1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）
1.1题目背景、研究意义
石墨电极属于LF炉功能发挥的核心部件，石墨电极直接影响LF炉加热精炼工艺的顺利进行和生产成本的高低，然而电极接长站又是石墨电极不可或缺的一部分。工作中，电极臂以下任意两根电极的长度差超过150mm时，需调节电极，使电极臂以下的长度相等，电极的下端处于同一端面上，当三相电极中的任意一相没有调整的余量时（电极臂以上长度＜300mm），需要更换电极【1】。炉底寿命短、维护困难是直流电弧炉的一大缺点，而对于水冷钢棒型直流电弧炉则尤甚，底电极套筒砖的熔损过快与整个炉体耐材的长寿不匹配，但底电极套筒砖的熔损却给整个炉底带来破坏性损坏，一旦电极套筒砖熔损，则在底电极套筒砖附近的捣打料烧结层会随着底电极的通电而脱落，形成倒锥体形孔洞，且孔洞会越来越大，越来越深，最后导致三根底电极处的倒锥体形孔洞扩大到相互连通，炉体严重熔损而不得不提前进行大修，不但影响产能，而且大大增加了炉子的耐材成本【2】。因此电极接长操作的机械化水平及研制新型高效的电极接场站具有重要的意义【3】。
本题目涉及到机械、结构设计、电子、液压等方面知识，来于自工程实际，具有很高的实用价值。
1.2国内外相关研究情况
在国内外有大量的此方面的研究，如株洲电炉厂就进行了铁合金炉的电极拧紧机构的设计。电极拧紧机构以前已有机械式、气动和液压联合式，这里叙述的是气动式电极拧紧机构。气动式电极拧紧机构由上、下抱闸及气缸、杠杆（摆杆）、弹簧、拉杆、松紧器、锥形环等组成。整个机构全部采用气动【4】。见图1和图2

（1、支架1  2、气缸 3、支架2 4、接头 5、销轴 6、滚轮 7、杠杆（摆杆） 8、压头 9、吊耳 10、法兰 11、弹簧 12、支架3 13、上拉杆 14、松紧器 15、下拉杆 16、锥形环）
图1气缸、弹簧机构图

图2气囊抱闸图
上气囊抱闸固定在钢平台上，常处于不抱状态；下气囊抱闸联在上把持筒（悬挂筒）顶部，处于长抱状态，随着把持器一起运动，上、下抱闸交错工作，为防止电极自重下滑，上、下抱闸之间采用电器连锁。气缸是由一个焊于上把持筒上的支架1吊住，并加一卡环限制其摆动。支架2和支架3同样焊于上把持筒来导向和支承弹簧。大家知道气压比液压压力低很多，因此气缸的体积大，同时期拉力也比液压缸小，故特地设计一杠杆便于气缸的安装和增力。杠杆是纯固定支点作摆动。见图3为防止导向杆和拉杆在运动过程中发生变形，在杠杆板上设计了腰圆孔来满足运动的需要。为了减小机构运动的阻力，设计了两个滚轮使腰圆孔中的运动由滑动变成了滚动。整个机构的气源由移动式空气压缩机和储气罐提供【5】。
  

图3杠杆（遥杆）
目前国内炼钢车间所用的电炉或精炼炉石墨电极接长手动工具有抱箍式及扳手式两种工具类型。抱箍式工具是先将圆形抱箍固定在电极上，再通过转动焊接在抱箍上的3-4个手柄（形如轮船方向舵），将电极拧紧接长。其存在的不足是：抱箍在电极上的固定是靠分别装在抱箍两开闭口边缘的螺栓及用螺母来实现的，装拆时间长，且需附加工具，另外抱箍夹紧力大小全凭手动操作感觉，时松时紧。在转动抱箍手柄逐渐拧紧接长电极时，其转矩大小也全凭手感经验，如拧紧过余，则会损伤石墨电极，如拧紧太松，则会影响电极接长质量，增大接触电阻，降低炼钢电能的有效输入。抱箍式工具因其手柄焊在抱箍上，为增强结构强度，抱箍板应具有一定厚度，故使工具较重。另外由于其结构特点限制了转动手柄的长度，因此拧紧操作较吃力。扳手式工具由钳口及扳手手柄组成，操作时先将其活动钳口钳住电极，再通过转动扳手手柄拧紧接长电极。其存在的不足是:拧紧接长转矩大小也全凭手感经验，与抱箍式工具类似。这里介绍的一种新型石墨电极接长力矩扳手。这种扳手已获得国家专利（申请号：ZL00244326.0），并已成功应用于多项电炉或精炼炉工程中。该扳手结构简单巧妙，重量轻，操作方便快捷，自适应性好，可保证石墨石极在最佳拧紧状态下所需转动力矩的大小适中。其电极接长力矩扳手的结构及工作原理如图4

图4电极接长力矩扳手机构原理及力学模型图
图4为电极接长力矩扳手的机构原理及力学模型图。如图所示，力矩扳手由抱箍、齿块、铰接销、扳夹杆、挡块、弹簧、顶杆、手柄等组成；θ为档块上的斜面与纵坐标轴线所形成的角度，δ为顶杆中心线与档块上的斜面的法线所形成的角度，O点为电极的旋转中心，O1点为扳夹杆上的齿块与石墨电极外径的接触点，O2点为扳手抱箍与板夹杆的铰接点、A点为扳夹杆与手柄的铰接点，B点为F作用力在手柄上的作用点，C点为顶杆与档块斜面上的接触点，D点为顶杆与手柄的铰接点，E及G点为弹簧力在手柄和顶杆上的作用点。理论上将当顶杆中心线与档块上的斜面为90°+δ角时，只要δ大于顶杆作用在档块斜面上所形成的摩擦角。当扳手转动力矩接近电极最佳拧紧状态所需值时，手柄即绕A点转动，同时顶杆与扳夹杆上的档块斜面产生相对滑移，直至顶杆与档块上的斜面接触脱离，进入档块上的凹槽中，此时作用在扳手上的力矩突变卸载，电极接长拧紧结束。其中电极最佳拧紧状态所需力矩的设定，需根据顶杆作用在档块斜面上所形成的摩擦角以及所需弹簧力大小的优化来实现。本实用新型结构紧凑、体积小，工作寿命长，操作适应性强，制造成本底，易于安装、维护和维修，可广泛应用在炼钢车间电炉或精炼炉石墨电极的接长以及其它需设定转动力矩值大小类似工具的应用领域中。新疆新鑫矿业股份有限公司阜康冶厂对石墨电极夹具进行了改进，改造前夹紧机构，依靠空压机压缩空气，推动双向气缸左右受力，挤压预紧弹簧，伸长力臂，带动拉带“包裹”电极。如图5

图5改造前包裹型
改造前的这种设备电弧炉投入试生产以来，由于部件制造的缺陷，夹持石墨电极的夹紧机构，C型铜头与石墨电极直径大小与夹头内弧面不吻合，径向夹持拉紧的力量，小于轴向电极垂直下降插入物料的力量，易造成电极倾斜，频繁出现定位C型内表面的电击，从而造成Φ152~Φ156石墨电极夹持不紧，连接夹持构件，有在1400℃的高温灼烧，发生Φ18*200销轴连杆加热受力发生弯曲，拉带孔与销轴熔焊，悬臂云母绝缘套管导通等一系列故障。连续几个月，设备运转率较低。特别是C型预埋水道铸造黄铜夹头，与石墨电极相吻合内弧表面，加工工艺困难，费用较高，修复周期长，严重影响电弧炉每天的熔炼生产。改造后重新设计制作夹紧机构，机体选用碳钢制作，以圆环定位，机体通水冷却，夹紧机构以舌型圆弧夹紧块紧密压紧石墨电极。整体部件不易打火，电击发热松懈，夹紧机构，依靠空压机压缩空气，推动气缸活塞左右受力，挤压预紧弹簧，伸长力臂，带动中心定位的连杆上销头，向前移位，下销头向后移位，带动下部铰链定位三角块，中部销孔带动以舌型圆弧夹块向后移位，电极松懈，反之，电极夹紧，这种夹紧机构使得石墨电极在悬臂圆环定位中，垂直受径力压力，圆环定位内的刚性贴片微压入石墨电极表面，从而消除石墨电极径向自由度，以“钳型”的方式将电极被牢牢锁紧。若电极直径侵蚀脱灰变小，可以利用螺纹杆微调力臂长短，二次再夹紧电极，使得石墨电极上的径向推力始终≥3MPa消除高温状态下的孔拉长、轴弯曲、拉杆的微变形造成下滑现象。改造后的机构，整体或局部所有部件都以铰链销轴连接，易拆卸，好更换，特别是在生产过程中，高温条件下更换零部件时间短、操作方便【6】。见图6

图6改造后“全冷定水套”

2研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施
2.1本课题研究的主要内容
 本课题主要内容为电极接长站的设计，包括电极拧紧装置、电极卡紧装置以及典型零件的加工工艺，其中电极拧紧装置是电极接长中重要的一部分，其合理性与可行性，更多的反映于生产的效率以及经济成本上面，以往的电极拧紧装置在夹电极方面操作人员的经验占有很大的因素，在松紧力度上把握不够科学化，因此可以在电极拧紧装置的这个方向上寻找突破口，以求创新。电极卡紧装置重要性与电极拧紧装置相当，其在确保电极是否变形以及电极是否完全接上，起了决定性作用。故对电极卡紧装置的设计也是提升电极接长站整体性能的关键环节【7】。通过设计典型零件的加工工艺旨在熟悉掌握典型零件的工艺设计、如何确定工序、还有刀具、夹具及数控车床如何的选用以及制作工序卡片等。
2.2本课题研究方案
2.2.1改进电极拧紧装置
   目前市场上电极拧紧装置主要有两种方案，分别为半包式和全包式。半包式在电极夹紧的松紧程度控制上效果不佳，而全包式则克服了此种现象的发生，因此本次设计拟定以全包式为设计设计方案设计电极拧紧装置【8】。
2.2.2改进电极卡紧装置
目前市场上的电极卡紧装置缺少对电极卡紧位置的限制，从而容易导致电极扭曲或断裂，本次设计拟定以增添限位杆，从而准确的确定电极卡紧装置的范围。
2.3本课题的研究方法或措施
a、 查阅相关文献，搜集有关的资料。初步了解电极接长站的发展及应用。
b、 通过进入工厂参观实物，对电极接场站的结构、工作原理、特点有进一步的了解。
c、 设计并制定出所有电极接长站结构部件的尺寸，通过计算选取标准化零件。
d、 设计电极接长站的电极拧紧装置和电极卡紧装置。
e、 用CAD软件画出电极接长站的全部设计图和零件图。
f、 选择典型零件并完成设计其加工工艺。
g、 完成相应的论文报告。
2.4本课题的研究重点及难点，前期已开展工作
2.4.1本课题的研究重点及难点
本课题的研究重点在于电极拧紧装置设计的合理性，这是电极接长站的核心部件，对确保电极有效的接长起着关键性作用。难点在于根据电极拧紧装置设计其配套的电极卡紧装置、把持筒、平台等相关装置。 
2.4.2本课题前期已开展的工作   
  通过网上搜取、图书馆查阅，以及观看相关专利视频文章等，发挥各个渠道作用加快了解电极接长站的机构及其组成和工作原理；并为进一步详细的设计做好充分准备。
2.5完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）
第01-03周：查阅资料，了解工作原来及特点，完成基础知识的积累并撰写开题报告；(2013年11月15日-12月10日)
第04-06周:论证，深化方案具体实施步骤；（2013年12月11日-12月27日）
第07-10周:电极接长站的具体方案设计，图纸绘制，准备中期答辩；（2013年12月30日-2014年3月12日）
第11-15周:毕业论文，论文修改，准备毕业答辩；（2014年3月17日-2014年4月23日）

指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）

指导教师：         年   月   日
所在系审查意见：