1、矿热炉
1.1.1 电极把持器的作用和分类
电极把持器是电炉机械设备的重要组成部份，它的作用有如下三点：
1. 将强大的电流传递给电极；
2. 将铜瓦牢固地加紧在电极上；
3. 配合压放和升降电极。
电极把持器悬挂在炉口的上方，
全部构件都处于高温区，承受着炉口
辐射和炉气的作用，而且通电部位还
会产生热量，不通电部位因感应电流
感应也要发热，以必须通水冷却。把
持器的结构，要求尽量简单、电损耗
小、操作方便、检修时更换容易、材
质要求在高温下有较高的机械性能，
并具有和绝缘隔磁的性能。
电极把持器根据构造的不同，可
分为吊挂式和横臂式两类，用的较多
的吊挂式，横臂式大多用在功率不大
，电极直径较小的炉子上，其装置与
炼钢电炉上的电极装置相似。以下仅
对吊挂式电机把持器进行综述。
环、导电铜瓦、吊挂装置、水冷大套、
电极把持筒和横梁等组成，实为电极
把持器系统；窄义讲则仅指使铜瓦压
紧电极的那部分装置。电极把持器使
铜瓦压紧电极的装置形式是很多的，
目前国外采用较多的有气动弹簧式、
液压波纹管式，油马达传动的锥形环
式及水压橡皮膜式等。鉴于我国的技
术水平，目前国内矿热炉常见的有液
压一锥形环式电极把持器（图2-1） 图2-1 液压一锥形式电极把持器
和水平项紧压力环式把持器（图2-2）。 1－铜瓦；2－锥形环；3－吊架；4－护板； 5－电极把持筒；6－横梁；7－松紧油缸；8－吊杆； 9－弹簧；10－顶杆；11－压放抱闸；12－压放油缸；13－槽钢
图2-2 水平项紧压力环式把持器
1－电机壳；2－压力环；3－铜瓦；4－密封套装置；5－压力环上吊环；
6－铜管；7－铜瓦吊杆；8－夹布输水胶管；9－水管；10－无缝钢管油管；
11－下把持筒；12－铜管；13－电极密封装置；14－硅酸铝纤维毡
2.1.2电极夹紧环
（2）整体型锥面电极夹紧环
整体型锥面电极夹紧环，简称锥形环，是一个整体构件，里环断面带一倾斜角。材质可用非磁性钢或普通钢，有铸造件和铆焊件两种。用非磁性钢制造的能减少电损耗，但造价昂
贵，焊接技术又要求高。也有现代大型矿热炉电极夹紧环多数采用不锈钢制作。多采用普通厚钢板焊制，为了切割磁路，中间用非磁性钢板将加紧环分成两半再焊接而成。
木器时代
图 2-3 整体锥形面夹紧环
锥面电极夹紧环压紧铜瓦大多是与松紧油缸配合实现的。如图所示，铜瓦对电极的压力是靠四个松紧油缸提升锥面夹紧环而得到的。
图2-5所示为松紧油缸的结构。油缸有上下油腔（图示为左右油腔）。活塞杆有一定的
图 2-4 松紧油缸
行程，弹簧装在另一单独腔里。正常工作时，铜瓦压紧电极，油缸可有两种工作状态；一是油缸上下腔不通油，依靠被调至工作状态的弹簧力量，通过拉杆将锥面夹紧环提升到上限工作位置，加紧环向铜瓦加压，铜瓦又将压力传递给电极，压力可达0.5~1.5公斤／厘米²；二是，如果上述压力不能满足工作需要，可向油缸的下腔通油，弹簧和压力油联合作用即可增压加紧环对铜瓦的压力，使铜瓦对电极的压力可达到1~1.5公斤／厘米²。
压放电极时，松紧油缸也可有两种工作状态：一是带电压放，松紧油缸上下腔都不通油，电极压放油缸或电极升降油缸克服铜瓦与电极之间的摩擦力，实现电极压放；二是停电压放电极，这种情况多数是因为带电压放遇到困难，此时松紧油缸上腔通油，弹簧被进一步压缩活塞杆带动拉杆下移，夹紧环处于下限位置，与铜瓦脱开，铜瓦对电极没有压力，压放电极即可顺利进行。
锥面加紧环的倾斜角一般选用6°~18°，当铜瓦对电极的压力一定时，倾斜角越小则夹紧环拉杆的拉力越小，松紧油缸的弹簧和液压油的压力选用得就越小，但倾斜角不希望小于6°。倾斜角越大，则锥面夹紧环形拉杆上的拉力越大，松紧油缸的弹簧和油压选用得就要越大。
valsalva动作 松紧油缸的行程过去大多设计成30~40毫米，在实际应用时显得过小些。当夹紧环倾斜角选用15°，油缸行程为40毫米时，夹紧环与铜瓦在水平方向最大仅能产生不足11毫米的间隙，若电极下部烧结稍有变形，压放电极就相当困难，甚至压放不下来，所以实际应用时希望油缸的行程略大些为好。
图 2-5 水平夹紧式液压缸压力环
1－半环；2－销轴；3－耳环；4－压力环套筒；5－油缸；
6－缸筒法兰；7－活塞；8－密封圈；9－压力环套筒装配；10－丝杆
（3）水平顶紧液压缸压力环
前三种电机夹紧环都存在一定缺陷，使用中有一定的局限性，最近十年对电极夹紧环进行了大量的研究和使用，多年的使用实践证明，水平项紧式液压缸压力环。因为是水平压力项紧，铜瓦受力均匀、平衡，不像锥形夹紧环那样多块铜瓦不易同时压紧，强行拉紧又易损坏设备，所以水平液压压力环在现在大型和中性矿热炉上得到广泛应用，对于现有旧式铜瓦压紧环正在进行改造和更换。现在中国新设计的矿热炉多采用水平项紧式液压缸压力环如图2-6所示。
（4）波纹管压力环
在近些年来引进德马克公司先进设备时，采用波纹管压力环，波纹管压力环在结构上是合理的，工作状态有液压机构拉紧铜瓦，液压时，由于波纹管收缩力稍许离开和减压时铜瓦的压力，放完电极后在自顶铜瓦。经过多年使用，效果良好，安全可靠。但波纹管材质合
适的材料
制作，波纹管压力环，如图2-6示。
图 2-6 波纹管压力环
1－出水管；2－进水管；3－轴销；4－隔水板；5－波纹管组件；6－吊耳；7－油管
2.1.3导电铜瓦
导电铜瓦是电炉的关键性部件。它的作用主要是将电流传递给电极，并在一定程度上影响电极的烧结。它的工作条件是最为恶劣的，经常在高温、热炉气和浓尘下工作，当炉况不正常，出现刺火现象时条件就更差，更易使铜瓦过早损坏。铜瓦工作的另一特点是：它与电极的接触不是固定的，须随着电极的不断烧损而经常定期改变与电极的接触部位，这也使它的工作条件变坏。
为此对铜瓦的要求应该是：导电性能好、耐高温、高温下有一定的机械强度，结构上应简单，便于更换等。
铜瓦接触面积的设计，一般先选定电流密度然后根据公式计算确定。电流密度可在1~2.5安培／厘米²范围内选取。
海曼明斯基每块铜瓦的电流强度
每块铜瓦与电极的接触面积F=
式中 I极 － 中国质量万里行每相电极的线电流（安培）
n － 每相电极的铜瓦块数
δ－ 铜瓦的电流密度（安培厘米²）
铜瓦的块数：一般电极直径大于900毫米每相不少于8块；电极直径小于900毫米者，每相在4~6块之间;铜瓦的宽度要考虑相邻两块铜瓦的间距，这个间距的大小在一定程度上会影响电极的烧结，不可忽视，一般两块的间距为30~40mm。铜瓦的高度：在上面算出的接触面积的基础上，考虑所受径向正压力的大小和经验数据等因素确定，一般取等于或小于电
极直径。一般在800~1000之间合适。铜瓦中心受力点的高度，通常取铜瓦高度的2／5~1／2左右，电极夹紧环的夹紧力就作用在此位置上。铜瓦的安装高度，应使在正常冶炼情况下与料面保持一定的距离，一般在150mm左右合适；电极糊的烧结高度应在铜瓦高度的1／3~1／2附近处。
12500千伏安电炉铸造铜瓦尺寸为：长1000毫米、宽320毫米、厚80毫、重217公斤、锻造铜瓦长850毫米、宽380毫米、厚80毫米、重量200kg。
铜瓦的结构类型比较多，根据导电铜管与铜瓦的连接方式可分为两种：一种是压盖式，如图2
篮球规则的演变 图2-7 压盖式铜瓦 图 2-8 抽头式铜瓦
铜瓦的正上方有一带半圆形槽的凸台，导电铜管用带半圆形槽的铸铁压盖通过螺栓压紧在铜瓦的槽内；另一种为插头式，其结构如图2-9所示，在铜瓦上部伸出两根内带锥面的铜管，连接时，导电铜管带外锥面的接头插入到铜瓦的内锥面管中，配合锥面要求加工良好，锥度要求一样，配合压严后在接缝处用银焊或锡焊条封焊。上述两种铜瓦在装配时都
要求将配合表面用细纱布打磨光洁，去掉氧化层和附着物，以保证接触和焊接质量。
在铜瓦正面的中下部，铸有一长方形凹槽，用来放置绝缘垫和铸铁压块有两种，一种是扁平的长方体，适合于水平顶紧；另一种是带一斜面的楔形体，适用于锥形环压紧。也有没有凹槽，而是在铜瓦上直接铸出一斜面凸台。电极夹紧环的力就作用在铸铁压块或斜面凸台上。
铜瓦内部必须通水冷却，所以内部铸有冷却水管，冷却水管一般采用管壁较厚的无缝钢管或铜管。也有不用冷却，空心部铸造时直接铸出，但对铸造技术要求较严、废品率高，故采用较少。
铜瓦的制造质量，对延长铜瓦的使用寿命有较大的影响。首先要很好地选用材质，目前普遍采用铜合金铸成，常用的有ZH96黄铜、AQsn3-7-5-1铸锡锌铅镍青铜等，一般认为黄铜比青铜好。国外除采用黄铜外，似以紫铜铸造为多。尚有采用电解铜锻造的。
锻造铜瓦是最近几年新发展起来高效节能铜瓦。由于铜瓦是用锻轧厚铜板，经深钻孔后再挤压成型，最后封孔。水直接冷却铜瓦体的直冷式铜瓦，致密度高，导电效果良好，所以是目前较新式铜瓦，正在大量推广使用。如图2-10所示。
但总的来看，对铜瓦材质及其制作方式的认识还没取得一致的看法，对如何选择电损耗少、制造容易、经久耐用、价格低廉的材质、尚需进一步的研究和实验。当然铜瓦的材质只是问题的一个方面，与铜瓦相接触的电极壳表面质量的好坏，也是延长铜瓦寿命很重要的因素。
图 2-9 锻造铜瓦
1－铜瓦本体；2－绝缘垫板；3－铜管；4－铜接管；5－铜瓦吊耳；6－堵块
铜瓦的铸造应该使组织致密，不得有铸造缺陷，浇冒口一般最好不要设在铜瓦的底部，铸件表面要求光洁无毛刺，加工部位（尤其是与电极壳和导电铜瓦的接触面）要确保加工质量，铸造时应使冷却水管与铜合金良好接触，水管要畅通，不得渗漏，要做水压试验，试验合格方能使用。
玻璃模具
铜瓦是一种价格昂贵的零件，更换它需要较长的停炉时间所以冶炼过程中认真仔细地维护好铜瓦，尽量延长其使用寿命，将是使电炉高产低耗的一个重要途径。如何才能维护好铜瓦呢？首先应该控制好炉况，避免发生“刺火”，刺火时局部温度很高，对铜瓦的威胁很大；
要控制好料面高度，不能使之与铜瓦底面接触，料面与铜瓦间必须保持大于150毫米以上的间距；加料时不能将料加到电极把持器和铜瓦上；要定期清除挂在铜瓦、电极壳表面和电极夹紧环上的炉灰；紧铜瓦时，要使各铜瓦受力均匀，压力适中，使铜瓦与电极的接触良好，避免打弧；要经常检查铜瓦的冷却水是否畅通，有无漏水现象，出水温度是否正常，一般出水温度为45°~50°C；要保持各绝缘部位的绝缘良好，相邻铜瓦的连接件之间、铜瓦与电极夹紧环之间、铜瓦与把持筒之间一般都要加绝缘，如果绝缘被破坏，则将有分路电流产生，从而会使某些零件过载和烧损。
