文章编号：1004-0609(2010)S1-s0865-03

低压力压制的圆形电极

胡宗式，李  渊，杨  萌

(咸阳天成钛业有限公司，咸阳 712000)

关键词：

海绵钛；电极；密度；

中图分类号：TF804   　     文献标志码：A

Circular electrode pressed under low pressure

HU Zong-shi, LI Yuan, YANG Meng

(Xianyang Tiancheng Titanium Industry Co., Ltd., Xianyang 712000, China)

Abstract: The electrode block with density of 3.15 g/cm³, dimension of d 440 mm×475 mm, mass of 230 kg was produced by 35 MN oil hydraulic press under pressure of 230 MPa.

Key words: sponges titanium; electrode block; density

将海绵钛压制成电极是钛及钛合金熔炼的第一道工序。从熔炼的角度看，要求电极的密度要高，电极的截面积要大，这样熔炼的效率高。真空自耗电弧炉的坩埚是圆形的，要求电极也是圆形的，电极和坩埚内壁的间距是相等的，放电是均匀的，熔炼的铸锭表面更好；圆形电极截面和坩埚内径的面积之比也   大，同样长度的电极，质量更大，一次熔炼锭的质量更大。在电极组焊时，圆形电极更方便。长方形电极，一套模具可以组装不同规格的电极。圆形电极所用的模具较多，每一种规格一套模具，这是圆形电极的缺点。按单位面积上的压力计算电极的尺寸，压机的能力决定了电极的最大截面，例如35 MN压机，它的电极规格为d 380 mm，对应的坩埚为d 440 mm。天成钛业电弧炉的坩埚系列为d 380 mm, d 440 mm, d 520 mm, d 620 mm。想要生产d 600 mm的二次锭，一次锭的规格为d 510 mm，一次电极的规格d 440 mm。此时压力为230 MPa(见表1)，在通常情况下，压强至少为300 MPa，在230 MPa下是不能压制的。为了生产能顺利进行，必须用3 500 t压机，压制d 440 mm电极。

1  理论分析

海绵钛电极压制，一般压制压强不小于300 MPa，电极的密度不小于3 g/cm³。在实践中，有的公司将单位面积上的压力定为340 MPa，密度大于3.2 g/cm³。再提高单位面积压力，密度增加有限。我公司使用的压机为35 MN，三梁四柱海绵钛电极压机。设有d 320 mm，d 380 mm和d 440 mm 3种规格的模具。表1列出3种规格电极所用压力。由表1可以看出，d 440 mm电极所用压力明显不足。设想用带锥度的模具达到电极成形的目的。

表1  3种规格电极所用压力

图1所示为圆形电极模具的连续挤压的示意图^[1]。俄罗斯某一工厂使用这样的方法，在国内还没有使用过。借用这样的结构，探讨用锥形模具，在单位压力不足的情况下，压制d 440 mm电极。采用有限元方法对坯料的变形情况进行分析(见图2)。模具的直线部分直径为460 mm，锥度结束时直径为440 mm。由图3可见，在由边缘至中心1/5直径范围内，至少压缩     6 mm。主要的变形在外表面，这样在电极的外表面形成一个壳，厚度在30 mm左右。壳的部分密度较高，可以承受整个电极的质量。按俄罗斯的资料，海绵钛电极压制后电极的密度达到3 g/cm³时，它的断裂强度为1.3 MPa(见图3)。按此计算如果在外层形成密度大

图1  圆形电极模具示意图

Fig.1  Schematic diagram of circular electrode block mould

图2  电极变形区变形的有限元分析

Fig.2  Finite element analyses of electrode deformation zone

图3  电极块断裂强度、密度与挤压应力的关系

Fig.3  Relationships among pressure, density and fracture strength

于3 g/cm³的壳，厚度在3 cm，那么，可以承受50 020 N的压力。

2  实验

利用d 320 mm模具压制d 320 mm电极，测量不同压力下电极的高度，计算出不同高度电极的密度。应用Origin 6.0软件得到d 320 mm电极的密度和压强的关系如图4所示。得到回归方程为

y=y₀+A₁exp(-x/t₁)                            (1)

y₀=6.632 76, A₁=-5.273 45, t₁=572.044 69

图4  d 320 mm电极压制压力与电极密度的关系

Fig.4  Relationship between pressure and density of d 320 mm electrode

d 440 mm电极模具上端的直径为 460 mm，下端的直径为 440 mm，高度为1 000 mm。2次装料230 kg。压制后电极高度为475 mm，电极的平均密度为3.15 g/cm³。将压力230 MPa代入回归方程(1)，得到密度为2.8 g/cm³。压制后的电极密度整体提高0.35 g/cm³，密度约增加10%。说明电极经过锥度部分的变形，能提高电极的密度。从电极的端面看，有密度加大的壳层，其厚度约30 mm。用6块电极焊接成1根长度为2 850 mm，质量为1 360的电极，熔炼情况正常。

3  结论

采用带锥度的模具压制电极，在海绵钛电极的柱面形成密度加大的壳层，对电极起到加固的作用，既使内部密度较低，又不影响使用，从而实现在低单位压力下，压制较大截面的电极。

REFERENCES

[1] 稀有金属材料加工手册[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1984: 370.

(编辑 陈爱华)

通信作者：胡宗式；电话：029-38176776；E-mail: huzsh@sina.com