设计与计算
!"#$ TECHNOLOGY
10.3969/j.issn.l673—3355.2021.02.004
张亮1，王永刚1 2
1. 一重集团大连工程技术有限公司工程师，辽宁大连116600
2. 一重集团大连工程技术
级工程师，辽宁大连116600
横向切片摘要：以120 t 电渣炉为载体，设计一种气体保护罩装置及配套设备。气体保护装置包括保护罩、送渣送料孔、 观察口、氧气检测口，6 接入口，送 孑L
电极升降孔为长孔［可同时容纳两根电极。流体模拟 析 明， 体保护罩侧周 电极升降孔周 送气孔可结晶器各处均匀输送 体，为电极提供 的氛围保护。在气体保护装置的下部法兰处开设密封槽，利用保护罩自重密封［有效防止外部空气的进入
计电极
焊接 解决电极焊接中的变形同心度差问题。
关键词'电渣熔 \ 体 ；电极升降孔；气孔；电极焊接
中图分类号：TF14 文献标识码：B 文章编号：1673-3355（2021） 02-0004-05
Design of Gas Protection Device for Electroslag Remelting Furnace Zhang Lian, Wang Yonggang
Abstract ： A gas protection device for 120 t electroslag remelting furnaces consists of a protective cover with a slag feeding hole,electrode holes, a sightglass, an oxygen detection port, an argon inlet and gas feeding holes. A long electrode hole on the
cover allows two electrodes to move up/down through it at same time. The fluid simulation analysis reveals that protective gas
生物航煤can be sent and distributed evenly inside the mold through the gas feeding holes arranged on the outside circumference of the gas protection cover and around the electrode holes and so, can protect electrodes with effective atmosphere. With the seal
groove on the bottom flange of the gas protection cover, the cover can be sealed by using its gravity in order to prevent air from entering into the furnace. Electrode welding equipment is designed to avoid the deformation and poor coaxiality of electrodes
during welding.
Key words ： electroslag remelting furnace; gas protection device; electrode hole; gas feeding hole, electrode welding equipment
电渣重熔技术是生产高质量特殊钢的重要方 法。其原理是将自耗电极的端部插入熔渣中，使 自耗电极、熔渣和底水箱通过大电流导体与变压 器形成一个供电回路，电流通过熔渣时，熔渣的
电阻热使电极熔化，熔化的金属液滴穿过渣池进
入金属熔池进而凝固形成钢锭。电渣重溶工艺的 重要特征是凝固过程可控，并能通过控制熔化速
率改善电渣钢锭组织，这是其它
技术法 的。 ，可通过电渣重熔术制、含硫低、非金属夹杂物少、 、
、成 的质钢锭。,
电渣炉的钢过程一般都是中， ，电
渣重熔过程中 ， 金质4
而通过向渣池中 Al 、CaSi 、FeSi 和
Mg
熔渣
导熔渣组改变，曾
进入重熔锭的 ， 质
能° 钢中的氢含 3PPm , 可能生氢
导 锭 而 含 控制要的钢种， 含过 导
、
4
可 ， 电渣重熔过程中 入 体
， 可 控制钢锭中的 、
体
夹杂的含，技术
成熟，而
电渣
方
〔汽
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为了进一步提升电渣重熔技术的应用水平，满 足大型能源装备对高质量钢锭日益增长的需求，本
文设计一种适用于120 t 电渣重熔炉的气体保护装 置和配套电极焊接装置，用有限元分析验证保护罩
气孔分布的合理性，通过实测炉内氧气含量验证该
设计的有效性。
1气体保护装置的设计
1.1电渣重熔炉的结构分析
本文拟配备新型气体保护装置的电渣重熔炉为
三相三摇臂双极串联式结
1）。 过通过摇 的 电极，每两根
电极由一台单相变压供电， 三相双极串联回 。电渣重熔过 ，通过压升 实每组
摇 的 升 摇 装 电 实
180° 摇 装有电极 ，通过夹
紧液压实对相
联电极的 。
电渣重熔过 ， 气体保护有 种
接通 保护气体气体
极高 保
护效 ， 对
重 电渣重熔设 体 保护罩
，
于
， 于设
电渣炉上端设置
于
炉 的气体保护装置
的 ，
本和保护效。
1.2总体设计方案和流程
电渣炉重熔设 装气体保护装置， 电
渣重熔过
电渣炉内 保护气 气 ，
塑料拖把头炉内氧气含量， 钢锭增 增氧， 配合
图1三相三摇臂双极串联式电渣炉
渣
氧 元 B 、Si 、Al ，用 段 外界空气进入电渣炉内维良
好的重熔，使产品质量满足要求。文设计的
气体保护装置主要包括气体保护罩体 面开设 的 渣 料孔、观察口、氧气检测口，氮气接入
口，送气孔结
2）。
1—送渣送料孔；2—电极升降孔；3—吊耳；4—氧气检测口； 5—密封；6—观察口； 7―保护罩体。
图2气体保护装置
保护罩体由钢板焊接
，间箱体为气
箱，箱底部
有若干气孔，侧面 有保
护气 气 孔，用快换接头和软管连接气
管道，结晶内输保护气 气）。保护罩
设有三个电极升孔，自电极通过电极孔进 入电渣重熔设内。三电极之间设有渣料
孔，能够从三个不同位渣送料。 渣料孔
设装有耐热钻玻璃的观察口， 通过透视玻璃 实时观测电渣重熔冶炼的状况。当需要渣料
时，通过锁扣装置开启送渣料口，完 渣 料。在保护罩体
还设有氧气检测口， 装
MKZO-5H-B 型氧化错分析仪实时监测保护罩内的
氧气含量。保护罩 设有4个焊接吊耳用于保护罩的起吊。在保护罩底部兰的圆 焊接有六块导板，保证保护罩顺
装就位。
时， 通过起吊设 吊起气体保护罩， 保
护罩调好角度落至结晶
表面；连接快换接头
至 气输 口， 气体保护罩内通
气约30分
钟后， 电极摇
电极至电极口
， i
自电极从电极口缓慢进入电渣重熔结晶内至工
位开始 电渣重熔过 通过 渣送料口送
渣 料，从观察口观察熔炼 况。
1.3电极升降孔的设计
文的电渣重熔钢锭 ， 需用
电极冶
炼。 ，保证电极快， 结晶器内是技
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术难点。根据原有电渣重熔设备电极柱的排布情
况，工作过程中电极需均布在圆周上。为此，笔者
设计两种电极孔开孔方案（见图3）。
第一种方案为在保护罩圆周方向均布三相六个
电极孔，每个电极升降均对应唯一的电极孔，这样
的好处是开孔较小，可防止外界空气的进入，但这
种开孔形式要求电极焊接精度较高，且相邻两组电
（a）三相六孔方案
1.4气孔的设计和模拟分析1—保护罩；2—电极3—电极孔。
图3电极升降开孔示意图
(1)
电渣重熔过程中，电渣空气的是形电渣渣的要原，接电渣的-根据[3]，电渣炉中的气相氧进入电渣锭过程中应：
2FeO+1O2=Fe2O3
Fe?。#+Fe-3FeO
FeO-Fe+O
电渣的气在熔渣
应，三二三二进入渣下中的应，形成铁
，进入。
为电渣气中气的，在电渣重熔过程中向电渣保护气（氮气），气度空气的，向入气形的，空气排，降低的在气保护上设计气进气孔，入电渣重熔的气孔开在保护罩方，在圆周方向上电极孔一周工个5 mm气孔（见图4），者保证气
器各个，者在电渣孔形保护氛，止外界空气进入。极容易形，电极的重熔
，电渣重熔过程。第二种开孔方案每组电极开设长孔，保证每组电极同时旋入，对电极焊接精度要求低，操作捷，且相邻两组电极形成。过较，第二种开孔方案。
（b）三相三长孔方案
笔者[4]保护气（氮气）在电渣重熔的，证开设的气孔是
足气个的要求。计算时对边界条进行简，从进气孔主管道入保护气，进口压力为2.5kg/cm2。
对的充气过程分析表明，保护气充保护罩腔会气孔进入电渣中，并逐步填满，在形均匀流场（见图5）。电极孔的气的一过电极升降孔上的气孔进入电极孔，在通气一段时间会在电极孔形
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图5结晶器内气体流速
成一层保护气，隔绝外界空气（见图6）。分析结 体，为电极提供氛围保护的目的，有效降低氧含 果表明本文的气孔分布合理，达到均匀输送保护气 量，提高钢锭质量。
图6电极孔处气体流速
1.5保护装置密封设计
为了进一步降低电渣重熔设备内的氧气含量，
必须保证气体保护装置与电渣重熔主体设备间的密
封。在电渣重熔过程中，气体保护装置放置在电渣 重熔结晶器的上方，二者接触面较大。冶炼时，如
果夕卜空气从接触面的
进入，
提高电渣重
熔设备内 的氧含量。为， 者在
设密封 （见图7）。 密封采用耐热耐高温的石 棉根，用 ， 气体保护装置
重力将石棉根
在结晶器的上表面，达到密封
效果。
2电极焊接装置的设计
有电极 接采用 装 接，
，
效率极低。
电极与 电极接
，
极。在加装气体保护装置后，电极焊接 电极 过保护上的电极孔，不
电渣重熔过程，
电渣重熔设备内的
氧含量， 钢锭的质量。 本文设一旋
降的电极 接装置（见图8）。
电极 接装置主
图7法兰密封
降装置
结。电极接中，自
电极 放置在
的 上， 电极放在
上。 上的降装置采用 ，
过
电极的降。 电极与假
电极 时， 电极与 电极
接。一
，过
电极
一侧接。夕卜，根
，
储血冰箱
的电极与
电极 保 一 的 ， 时 过 降装 置 节实现，最大 量为40 mm 。
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1—自耗电极；2—假电极；3—防撞架；4—固定台架；5—行走小车；6—托架；7—升降装置。
沥青透水混凝土图8电极焊接装置
水控系统3生产验证
为了验证气体保护装置的有效性，笔者跟踪实际生产中电渣炉内氧含量的动态变化。通过氧化错分析仪记录电渣重熔中氧含量变化（见图9）。由图可知，在准备炼钢过程中持续通入保护气（b 气），初始状态氧含量约为21.1%；通入保护气体30min后，旋入自耗电极，开始熔炼，此时电渣重熔设备内的氧含量急剧下降；熔炼3h后，电渣重熔设备内氧含量降至10.8%左右。此时炉内熔炼液面较低，炉内上有分气，通入保护气，炉内上的空气持续；熔炼约10h左右后，炉内气体状态，时氧化错分析仪显示炉内氧含量约为0.8%左右。
通过以上数据可知，加装气体保护装置可以显著降低电渣重熔设备内的氧气含量，提良好的重熔，提产量与性。
(
&
)
鰹
理
f
w
时间（h）
图9电渣重熔设备氧含量记录
4结语
（1）实践证明，本文的气体保护装置适用于三极渣炉。
（2）分析表明，通过气体保护罩外侧周向和电极降的气时气，可以保证晶内护气体，为极提供有效的
保护。
（3）在气体保护装置下部法兰处开设密封槽,
护自重效果。
（4）设的极装置有效
极变。
参考文献
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与冶金学报，2011（3）：21—2,.
[2]陶林，曹季林，郭宏磊，等•舞钢大型电渣炉气雾冷却工艺开发与应
用[J]•炼钢,2018（3）：73—76.
[3]史成斌，郭汉杰，陈希春，等•气体保护电渣重熔过程氧传递的动力
学研究[J]•特殊钢,2013（2）：11—15,
[4]阎晨•电渣重熔保护气模拟仿真及保护罩优化设计[D]•沈阳：东
北大学，2010.
收稿日期：2021—03—22
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