專利名稱：：電渣爐定向凝固超大截面鋼錠的裝置與方法電渣爐定向凝固超大截面鋼錠的裝置與方法所屬領(lǐng)域本項發(fā)明為一種電渣爐定向凝固超大截面鋼錠所使用的裝置與方法。超大截面鋼錠是電力、船舶、冶金、石化、重型機械和國防工業(yè)等領(lǐng)域大型裝備制造中所需要的關(guān)鍵毛坯類原材料，其鋼錠質(zhì)量非常重要，要求鋼錠成分要均勻一致、組織結(jié)構(gòu)細密，內(nèi)部組織晶粒細小。為此在其制造過程中多采用電渣熔鑄的方式進行生產(chǎn)，消耗的能源較多，成本偏高。為了降低能耗人們發(fā)明了立式半連續(xù)鑄造的方法進行生產(chǎn)，就是根據(jù)部件的大小確定冶煉鋼水的多少，將冶練合格的鋼水倒入半連鑄機內(nèi)，通過結(jié)晶器逐步凝固拉成鋼錠鑄件。這種一次成型的技術(shù)與電渣熔鑄相比，既能明顯提高設(shè)備冶煉的作業(yè)效率，又能簡化工序，而且顯著降低了大型鑄鍛毛坯件的生產(chǎn)成本。盡管立式半連續(xù)鑄造的方法可謂是生產(chǎn)大型鑄鍛件的一項技術(shù)進步，但也存在一定的問題，主要表現(xiàn)在兩個方面，一是連鑄結(jié)束后，鋼水自然凝固，如同煉鋼早期使用鋼錠模鑄錠鋼水凝固時必然出現(xiàn)的收縮凹面，使得鋼水的收得率有所降低，成材率下降；二是鑄錠的上端結(jié)晶組織粗大，成分不均，嚴重影響了鑄件的力學(xué)性能，尤其是連鑄超大截面鋼錠時，自然凝固后的鋼錠芯部往往產(chǎn)生組織疏松和縮孔，造成鋼錠或鑄件報廢。目前，超大截面大型鑄鍛件市場處于供不應(yīng)求的狀況，采用半連鑄工藝生產(chǎn)超大截面大型鑄鍛件及鋼錠可以明顯提高作業(yè)效率，但必須釆用新的技術(shù)措施，克服上述的產(chǎn)品缺陷，才能正常應(yīng)用這項技術(shù)。為此發(fā)明了一種新的方法來克服這些缺點，這種方法便是在半連鑄工藝生產(chǎn)超大截面大型鋼錠或鑄件的基礎(chǔ)上采用電渣熔鑄的方法對其頂部進行加熱，造成一種自下而上的定向凝固的趨勢，并在鑄件或鋼錠冒口處配以液態(tài)渣保溫等手段，可以達到在鋼錠冷卻過程中消除中間組織疏松、縮孔和外部出現(xiàn)凹陷現(xiàn)象的目的，生產(chǎn)出的超大截面鋼錠可以和電渣鋼錠相媲美。
發(fā)明內(nèi)容本項發(fā)明的原理是當(dāng)依靠立式連鑄技術(shù)進行大截面鋼錠澆鑄結(jié)束之后，在鋼錠頂部加入適當(dāng)成分的液態(tài)渣，并采用電渣冶金的方法對這些液態(tài)渣進行適度的加熱，梗得鋼錠頂部保持一定的溫度，并持續(xù)向下傳導(dǎo)熱能，讓液態(tài)鋼水能順利地流向因四周不斷冷卻而在鋼錠內(nèi)部產(chǎn)生的收縮空間，使鋼錠或鑄件內(nèi)部質(zhì)量和組織結(jié)構(gòu)得到明顯改善，從而避免了鋼錠中間組織疏松和縮孔現(xiàn)象的發(fā)生，同時連鑄水冷拉錠機構(gòu)可吸收相當(dāng)?shù)臒崮埽纬梢环N自下而上的凝固趨勢，隨著冷卻和凝固的進展，鋼錠凝固層不斷升高，當(dāng)達到工藝要求所確定的高度后便可停止對液態(tài)渣的加熱，鋼錠開始自行冷卻，直到完全凝固為止。根據(jù)上述發(fā)明原理，本項申請包括電渣爐定向凝固超大截面鋼錠所使用的裝置和工藝方法兩個方面1、電渣爐定向凝固超大截面鋼錠所使用的裝置用于電渣爐定向凝固超大截面鋼錠所使用的裝置如附圖1和附圖2所示。該裝置是由多個部件組成，包括可移動爐體l、假電極2、石墨電極3、短網(wǎng)4、變壓器5、移動渣包6、渣包液壓缸7、橫臂升降系統(tǒng)裝置8、結(jié)晶器IO、爐體軌道12、可移動爐體液壓缸14、橫臂15和橫臂夾頭16，其中(1)短網(wǎng)的一端同變壓器的輸出端相接，另一端與橫臂夾頭相接，橫臂夾頭夾持著假電極，假電極連接著石墨電極，以此構(gòu)成導(dǎo)電電路，工作時，電流自變壓器經(jīng)由短網(wǎng)、橫臂夾頭，再通過橫臂夾頭、假電極、石墨電極流向因電阻較大而溶化的液態(tài)電渣層，夠成傳導(dǎo)電路，繼續(xù)產(chǎn)生熱能，并與連鑄水冷拉錠機構(gòu)配合是大截面鋼錠形成自下而上的凝固趨勢，達到熱補縮并使其定向凝固的目的；(2)橫臂和橫臂升降系統(tǒng)裝置和普通電渣爐所使用的同種裝置相同，即橫臂通過橫臂導(dǎo)輪被相對固定在由可移動爐體立柱形成的滑道上，橫臂升降系統(tǒng)裝置則由快速電機、慢速調(diào)整減速電機、離合器、聯(lián)軸器、蝸輪減速機和絲杠副組成，在減速機和絲桿副的作用下驅(qū)動橫臂及其橫臂夾頭沿著可移動爐體立柱作上下移動，進而調(diào)整石墨電極的高低，以此適應(yīng)經(jīng)常調(diào)節(jié)石墨電極垂直高度的工藝要求，橫臂升降系統(tǒng)裝置的快速移動速度為:20003000mm/min;慢速調(diào)整速度為5100mm/min;(3)可移動爐體和可移動爐體液壓缸相連接，可移動爐體坐落在爐體軌道之上，工作時可移動爐體在可移動爐體液壓缸的作用下在爐體軌道上作往復(fù)運動；移動渣包同樣坐落在爐體軌道之上，在外力作用下移動渣包也可沿爐體軌道來回滑動，以滿足不同工位的需要，其中附圖中由圖1和圖2所表示的兩個工位是最主要的工位，第一個工位為移動渣包的工作工位，在此工位時移動渣包內(nèi)的渣料在石墨電極的加熱下，實現(xiàn)溶化；第二個工位為電渣補償加熱的工作工位，此時的移動渣包處于閑置工位。移動渣包的側(cè)面安裝有一個能夠使其傾翻的渣包液壓缸，移動渣包前側(cè)的輪軸為定軸，移動渣包在渣包液壓缸的支撐作用下可繞定軸做單向傾翻運動，以利于加熱溶化的渣液能夠順利傾倒到結(jié)晶器中的鋼液之上，完成倒渣功能；(3)變壓器選用的是電渣爐用單項或"T"型交流特種變壓器，是由專業(yè)生產(chǎn)特種變壓器的廠家按國家相關(guān)標(biāo)準制造的產(chǎn)品；2、工藝方法超大截面連鑄鋼錠定向凝固和熱補縮主要工藝方法和過程包括渣料準備、石墨電極準備、渣包準備、化渣、定向凝固和熱補縮工藝過程，具體內(nèi)容如下-(1)，準備渣料和渣料烘烤，渣料成份按重量百分比見表1表l<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>渣料烘烤。渣料必須裝在渣料烘烤箱內(nèi)，一般要求在60(TC時烘烤4小時以上,現(xiàn)用現(xiàn)取，使用時盡可能縮短與空氣接觸的時間。以減少渣料從空氣中吸入的水份，避免澆鑄后的鋼錠在定向凝固和熱補縮過程中增氫或增氧。使用的渣量應(yīng)保證渣液高度在160300mm之間。(2)、準備渣包、渣包砌筑和渣包烘烤。渣包在每次使用前都要重新按要求砌筑，砌筑前應(yīng)先進行清理；砌筑后對其進行烘烤，徹底烘干后方可進行下面的操作。(3)、準備石墨電極。應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)冶金用石墨電極，規(guī)格應(yīng)符合工藝要求，導(dǎo)電能力不低于0.17A/mm2。(4)、化渣。將渣料加入到移動渣包內(nèi)，裝夾石墨電極，調(diào)整移動渣包和可移動爐體，使石墨電極處于移動渣包的中間位置，下降石墨電極到渣面以下一定深度，保證電極能夠起弧即可，通電化渣。徹底將渣熔化后再保持1020min，使渣溫達到16501730°C。將石墨電極升起到渣包以上。(5)、定向凝固和熱補縮。啟動移動渣包到剛完成澆注后的結(jié)晶器上方，將熔渣倒入結(jié)晶器內(nèi)，移走移動渣包，同時啟動可移動爐體到結(jié)晶器上方正中位置，下降石墨電極到渣面下起弧深度，通電加熱，按工藝要求調(diào)整電流和冷卻強度，對熔渣和液態(tài)鋼水進行定向凝固和熱補償操作。當(dāng)鋼錠下部凝固層上升到距鋼液面不足鋼錠直徑的高度時，應(yīng)逐漸降低電流強度，最終停止加熱，從而完成定向凝固和熱補縮過程。待鋼錠冷卻到30(TC以下時，停止冷卻水對結(jié)晶器的供應(yīng)，并迅速下降鋼錠使其離開結(jié)晶器。鋼錠再經(jīng)緩冷、吊運、保溫、退火、檢驗后入庫。在上述過程中，作好各項準備工作是十分重要的，這其中包括渣料準備、石墨電極準備、準備渣包、渣包砌筑與烘烤等工作必需有計劃地同時進行，以滿足電渣定向凝固及熱補縮工藝的時間要求。附圖中的圖1為使用本項發(fā)明裝置時的造渣過程示意圖，圖2為定向凝固及熱補縮過程示意圖。圖中各零部件分別為可移動爐體1、假電極2、石墨電極3、短網(wǎng)4、變壓器5、移動渣包6、渣包液壓缸7、橫臂升降系統(tǒng)8、補縮電渣層9、結(jié)晶器10、鋼錠11、爐體軌道12、鋼錠頂部渣層13、移動爐體液壓缸14、橫臂15和橫臂夾頭16。發(fā)明效果依靠本項發(fā)明，可為利用立式半連鑄工藝進行大截面鋼錠生產(chǎn)帶來顯著的積極效果，具體表現(xiàn)在(1).降低生產(chǎn)成本，節(jié)約噸鋼能耗。采用本項工藝方法進行生產(chǎn)，在保證鋼錠質(zhì)量與電渣鋼基本相同的情況下，噸鋼由1600kwh/t降低到800kwh/t左右，節(jié)電可達40-50%，這不僅實現(xiàn)了大幅度降低生產(chǎn)成本，而且在能源緊缺大背景下，可有效實現(xiàn)節(jié)能減排。(2).縮短作業(yè)時間，提高工作效率。采用本發(fā)明方法進行冶煉和鑄錠與單一的電渣熔煉方法相比，同一規(guī)格的鋼錠可縮短生產(chǎn)時間在三分之一到二分之一，這可達到提高企業(yè)的生產(chǎn)能力，保證交貨日期并滿足工程的整體要求，特別是在急需增強我國海軍實力的大背景下，利用此項技術(shù)快速制造出軍工所需的高質(zhì)量鋼材顯得尤為重要；(3).保證鋼錠頭部質(zhì)量，增加鋼水收得率。使用本發(fā)明方法可使鋼錠的上部的凝固也屬與緩慢的進行，因此同樣可以做到組織致密，保證整體質(zhì)量的一致性。同時提高了鋼水收得率，節(jié)約資源，綜合效益明顯。隨著鋼錠規(guī)格加大，上述差異越來越大，半連鑄加電渣定向凝固及熱補縮的優(yōu)勢越明顯?，F(xiàn)以實例說明在大型電渣爐上生產(chǎn)一個①1000X8000約50噸重電渣鋼錠，至少需要40小時和80000kwh/t。另需補縮和緩冷2小時。如果采用爐外精煉再經(jīng)大包和中間包澆注的半連鑄方法，再進行電渣定向凝固及熱補縮，生產(chǎn)效率得到明顯提高。大功率電弧爐精煉50噸鋼水可在8小時內(nèi)完成，耗電39000kwh/t左右，半連鑄用時60分鐘，電渣定向凝固及熱補5小時完成，耗電約8000kwh/t。電渣熔煉與半連^加電渣定向凝固及熱補縮效果比較電耗80000kwh/t39000kwh/t一4訓(xùn)0kwh/t用時42小時16小時—26小時某特鋼公司應(yīng)用本發(fā)明的裝置及相關(guān)技術(shù)，其效果明顯。其中所采用的設(shè)備結(jié)構(gòu)和本說方法鋼錠重電渣方法50噸半連鑄與電渣熔鑄50噸結(jié)果實施例實施例1.訟明書描繪的相同，設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)如下連鑄流數(shù)l流鋼錠規(guī)格①900X8000mm;重量40t連鑄拉錠速度0.12m/tnin冷卻形式二段冷卻加噴淋電渣爐形式移動式單臂雙極串聯(lián)縱向行程2200mm橫臂行程3000mm橫臂升降速度快速3000mm/min;慢速5~100mm/min可調(diào);短網(wǎng)形式全程逆向布置銅排+水冷電纜弱感抗無磁短網(wǎng)石墨電極規(guī)格①300X1500mm，電極導(dǎo)電能力0.18A/mm2。變壓器形式單項有載可調(diào)；ll級調(diào)壓變壓器功率1500kw一次電壓10kv二次電壓100V二次電流15000A所用電渣成分如表2所示質(zhì)量比較好較好相當(dāng)表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>渣包形式移動式自動傾翻渣包容量300kg實際技術(shù)指標(biāo)渣熔化后，保持20min，渣溫達到1690'C，熔渣高度為240mm爐外精煉速度6t/h;爐外精煉耗電780kwh/t;渣補時間4.5h，渣補耗電157kwh/t鋼錠質(zhì)量:經(jīng)探傷檢驗符合技術(shù)標(biāo)準要求。實施例2另一特鋼公司應(yīng)用本發(fā)明也取得了明顯效果。所采用是可移動式雙爐體電渣熱補縮設(shè)備,其主要技術(shù)參數(shù)如下連鑄流數(shù)2流鋼錠規(guī)格①1200X6000mm連鑄拉錠速度0.11m/min冷卻形式二段冷卻加噴淋鋼錠重量50X2=100t電渣爐形式雙爐體整體移動式雙臂雙極串聯(lián)縱向行程6400咖橫臂行程3800mm橫臂升降速度快速3000mm/min;慢速5~100mm/min可調(diào)短網(wǎng)形式全程逆向布置水冷銅排+水冷電纜弱感抗無磁短網(wǎng)+低壓大電流離合裝置；石墨電極規(guī)格①340X1500mm，電極導(dǎo)電能力0.19AAnm2。，石墨電極數(shù)量:.4支變壓器形式"T"型，雙極串聯(lián)，有載可調(diào)，17級調(diào)壓；變壓器功率1800X2=3600kw一次電壓lOkv二次電壓107V二次電流16800A渣包形式移動式自動傾翻所用的電渣成分如表3所示表3<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>渣包容量350kg，2套實際技術(shù)指標(biāo)渣熔化后保持20min，渣溫達到170(TC，熔渣高度為260mm爐外精煉速度6t/h;爐外精煉耗電760kwh/t;渣補時間6h;渣補耗電150kwh/t;鋼錠質(zhì)量:經(jīng)探傷檢驗符合技術(shù)標(biāo)準要求。權(quán)利要求1、一種電渣爐定向凝固超大截面鋼錠所使用的裝置，該裝置由可移動爐體、假電極、石墨電極、短網(wǎng)、變壓器、移動渣包、渣包液壓缸、橫臂升降系統(tǒng)裝置、結(jié)晶器、爐體軌道、移動爐體液壓缸、橫臂和橫臂夾頭構(gòu)成，其特征在于可移動爐體和可移動爐體液壓缸相連接，可移動爐體和移動渣包都坐落在爐體軌道之上，移動渣包的側(cè)面安裝有一個能夠使其傾翻的渣包液壓缸，移動渣包前側(cè)的輪軸為定軸，渣包液壓缸支撐移動渣包繞定軸做單向傾翻運動。2、根據(jù)權(quán)利要求l所說的一種電渣爐定向凝固超大截面鋼錠所使用的裝置，其特征在于裝置中的變壓器選用的是電渣爐用單項或"T"型交流特種變壓器。3、根據(jù)權(quán)利要求l所說的一種電渣爐定向凝固超大截面鋼錠所使用的裝置，其特征在于裝置中的石墨電極的導(dǎo)電能力不低于0.17A/mm2。4、一種電渣爐定向凝固超大截面鋼錠所使用的方法，該方法包括渣料準備、石墨電極準備、渣包準備、化渣、定向凝固和熱補縮工藝過程，其特征是工藝中所用渣料成份按重量百分比為-25%《CaF2《35%，，36%《A1203《47%，13%《CaO《17%，4%《MgO《5%，3%《Si02《6%，渣料需在60(TC條件下烘烤4小時后使用，加入一定量的渣料到渣包內(nèi)，并進行如下操作-(1)裝夾石墨電極，調(diào)整移動渣包和可移動爐體，使石墨電極處于渣包的中間位置，下降石墨電極到渣面以下起弧位置，通電化渣，徹底將渣熔化后再保持1020min，使渣溫達到16501730'C，將石墨電極升起到渣包以上；(2)啟動移動渣包到剛澆注后的結(jié)晶器上方，將熔渣倒入結(jié)晶器內(nèi)，推走移動渣包，同時啟動可移動爐體到結(jié)晶器上方中位，下降石墨電極到渣面下起弧深度，通電加熱，對熔渣和液態(tài)鋼水進行定向凝固和熱補償操作；(3)當(dāng)鋼錠下部凝固層上升到距鋼液面不足鋼錠直徑的高度時，應(yīng)逐漸降低電流強度，最終停止加熱；(4)待鋼錠冷卻到30(TC以下時，停止冷卻水對結(jié)晶器的供應(yīng)，并迅速下降鋼錠使其離開結(jié)晶器，鋼錠再經(jīng)緩冷、吊運、保溫、退火、檢驗后入庫。5、根據(jù)權(quán)利要求4所說的超大截面鋼錠定向凝固所使用的方法，其特征在于方法所說的加入一定量的渣料是指加入的渣料要保證渣料融化后渣液高度能達到160300mm。全文摘要本發(fā)明為一種電渣爐定向凝固超大截面鋼錠所使用的裝置與方法，其裝置主要由可移動爐體、假電極、石墨電極、短網(wǎng)、變壓器、移動渣包、渣包液壓缸、橫臂升降系統(tǒng)裝置、結(jié)晶器、軌道、移動爐體液壓缸、橫臂和橫臂夾頭構(gòu)成，使用本裝置及其發(fā)明的工藝方法能夠?qū)崿F(xiàn)超大截面鋼錠定向凝固，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約噸鋼能耗，縮短作業(yè)時間，提高工作效率，提高了鋼材質(zhì)量，增加鋼水收得率。文檔編號C22B9/187GK101654743SQ20091018747公開日2010年2月24日申請日期2009年9月18日優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日發(fā)明者劉喜海,劉聯(lián)群,張鈴恩,董書通申請人:沈陽東大興科冶金技術(shù)有限公司;武漢大西洋連鑄設(shè)備工程有限責(zé)任公司;鄭州永通特鋼有限公司