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)
摘 要:采用35 MN海绵钛压机在230 MPa的压力下,压制密度为3.15 g/cm3、尺寸为d 440 mm×475 mm、质量达230 kg的电极。
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
![](/web/fileinfo/upload/magazine/11365/275441/image001.jpg)
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
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图1 圆形电极模具示意图
Fig.1 Schematic diagram of circular electrode block mould
![](/web/fileinfo/upload/magazine/11365/275441/image005.jpg)
图2 电极变形区变形的有限元分析
Fig.2 Finite element analyses of electrode deformation zone
![](/web/fileinfo/upload/magazine/11365/275441/image007.jpg)
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
![](/web/fileinfo/upload/magazine/11365/275441/image009.jpg)
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)
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