作者：张莉 董中奇 韩提文 梁海军 曹珍 本文字数：2438
[摘 要] 以真空非自耗电弧炉设备系统设计开发研究科研项目为背景，探索将科研成果转化为应用型技术本科优质教学资源的途径和方法。通过对电弧炉设备系统设计开发研究，构建了新型的电弧炉设备，使熔炼操作安全、节能，便于学生动手试验操作，促进了学生的创新能力，极大地提高了冶金技术专业本科生的教育教学质量。
[关 键 词] 电弧炉设备系统;科研成果;教学资源
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）36-0126-02
高校作为人才培养的主阵地，更要引导、激励科研人员教书育人，注重知识扩散和转移，及时将科研成果转化为教育教学、学科专业发展资源，提高人才培养质量[1-6]。应用型本科以科学知识和技术成果的应用为导向进行办学[2]，其课程的教学要求培养学生的实际应用能力以满足行业的实际需要、构建学生解决实际应用问题的核心素养[7-12]。由于行业本身具有综合性、实用性的特点，近年来，用人单位对学生学以致用的能力要求日趋提高，这就要求应用型课程的教学更加注重理论与实践相结合。为此将科研成果转化为教学资源是最佳解决的途径，本论文通过将电弧炉设备系统设计开发研究的科研项目成果转化成冶金工程技术应用型本科的教学资源，探索其转化方式和途径。
一、科研成果简述
（一）项目简介
电弧炉是利用电极电弧产生的高温对金属材料进行熔炼的设备，按照熔炼过程中电极是否消耗，分为自耗炉和非自耗炉。非自耗电弧炉利用钨针或石墨等非消耗材料作为电极，熔炼时，以电极为阴极，以被熔金属为阳极，在阴极与阳极之间，通过电弧放电产生高温将金属熔化。
目前，实验室中使用的电弧炉，，采用手动调节电极位置的方式，实验前，手动控制电极下降并接触熔体，起弧后手动控制电极上升。但手动控制的精度低，起弧后不能快速将电极抬起，会延长电极与熔体接触的时间从而导致电极污染熔体。
鉴于此，本科研项目对电弧炉进行系统设计，旨在解决现有的电弧炉不能精确地控制电极的问题。
（二）本课题研究的核心问题
1.建立真空非自耗电弧炉设备的真空系统，系统真空度可测定，并通过显示仪表可实时监控和记录。
2.设计真空非自耗电弧炉设备的钨电极和熔池熔炼系统，系统功率可测定，并通过调节器可实时调节控制，显示仪表监控和记录。
3.设计真空非自耗电弧炉设备的水冷系统，系统压力可测定，并通过记录仪表监控和记录。
4.设计真空非自耗电弧炉设备的电极控制系统，通过伺服电机和PID控制系统，对电极的升降进行精确控制。
（三）项目搭建的实验平台
课题组通过构建以下几个系统很好地对该项目涉及的几个问题进行了研究：
1.构建真空非自耗电弧炉设备的真空系统，通过真空计、电阻规和电离规对新设计设备的低、高真空进行在线实时检测。
2.构建真空非自耗电弧炉设备的熔炼系统，采用锥形高纯钨棒作为电极，采用水冷铜坩埚作为熔池，可实现电极非自耗熔炼。
3.构建真空非自耗電弧炉设备的水冷系统，通过蓄水箱、水冷管和自吸式给水泵对电弧炉的炉体和熔池进行实时的冷却。
4.构建真空非自耗电弧炉设备的电极控制系统，通过伺服电机和PID控制系统，对电极的升降进行精确控制。
（四）项目科研成果
该项目通过对真空非自耗电弧炉设备的重新设计，并将该设计成果转化成实际的设备，运行试验获得如下有益效果：
1.安全性极大提高，通过真空系统、冷却系统、熔炼系统和电极系统的实时控制，使操作更加简便和安全。
2.电弧炉能够精确地控制电极的位置，从而能够在电极通电起弧后将电极快速提升，避免电极与熔体长时间接触导致熔体被污染。
3.新型真空非自耗电弧炉设备能耗降低，节约能源符合绿色冶金的要求。
二、科研成果在教学中的应用情况
本项目研究的成果既为实际工程应用设计制备了一种新型的电弧熔炼设备，为工程应用提供了一种生产技术，又能满足教学科研的需要。项目完成后，课题组将该项目成果应用到了《电弧炉炼钢生产设备及工艺》的教学中，将其完美地转化为该课程的教学资源。
1.真空非自耗电弧炉设备系统设计开发研究成果已正式纳入冶金工程技术专业实验教学大纲内容。
2.该项目试验制备的电弧炉成为设备资源，实验教学中应用该设备，安全节能，操作简单，大大缓解了学生的实验压力，取得满意的教学效果。
3.试制的电弧炉成为科研设备资源，学生可以通过设备进行合金新材料的熔炼制备，近距离接触本学科的前沿成果，提高了学生的学习兴趣，拓宽了学生的视野，为培养学生的实践创新能力提供了良好的平台。
4.通过带领学生参与该项目的实施，可以提高学生的操作能力和解决问题的能力，激发了学生的创新意识。
5.将该科研成果应用于学生的毕业论文写作中，增强学生解决工程实际问题的兴趣和能力，使毕业设计言之有物。
