一种电渣重熔炉的电极夹紧提升结构的制作方法

本发明涉及一种电渣重熔炉的电极夹紧提升结构。

背景技术：

电渣重熔炉是特殊钢工业冶炼的重要生产设备之一，是一种利用重熔电流产生热能熔化插入渣池的自耗电极，金属熔滴经由电渣液清洗后，在水冷结晶器中逐步结晶成钢锭的二次冶炼设备。

esr电渣重熔的过程主要包括通过渐进熔化的铸锭或锻造的电极的低端金属熔化层与渣子在水冷结晶器内发生反应。这些渣子通常是氟化钙，外加石灰、氧化镁、氧化铝和其它的氧化物。在熔化状态，渣子具有导电性，并且当高电流在电极和结晶器间通过时起到了电阻加热元件的作用。随着电流的通过，渣子会越来越热。

电极末端浸在超热的渣子里并开始熔化，浸入在渣子里的电极精确的保持浸入的深度，通过先进的计算机控制系统来保持可控制的熔化率。电极浸入是采用一套专门编制的数学计算法，通过采集称重仪的称重信号、炉子电压(或电阻)的测量信号及电压(或电阻)摆动的测量信号来实现控制。熔化的金属滴落入低密度的熔渣中，在水冷铜结晶器中再凝固；通过这一过程，当溶滴落入熔渣时，渣子—金属反应溶解了夹杂物，纯净了金属。

这一过程持续一段时间后，经过控制固化结构净化锭子在结晶器里形成，浮在液态金属池表面的渣子也防止了在空气下熔炼时熔化的金属的氧化。另外，电极在惰性气体气氛下进行电渣重熔esr的冶炼，进一步防止金属的氧化和渣子的氧化。

电极夹紧提升机械结构是电渣重熔炉的重要部件，传统的龙门式、钢梁桁架式单工位电渣炉型中的电极夹紧提升结构使用不方便，

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种电渣重熔炉的电极夹紧提升结构，通过气动方式夹紧自耗电极，可以实现简单方便的装夹自耗电极，结构紧凑、优于过去传统的龙门式、钢梁桁架式单工位电渣炉型。

实现上述目的的技术方案是：一种电渣重熔炉的电极夹紧提升结构，包括料杆、提升机构、夹紧气缸和夹持头，其中：

所述料杆包括料杆芯轴和套设在料杆芯轴外部的导电铜轴；

所述提升机构包括支撑座、伺服电机、减速机和滚珠丝杆，所述伺服电机和减速机分别设置在所述支撑座上；所述伺服电机通过联轴器与所述减速机相连；所述支撑座上开设有上下贯通的通孔，该通孔内设置有滚珠丝杆安装座；所述滚珠丝杆竖向设置在所述滚珠丝杆安装座内，且所述滚珠丝杆的顶端与所述减速机相连，所述滚珠丝杆的底端游动于所述料杆芯轴的中空内管内；

所述夹紧气缸包括气缸活塞、气缸顶板、气缸底板、缸体、导向座、导向轴、导向轴套安装角铁和气缸密封座，所述气缸顶板和气缸底板一一对应地固定在所述缸体的上下端，所述气缸活塞设置在所述缸体内，所述导向座设置在所述气缸顶板和气缸活塞之间，所述气缸密封座设置在所述气缸底板和气缸活塞之间；所述导向轴套安装角铁固定在所述气缸活塞上，且所述导向轴套安装角铁位于所述气缸顶板的上方，所述导向轴套安装角铁上设置有自润翻边轴承；所述导向轴设置在所述自润翻边轴承内，且所述导向轴的底端固定在所述气缸顶板上；

所述料杆芯轴的顶端通过法兰紧固于所述气缸活塞下端面，所述导电铜轴设置在所述气缸密封座的底端，且所述导电铜轴通过固定圈与所述气缸密封座连接在一起；

所述夹持头与所述料杆芯轴的底端通过螺纹紧固连接。

上述的一种电渣重熔炉的电极夹紧提升结构，其中，所述夹持头包括夹持套、电极接触块、假电极保持器、料杆密封圈、假电极夹紧圈、假电极夹紧绝缘套和假电极夹紧绝缘圈；

所述夹持套设置在所述导电铜轴的底部，所述电极接触块通过无磁不锈钢螺钉固定在所述料杆的导电铜轴的底端；

所述假电极保持器设置在所述夹持套内，且所述假电极保持器的顶端固定在所述料杆芯轴的底端；

所述料杆密封圈和假电极夹紧圈一上一下地设置在所述夹持套和假电极保持器之间；

所述假电极夹紧绝缘套设在所述假电极夹紧圈和夹持套之间；

所述假电极夹紧绝缘圈设置在所述假电极夹紧绝缘套的底端和电极接触块之间；

所述假电极保持器的外圆周上设置有若干精密陶瓷球。

上述的一种电渣重熔炉的电极夹紧提升结构，其中，所述料杆芯轴的底端设置有螺纹接口，所述假电极保持器的顶端螺纹连接在所述螺纹接口内，且所述螺纹接口的顶端设置有钢制管塞。

上述的一种电渣重熔炉的电极夹紧提升结构，其中，所述料杆芯轴和导电铜轴之间设置有料杆过水隔板；且所述料杆过水隔板位于所述料杆芯轴螺纹接口的同心圆外层。

上述的一种电渣重熔炉的电极夹紧提升结构，其中，所述气缸活塞和导电铜轴上分别设置有胶管接头，且所述气缸活塞上的胶管接头位于所述气缸顶板的上方，所述导电铜轴上的胶管接头位于所述固定圈的下方。

上述的一种电渣重熔炉的电极夹紧提升结构，其中，所述导向座和气缸活塞之间、所述气缸密封座和气缸活塞之间、所述缸体和导向座之间、所述缸体和气缸密封座之间、所述缸体和气缸顶板之间、所述缸体和气缸底板之间分别设置有密封圈。

上述的一种电渣重熔炉的电极夹紧提升结构，其中，所述气缸密封座上连接有与之一体成型的外翻边，所述气缸底板、气缸密封座的外翻边和固定圈从上至下依次设置并通过螺钉固定在一起，所述螺钉和固定圈的底端之间从上至下依次设置有绝缘圈和绝缘衬管。

上述的一种电渣重熔炉的电极夹紧提升结构，其中，所述减速机和支撑座之间设置有减速机安装垫。

本发明的电渣重熔炉的电极夹紧提升结构，通过气动方式夹紧自耗电极，可以实现简单方便的装夹自耗电极，结构紧凑、优于过去传统的龙门式、钢梁桁架式单工位电渣炉型。

附图说明

图1为本发明的电渣重熔炉的电极夹紧提升结构的提升机构的结构示意图；

图2为本发明的电渣重熔炉的电极夹紧提升结构的夹紧气缸的结构示意图；

图3为本发明的电渣重熔炉的电极夹紧提升结构的提升结构与夹紧气缸的安装示意图；

图4为本发明的电渣重熔炉的电极夹紧提升结构的夹持头的安装结构图；

图5为本发明的电渣重熔炉的电极夹紧提升结构的夹持头的使用状态图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：

请参阅图1、图2、图3、图4和图5，本发明的最佳实施例，一种电渣重熔炉的电极夹紧提升结构，包括料杆1、提升机构2、夹紧气缸3和夹持头4。

料杆1包括料杆芯轴11和套设在料杆芯轴11外部的导电铜轴12。

再请参阅图1，提升机构2包括支撑座21、伺服电机22、减速机23和滚珠丝杆24，伺服电机22和减速机23分别设置在支撑座21上，减速机23和支撑座21之间设置有减速机安装垫26(调整安装基准平面)；伺服电机22通过联轴器25与减速机23相连；支撑座21上开设有上下贯通的通孔，该通孔内设置有滚珠丝杆安装座；滚珠丝杆24竖向设置在滚珠丝杆安装座内，且滚珠丝杆24的顶端与减速机23相连，滚珠丝杆24的底端游动于料杆芯轴11的中空内管内。伺服电机22通过联轴器25驱动减速机23，减速机23连接提升用滚珠丝杆24，实现旋转运动转化为直线位移运动；进而驱动料杆1的料杆芯轴11上下运动，实现料杆1的升降运动。

再请参阅图2和图3，夹紧气缸3包括气缸活塞31、气缸顶板32、气缸底板33、缸体34、导向座35、导向轴36、导向轴套安装角铁37和气缸密封座38，气缸顶板32和气缸底板33一一对应地固定在缸体34的上下端，气缸活塞31设置在缸体34内，导向座35设置在气缸顶板32和气缸活塞31之间，气缸密封座38设置在气缸底板33和气缸活塞31之间；导向轴套安装角铁37固定在气缸活塞31上，且导向轴套安装角铁37位于气缸顶板32的上方，导向轴套安装角铁37上设置有自润翻边轴承39；导向轴36设置在自润翻边轴承39内，且导向轴36的底端固定在气缸顶板32上；滚珠丝杆24的滚珠螺母法兰通过导轨支架与气缸活塞31的上端面相连接，气缸活塞31的下端面与料杆芯轴11的顶端通过法兰和螺母相连。导电铜轴12设置在气缸密封座38的底端，且导电铜轴12通过固定圈310与气缸密封座38连接在一起；气缸活塞31和导电铜轴12上分别设置有胶管接头311(冷却水流进、出口用)，且气缸活塞31上的胶管接头位于气缸顶板32的上方，导电铜轴12上的胶管接头位于固定圈310的下方。胶管接头311采用外螺纹宝塔接头，方便外接软管冷却水。气缸顶板32和气缸底板33的上面分别有一个螺纹孔通孔，方便外接外螺纹弯头或直接头，用以连接气路，实现气缸腔室的进回压缩空气动作。

导向座35和气缸活塞31之间、气缸密封座38和气缸活塞31之间、缸体34和导向座35之间、缸体34和气缸密封座38之间、缸体34和气缸顶板32之间、缸体34和气缸底板33之间分别设置有密封圈312(可采用不同规格)，各(不同规格)密封圈312起到气动腔室密封作用或水道水密封。

气缸密封座38上连接有与之一体成型的外翻边，气缸底板33、气缸密封座38的外翻边和固定圈310从上至下依次设置并通过螺钉313固定在一起，螺钉313和固定圈310的底端之间从上至下依次设置有绝缘圈314和绝缘衬管315。

夹持头4中的假电极保持器螺纹紧固固定在料杆芯轴11的底端。

请参阅图4，夹持头4包括夹持套41、电极接触块42、假电极保持器43、料杆密封圈44、假电极夹紧圈45、假电极夹紧绝缘套46和假电极夹紧绝缘圈47；夹持套41设置在导电铜轴12的底部，电极接触块42通过无磁不锈钢螺钉48固定在夹持套41的底端；假电极保持器43设置在夹持套41内，且假电极保持器43的顶端固定在料杆芯轴12的底端；料杆密封圈44和假电极夹紧圈45一上一下地设置在夹持套41和假电极保持器43之间；假电极夹紧绝缘套46设在所述假电极夹紧圈45和夹持套41之间；假电极夹紧绝缘圈47设置在假电极夹紧绝缘套46的底端和电极接触块42之间；假电极保持器43的外圆周上设置有若干精密陶瓷球49作为夹紧介质。

料杆芯轴12的底端设置有螺纹接口，假电极保持器43的顶端螺纹连接在螺纹接口内，且螺纹接口的顶端设置有钢制管塞410。料杆芯轴11和导电铜轴12之间设置有料杆过水隔板5(水流道分割用)；且料杆过水隔板5位于螺纹接口的上方。

本发明的电渣重熔炉的电极夹紧提升结构，电极提升利用伺服电机22通过联轴器25驱动减速机23，减速机23连接提升用滚珠丝杆24，实现旋转运动转化为直线位移运动；进而驱动料杆1的料杆芯轴11上下运动，实现料杆1的升降运动,进而完成料杆底部电极的提升；电极夹紧分成两部分，一部分为上部的夹紧气缸3驱动设计、一部分为执行假电极夹紧的夹持头4结构设计，提升芯轴与电极，通过假电极接触连接夹紧，接触、脱开通过上部的夹紧气缸3实现短距上下动作。

请参阅图5，在使用时，假电极的顶端位于假电极保持器43内，夹紧气缸3推动导电铜轴12相对料杆芯轴11滑动，挤压精密陶瓷球49夹紧，使精密陶瓷球49夹紧假电极。

提升机构2垂直方向设计提升行程满足熔化电极的行程需求，满足同轴向导电、提升电极、夹紧整体气动系统、结构紧凑。

由以上总体设计思路，电极提升利用伺服电机22驱动滚珠丝杠24完成提升；具体设计过程--某一规格(10t)设计参考：

预计算重量(合安全系数)2*10⁴kg，安全系数2，

则预计功p＝2*10⁴kg*9.8m/s²*76cm/min＝1.96*10⁵n*1.267*10^-2m/s＝2.5kw，

76cm/min，设计滚珠丝杠24的导程12.7mm，则单位分钟内转数为60rpm；

转矩＝9550*2.5kw/60rpm＝398nm。

预设轴最小轴径≧a³*(p/n)^1/3＝110*[(2.5kw/200rpm)]^1/3＝26mm(假设最大转速)，对应面积＝531mm²；则提升滚珠丝杠直径不小于26mm，提升芯轴环面积不小于531mm²。

伺服电机22选用msk100b-0200(最大转速4100rpm、最大扭矩102nm)，根据安装结构减速机23选用conedrive减速机(速比30:1、垂直空心轴输出轴径111/16＝42.8mm>26)。(conedrive减速机规格类型shv#35，shv代指model减速机类型、h同时代指hollow中空虚轴输出轴、v同时代指vertical输出轴垂直方向、#35代指减速机尺寸、查询得输出轴虚轴径111/16)

预得伺服电机22的轴转矩为398，则经减速机后对应电机转矩＝13.3<102nm；

伺服电机msk100b-0200的最大提升力＝t/r＝102nm/21.4mm＝4766n；

则经过conedrive减速机最大提升力＝4766n*30＝142990n；

对应重量＝14591kg>(12.5t)，

伺服电机22的最大进给速度对应的轴转速60rpm，

则经过减速机的电极转速＝60*30＝1800rpm<4100(伺服电机最大转速)，

电渣重熔炉esr的正常熔炼速速0～50kg/min可调，单位分钟内熔炼体积＝50/7.85＝6.37*10^-3m³，

对应最大电极熔炼单位分钟熔炼的最大高度(最小直径电极)

＝6.37*10^-3m³/(π*240²mm²)＝35.2mm<76cm/min(最快进给)，

伺服电机和减速机完全满足选型条件！

料杆芯轴11采用304不锈钢制成，料杆芯轴11的外径值和内径值分别为φ140mm和φ127mm，

料杆芯轴11的环面积＝π*(70²-63.5²)mm²＝2726mm²>531mm²(最小驱动轴径的面积)，

2*10⁴kg*9.8m/s²/2726mm²＝71.9n/mm²<σb＝520mpa，

上式中σb为室温下材料抗拉强度值，

内部水冷要求材料不能生锈迹，承重要求材料有一定的抗拉强度，故料杆芯轴11的材质选定304不锈钢。而且芯轴截面设计满足要求！

导电铜轴12采用t2紫铜材质制成，导电铜轴12的外径值和内径值分别为φ228.6mm和φ203mm，电源设计最大电流25ka，

导电铜轴12的环面积＝π*(114.3²-101.5²)mm²＝8677mm²，

设计导电铜轴载流量＝25ka/8677mm²＝2.88；

∈(2-6)(t2紫铜在20℃时单位面积载流量适用范围)，∈为(∈为数学集从属于符号)铜轴截面满足设计要求！

夹紧气缸3合计重560kg，所有附件自重560*9.8＝5488n；

重力向下的矢量方向，各相对滑移面简化合计摩擦系数0.2，则合计摩擦力＝5488*0.2＝1098n；设计安全推力系数1.5；

夹紧气缸3需提供向下推力≧(5488+1098)*1.5＝9879n，

根据整体气动系统设计

由整体设计，夹紧气缸3的压力设计值为0.5mpa，

△s＝9879/0.5*10⁶＝19758mm²，

即，夹紧气缸3有效腔室工作面积大于△s，则可以满足设计要求。

故夹紧气缸3的缸体的外径和内径设计为φ508*φ216，

s工作＝π(2542-1082)＝166039≧△s＝19758

夹紧气缸3满足设计要求！

电渣重熔炉esr的电极夹紧、提升接受设计所产生的效果，实现了同轴电流馈电，伺服驱动负反馈实时熔炼控制，简单方便的装夹自耗电极，结构紧凑，优于过去传统的龙门式、钢梁桁架式单工位电渣炉型

综上所述，本发明的电渣重熔炉的电极夹紧提升结构，通过气动方式夹紧自耗电极，可以实现简单方便的装夹自耗电极，结构紧凑、优于过去传统的龙门式、钢梁桁架式单工位电渣炉型。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。