。 电弧炉在使用过程中，首先，由于持续电弧诱发振动，相当大的力周期性地施加在 电极柱上。此外，当废钢熔化和熔池液面变化时，电极柱不断向上和向下调节运动来保 持相对恒定的弧长，这些摆动控制对电极柱产生了很大的、变化的轴向力。还有，电极柱 常常受到炉料的冲击影响，这也对电极柱连接的安全带来了应力影响(图2)。所有这些 应力——反复挠曲力，摆动力，轴向力及其影响，都可能引起电极螺纹连接松动或脱落， 尤其是在上端连接处。松动作为不可避免和(或)不希望的过程结果，必须给予足够重 视。 ．60． 图1 DC电弧炉用直径800mm电极 从而 9④参◇ 图2造成电极柱连接松动的诸多因割1】 如果在毗连的电极柱组件上端连接接触表面上的压力变小，松动就有可能向此部位 扩展，电极连接部位全部紧固力都会失去作用，电极连接端面将会彼此分离开。即使是 肉眼无法看到的很小的缝隙，由于局部非常高的机械应力，随后可在螺纹区域诱发高扭 矩，在电极柱上产生其它机械载荷，从而引起上端连接失效。 如果松动的电极连接端面还没有从电极柱末端完全脱落，并随着电极柱一并接入钢液 熔池中消耗，随后，在装炉料和出钢时，因反复加热和冷却循环会进一步松动。在这种情 况下，如果电极端面接触完全分离，则所有电流将通过接头经由螺纹接触面处，这导致急 剧过热、高热应力、开裂端面严重氧化，最终接头下面的电极剩余部分完全脱落。通常情 况下，由于接头的过热，裂缝会延伸到上面的电极孔，通常裂缝蔓延至另一个更高的连接 位置时，将会重复引发进一步的松动，随后接头接近熔池液面时，其下面材料又将损失。 这种失效类型发生在电极接头接近钢液液面时，就是大家所熟知的根端脱落(图3)。 图3 电极柱下端连接．松动、裂纹扩展、最终根端脱落的过程和形态 3．讨论 几十年来，石墨电极基本设计没有太大的变化，螺