125t精炼炉及其设备设计和优化方案分析

许亚刚

（中冶陕压重工设备有限庄里分公司，陕西 渭南 711711）

在一些大型的金属炼制生产加工中需要使用大型模具作为坯料，大型金属炼制的设计生产加工的质量将直接影响到大型锻件的质量，影响到一些重大装备的整体性能。因此在实际生产加工过程中需要加强对模具的设计和优化，解决当前大型金属模具设计生产中存在的缺陷，从而提升我国整体工业生产水平。

1 125t精炼炉的设计分析

在对125t精炼炉进行设计的过程中，首先需要把握其中的一些关键性参数和信息，然后对其进行科学合理的设置，才能够有效保证其最终的设计加工质量，保证最终得到的金属炼制满足实际使用需求。

（1）对精炼炉的形状进行确定。精炼炉的外观形状是设计工作中首先需要进行确认的一点。如果只从锻制的角度来进行分析，在精炼炉设计中是一个圆筒形的炉体，但是在此种结构形体之下，在炉体上配置有2～4个风管、一个炉口和一个出铜口，可作360°回转[1]。如果生产制作一些金属炼制，传热慢带来的影响可能较小，不会影响到最终精炼炉的加工质量，但是在面对大型的金属炼制生产加工时，其带来的影响将会较大，因此，在确定其形状时选择多角的棱柱体形式，其棱角个数最好设置在16个以上。

（2）确定精炼炉的高宽比。在精炼炉设计中炉身的高宽比也是必须进行设计的重要参数。炉身的高宽比主要指的是炉身高度与炉身中部位置之间的比值，在对125t精炼炉进行设计的过程中，如果将精炼炉的高宽比设置越大，则意味着炉身的外观更加的细长。此时125t级精炼炉的表面会有更大的散热面积，在进行金属炼制的过程，其表面的结晶速度相对而言会更快，因此在此过程中产生的偏析会显得更少[2]。但是其存在的缺陷也较为明显，高宽比数值越大表示炉身的高度越高，此时炼制过程中产生的气体和杂物较难上浮，无法顺利的将其排出，而且金属还有较大的可能出现纵向热裂纹，对最终成型质量造成十分严重的影响。但是在设计时将高宽比数值设定过小，也会引起成分偏析情况加重，也同样会影响到最终的质量。因此在设计125t精炼炉时，通常将炉身高宽比数值设定在1.7～2.1之间，平均取值维持在1.9左右。

（3）确定炉身的锥度。为了让设计生产完成的125t精炼炉顺利脱模，在设计中需要让炉身保持一定的锥度，考虑到炉身的致密度问题，在进行锥度设计时通常采用倒锥度设计方式，选用上大下小的形状。如果只从脱模的角度来考虑炉身的锥度，只需要将其锥度设置为1%～1.5%就能够实现。但是在实际设计中考虑到减慢炉身的上部区域的凝固速度，往往会适当增加炉身的锥度，尤其是面对125t级大型炉身设计加工时，综合各方面因素考虑，常将其锥度设置到5%左右。

（4）确定炉身的头部、尾部设计。对于炉身的头部设计主要需要对炉身的帽容比计算来进行确定，为了能够平衡各方面因素带来的影响，在实际设计工作中通常将炉身的帽容比设定在15%～18%范围之内，并对绝热板的厚度做出有效选择，根据炉身级别不同，取值范围为50mm～80mm。对于精炼炉尾部的设计主要制作成为锥台形，使金属在炼制的过程中能够平稳的上升，有助于提升炉身尾部表面的质量。除此之外，考虑到炉身的脱模问题，精炼炉的头部直径应当与尾部直径相差60mm以上。

（5）确定炉身的转角半径。所谓转角半径主要指的是炉身两相邻边形成的弧形半径，通过将相交边设置成为弧形，能够有效避免其出现角部裂纹，通常在设计中转角半径数值为30mm～50mm之间。

2 125t级炉身模具的设计分析

通常对精炼炉的设计主要可以分为两个部分来完成，分别对炉身结构和炉身厚度进行设计，下面对其具体设计展开探讨。

（1）精炼炉结构设计。精炼炉结构通常可以分为两种：整体式结构和分体式结构。其中整体式结构常常被用在一些较小的金属加工生产之中，而对于125t精炼炉的结构设计一般都采用分体式结构，将炉身和底盘制作成为两个单独的部分，这样的设计方式相较于整体式结构有着较多的优点：①降低炉身生产制作的难度和成本，提升炉身生产制作的效率；②在炉身生产加工过程中，尾部区域的工作环境最为恶劣，也是实际浇铸过程中最为容易出现损坏的区域，将此部分单独进行制作，出现损坏后能够更加容易替换，进而降低精炼炉生产成本；③在该种结构下能够更为容易清除精炼炉内部的残渣，提升金属炼制生产加工的质量。

（2）精炼炉壁厚度设计。在对精炼炉壁厚度进行设计的过程中，主要需要考虑炉身的稳定性和强度两个方面的条件，保证炉身在完成使用之后不会出现较大幅度的变形。然后以此作为基准条件，降低炉身的厚度。较小的炉身厚度不仅能够节省模具制造所需材料，而且更有助于金属炼制的散热，缩短其冷却的时间。从目前的实际设计情况来看，对于模具厚度的确定还没有明确的公式和理论，我们在对炉身厚度进行确定时主要依据炉身和经验公式来完成。首先对于精炼炉的重量通常设置为钢锭重量的1.1～1.2倍之间，在明确需要炼制金属的重量之后，再以此计算出炉身的平均厚度。

3 125t精炼炉及其设计优化方案探讨

大型的精炼炉生产加工有着更多的影响因素，这些影响因素将可能造成最终生产出来的炉身重量与设计出现较大的差异，影响到后期对炉身的有效使用，而且大型精炼炉生产过程中质量控制也更难。如果设计中某个小的环节出现问题，都可能会对最终的加工质量和加工精度造成较大的影响。因此，在实际的设计工作中，在完成各部分设计工作之后，需要应用当前先进的电脑软件进行仿真加工制作，如：ProCAST、AFS Solidification system、Flow-3D、FIDAP等软件，通过这些软件能够对整个生产制作过程展开模拟，然后找出其中存在着的缺陷问题，对设计方案做进一步的优化。

4 结语

综上所述，125t精炼炉设计是一个十分复杂的系统性工作，其中涉及到的影响因素较多，需要设计人员具备较为充分的设计经验，对其中一些关键性参数加以妥善的处理，这样才能够有效提升最终设计的准确性。同时，在设计工作中还需要善于对各类型设计仿真软件的应用，通过实验仿真，找出设计方案中存在着的缺陷，然后对自身的设计方案进行优化，才能够更好的提升其科学性和合理性。