本發(fā)明涉及冶金及鑄造技術領域，具體涉及一種制備復合鋼錠的設備及方法。

背景技術：

當前，裝備制造業(yè)的一個突出技術發(fā)展趨勢是極端制造，一方面是朝超微超精發(fā)展，另一方面是朝超大發(fā)展。電力、石化、冶金等領域裝備大型化、復雜化的發(fā)展，對大型鑄鍛件行業(yè)提出更高的要求，對大型鋼錠的需求越來越多。

在百萬千瓦級核電機組中，無論是二代加，還是三代ap1000、cap1400，都含有大量的高技術要求、大規(guī)格、形狀復雜的鑄鍛件，其中壓力容器整體頂蓋、下封頭、錐形筒體等形狀復雜的鍛件都需要整體鍛造。百萬千瓦級核電機組常規(guī)島低壓整體轉(zhuǎn)子是目前世界上所需鋼錠最大、鍛件毛坯重量最大、截面尺寸最大、技術要求最高的實心鍛件，是代表熱加工最高綜合技術水平的產(chǎn)品。轉(zhuǎn)子凈重超過170噸，需600噸級鋼錠，大型混流式水輪機鑄鍛件。三峽工程采用的70萬千瓦機組是目前世界上最大功率等級的水輪機組，其不銹鋼水輪機轉(zhuǎn)輪直徑達到了9.8米，重量達500噸。隨著造船和國防工業(yè)的發(fā)展，對寬厚板的要求越來越高，制約寬厚板生產(chǎn)的主要因素是支承輥，重達230噸，需要600噸級的鋼錠。目前，國外只有jsw(日本制鋼所)具備制造能力。

由此可見，大型鑄鍛件用大型鋼錠的制備是非常必要而且重要的，鋼錠的質(zhì)量水平在一定程度上將決定鑄鍛件的最終質(zhì)量，而且今后重大技術裝備的發(fā)展還會催生出規(guī)格更大、工藝更復雜、技術含量更高的大型鑄鍛件。但是，這些鑄鍛件屬于高合金易偏析材料，由于元素偏析問題，常規(guī)方法生產(chǎn)的鋼錠合格率很低，幾乎很難生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋼錠。我國目前已經(jīng)擁有多臺接近2萬噸的大型壓機，在重大裝備國產(chǎn)化工作中，大型關鍵鑄鍛件仍然依靠從日本、韓國、法國等國家進口，且受到國外供貨能力和一些外交問題上的制約，究其原因是國產(chǎn)件能力有限、質(zhì)量難以滿足需求，大型鑄鍛件用優(yōu)質(zhì)大型鋼錠的制備已成為重大裝備制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。另一方面從材料本身發(fā)展的角度來看，隨著石油、化工等行業(yè)裝備大型化的發(fā)展，材料的服役條件將越來越苛刻，而材料中的合金化程度越高，其耐高溫、耐高壓、耐腐蝕的能力越強。近年來，眾多研究者都在研究在材料中增加元素含量對其性能的影響，如關長斌等發(fā)表的《鈮對鎳基合金組織與性能的影響》(金屬熱處理,2004,29(3):32-34.)；富曉陽等發(fā)表的《鈮對新型ni-cr-fe鎳基合金力學性能的影響》(特殊鋼,2011,32(2):54-56.)；未來提高合金性能的元素將會不斷增加，例如楊瑞成等.在《高性能鎳基耐蝕合金的特性與研究方向》(材料導報,2001,15(11):21-23.)公開了cr、mo、w等元素在材料中能夠顯著提高其耐蝕性能，因此，高合金材料必將是未來發(fā)展的趨勢。然而，到目前為止，高合金鋼錠的制備，尤其是大型鋼錠的制備一直以來都沒有很好的解決。因此，開展大型鋼錠的制備工藝及質(zhì)量控制技術的相關研究工作是非常必要的。

目前大型鋼錠的生產(chǎn)方法有鑄造法、多爐連續(xù)澆注法、雙結(jié)晶器法、芯部電渣重熔法以及電渣重熔法。由于鋼錠的尺寸過大，冷卻強度不足，多爐連續(xù)澆注法和電渣重熔法以及相應的生產(chǎn)設備難以避免的產(chǎn)生偏析、疏松和縮孔等問題。近些年來，鑄造法制備金屬層狀復合材料工藝及設備(cn101125362a)、雙結(jié)晶器法(us8418748132)、芯部電渣重熔法(us4544019)對鋼錠內(nèi)部質(zhì)量有較大改善，但是工業(yè)復雜，成本較高、生產(chǎn)效率低又難以控制。

技術實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術問題

為了解決現(xiàn)有技術的上述問題，本發(fā)明提供一種制備復合鋼錠的設備，其采用自耗電極與導電結(jié)晶器，實現(xiàn)邊熔化邊抽錠的操作，達到獲得復合鋼錠的目的。

本發(fā)明還提供一種制備復合鋼錠的方法，采用該方法制備的鋼錠無疏松、縮孔，同時減輕偏析情況。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術方案包括：

一種制備復合鋼錠的設備，包括

導電結(jié)晶器，其包括上開口和下開口的筒狀結(jié)構(gòu)，所述筒狀結(jié)構(gòu)包括第一直徑；

自耗電極組件，其包括多個自耗電極，所述多個自耗電極自所述導電結(jié)晶器的上開口伸入所述筒狀結(jié)構(gòu)，并與所述筒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)圓周面間隔第一距離；以及

與所述導電結(jié)晶器和所述自耗電極組件電連接的第一電源；其中

所述第一距離小于所述第一直徑的一半。

作為如上所述設備的一種優(yōu)選方案，所述導電結(jié)晶器的筒狀結(jié)構(gòu)自上而下包括與所述第一電源電連接的導電段、用于將所述導電段和所述導熱段電氣隔絕的絕緣段和用于將所述導電結(jié)晶器內(nèi)外空間可導熱地隔離的導熱段，其中，

所述導熱段內(nèi)壁上與絕緣段下邊緣隔開第二距離的位置設置有液位檢測器。

作為如上所述設備的一種優(yōu)選方案，多個所述自耗電極并聯(lián)后與所述第一電源電連接。

作為如上所述設備的一種優(yōu)選方案，還包括一外接的控制系統(tǒng)，所述導電結(jié)晶器的下開口正中央下方設有抽錠裝置，所述控制系統(tǒng)適于控制所述抽錠裝置將一鋼錠自所述下開口伸入所述導電結(jié)晶器內(nèi)或從所述下開口抽出所述鋼錠。

作為如上所述設備的一種優(yōu)選方案，所述控制系統(tǒng)控制多個所述自耗電極同步地在所述導電結(jié)晶器內(nèi)向上或向下移動。

作為如上所述設備的一種優(yōu)選方案，所述抽錠裝置的引錠板與所述導電結(jié)晶器的導電段通過電纜電連接，所述電纜上設有第二電源。

作為如上所述設備的一種優(yōu)選方案，所述設備還包括熔渣裝置，該熔渣裝置包括由所述控制裝置控制的有襯電渣爐、溜槽、測溫槍和非自耗電極，所述溜槽的上端連接所述有襯電渣爐的出口，其下端指向所述導電結(jié)晶器中，所述測溫槍用于檢測所述有襯電渣爐爐內(nèi)熔渣的溫度，所述非自耗電極固定于升降支臂，所述控制裝置控制連接所述升降支臂，所述非自耗電極與所述有襯電渣爐電連接。

一種采用如上所述的設備制備復合鋼錠的設備方法，包括如下步驟：

s1、按照芯棒設計要求，將芯棒表面進行切削，涂上防氧化劑；

s2、將所述s1涂上防氧化劑的芯棒的下端套上包覆環(huán)，所述包覆環(huán)的內(nèi)徑等于所述芯棒的外徑，將該芯棒固定于抽錠裝置上，伸入導電結(jié)晶器中成軸對中布置，所述包覆環(huán)與所述導電結(jié)晶器的下端絕緣密封，在所述芯棒與所述導電結(jié)晶器之間的空腔內(nèi)填充al2o3鋁粉，所述al2o3鋁粉填充量達到所述導電結(jié)晶器的液位檢測器與絕緣段之間；

s3、向所述導電結(jié)晶器內(nèi)壁與所述芯棒之間的間隙傾倒熔渣至所述熔渣形成渣池淹沒所述導電結(jié)晶器絕緣段上部的導電段的至少一部分；

s4、下降自耗電極埋入所述渣池5mm～40mm，是所述自耗電極、渣池、導電段和第一電源形成的上回路連通，所述自耗電極在渣池焦耳熱效應下熔化形成金屬熔池，同時渣池焦耳熱對芯棒進行加熱，保證芯棒的外層能順利復合自耗電極熔液；

s5、當所述金屬熔池的液面到達所述導電結(jié)晶器中絕緣段的下方設置的液位檢測器時，開始抽錠，抽錠裝置牽引芯棒，通過所述液位檢測器檢測到的所述金屬熔池的液面位置的變化判斷自耗電極的熔化速度與抽錠速度是否匹配，保證金屬熔池液面始終保持在所述液位檢測器的位置，凝固后的自耗電極熔液在芯棒外側(cè)形成復合鋼錠的外層。

優(yōu)選的，對復合后的鋼錠重復上述過程得到多層復合的大鋼錠。

作為如上所述方法的一種優(yōu)選方案，在所述s3和s4之間還包括以下步驟s3a，將所述渣池、導電段、芯棒、抽錠裝置的引錠板及第一電源形成的預熱回路連通，利用渣池焦耳熱對所述芯棒進行預熱，當芯棒預熱到一定的溫度后，斷開所述預熱回路。

作為如上所述方法的一種優(yōu)選方案，在所述s3和s4還包括以下步驟s3b，將所述渣池、導電段、芯棒與抽錠裝置的引錠板和第二電源形成的下回路連通；在所述s4和s5之間還包括以下步驟s4b，當所述上回路供電后，再降低所述下回路的功率。

作為如上所述方法的一種優(yōu)選方案，在所述s3中，所述熔渣通過下述制備方法制得：將石墨電極插入有襯電渣爐中，使石墨電極、引弧劑、帶有電源的電纜與有襯電渣爐形成回路，在起弧時，向爐內(nèi)加入渣料使其熔化、熔清直至熔渣溫度達到澆注溫度。

(三)有益效果

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供的制備復合鋼錠的設備，采用的導電結(jié)晶器的導電段具有導電作用，使電流不經(jīng)過芯棒，避免芯棒的大面積熔化，改善了復合鋼錠的質(zhì)量，側(cè)面導電段通電可以均勻渣池和金屬熔池溫度，組織性能更加均勻，同時能夠使芯棒進行預熱，有利于自耗電極熔液和芯棒的更好復合，提高復合質(zhì)量；另一方面，減少了內(nèi)應力及應力集中，有利于提高制備的鋼錠壽命；再者，通過渣池對芯棒預熱，不需要外來的熱源，簡化了生產(chǎn)設備。該設備可以連續(xù)抽錠，提供了生產(chǎn)率，且耗能少，成本有效降低。

與現(xiàn)有的技術方法相比，本發(fā)明的制備復合鋼錠的方法，具有如下優(yōu)點：

(1)采用連續(xù)抽錠式操作，提高了生產(chǎn)率；

(2)導電結(jié)晶器的導電段具有導電作用，導電段通電可以均勻渣池和金屬熔池溫度，組織性能更加均勻，同時能夠使芯棒進行預熱，有利于自耗電極熔液和芯棒的更好復合，提高復合質(zhì)量；另一方面，減少了內(nèi)應力及應力集中，有利于提高鋼錠壽命；且電流不經(jīng)過芯棒，避免了芯棒的大面積熔化，改善了復合鋼錠的質(zhì)量；

(3)芯棒在自耗電極下降之前還能被預熱，避免自耗電極形成溶液后會快速凝固而影響抽錠操作；

(4)自耗電極熔化直接滴落在芯棒附近，不需要在外部冶煉澆鑄，不僅是工藝流程的簡化，同時能夠提高自耗電極熔液的純凈度；

(5)由于在制備過程采用低電壓、大電流方式，因此熱效率高，耗電量少，節(jié)約了能源；

(6)本方法通過渣池對芯棒預熱，不需要外來的熱源，簡化了生產(chǎn)設備。

利用本發(fā)明方法制備的鋼錠無疏松、縮孔，同時減輕偏析情況，并且具有抗事故能力強，使用壽命長的優(yōu)點。

本發(fā)明的裝置和方法可以實現(xiàn)大型鋼錠的制備，保證多層復合過程的穩(wěn)定、有序運行，改善了大尺寸鋼錠偏析、疏松與縮孔的問題，同時提高生產(chǎn)效率、保證復合質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一優(yōu)選制備復合鋼錠的設備的正面剖視圖；

圖2為本發(fā)明中一優(yōu)選熔渣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一優(yōu)選制備復合鋼錠的設備的使用狀態(tài)下的正面剖視圖；

圖4a為本發(fā)明實施例2中制備復合鋼錠的設備在使用狀態(tài)中下降自耗電極前的正面剖視圖；

圖4b為本發(fā)明實施例2中制備復合鋼錠的設備在使用狀態(tài)中下降自耗電極后的正面剖視圖；

圖5a為本發(fā)明實施例3中制備復合鋼錠的設備在使用狀態(tài)中下降自耗電極前的正面剖視圖；

圖5b為本發(fā)明實施例3中制備復合鋼錠的設備在使用狀態(tài)中下降自耗電極后的正面剖視圖。

【附圖標記說明】

1：導電結(jié)晶器；

2：自耗電極；

3：液位檢測器；

4：抽錠裝置；

5：第一電纜；

6：絕緣段；

7：導電段；

8：芯棒；

9：第一電源；

10：包覆環(huán)；

11：填充層；

12：渣池；

13：金屬熔池；

14：第一開關；

15：第二電源；

16：第二開關；

21：石墨電極；

22：有襯電渣爐；

23：渣料；

24：電源；

25：測溫槍。

具體實施方式

為了更好的解釋本發(fā)明，以便于理解，下面結(jié)合附圖，通過具體實施方式，對本發(fā)明作詳細描述。以下實施例中所用方法及材料未特別指明均采用本領域技術的常規(guī)方法和材料。

實施例1

一種制備復合鋼錠的設備，包括導電結(jié)晶器、自耗電極組件、第一電源，如圖1示出了其正面剖視圖，其中，導電結(jié)晶器1為設有上開口和下開口具有第一直徑的筒狀結(jié)構(gòu)，多個自耗電極2構(gòu)成自耗電極組件，多個自耗電極自導電結(jié)晶器1的上開口伸入該筒狀結(jié)構(gòu)，并與筒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)圓周面間隔有一定的距離，將此距離記為第一距離；第一距離小于第一直徑的一半，這樣保證自耗電極是沿著筒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)圓周面進行上下升降；導電結(jié)晶器1和自耗電極組件通過第一電纜5電連接，在導電結(jié)晶器1和自耗電極2組件之間設置第一電源10；多個自耗電極并聯(lián)后與第一電源電連接。導電結(jié)晶器1的筒狀結(jié)構(gòu)自上而下設為導電段7、絕緣段6和導熱段，其中導電段7是用于與第一電源9電連接的，導熱段是將導電結(jié)晶器內(nèi)外空間可導熱地隔離，具體就是指導熱段將導電結(jié)晶器1內(nèi)外空間隔開，但是該導熱段還可使導電結(jié)晶器1內(nèi)外進行冷熱交換，進行導熱作用，本申請中的導熱段主要用于冷卻。在導熱段內(nèi)壁上設有液位檢測器3，液位檢測器3的位置與絕緣段6下邊緣絕之間的距離記為第二距離。在進行制備多層鋼錠時，在導電結(jié)晶器1下開口的下方設有由控制系統(tǒng)控制的抽錠裝置4，控制系統(tǒng)主要適用于控制抽錠裝置4將一鋼錠自導電結(jié)晶器1下開口伸入導電結(jié)晶器1內(nèi)或從其下開口抽出鋼錠。該控制系統(tǒng)還控制多個自耗電極2同步地在導電結(jié)晶器4內(nèi)向上或向下移動。

具體地，導電結(jié)晶器1與普通結(jié)晶器的作用相同，是銅質(zhì)內(nèi)壁，上層是具有導電能力的導電段7，中間是用絕緣石棉布進行絕緣的絕緣段6，液位檢測器3為磁性感應探頭，與一個顯示器連接；導電結(jié)晶器1的內(nèi)壁具有較好的光亮度；控制系統(tǒng)還控制第一電纜5連接回路中電流和電壓的大小，以及抽錠速率；在導電結(jié)晶器1的下部外側(cè)環(huán)繞有冷卻裝置(圖中未示出)，用于冷卻復合上芯棒的復合層；導電結(jié)晶器1可設為圓筒形或可根據(jù)所要制備的多層復合大型鋼錠的外形來設計，開啟冷卻裝置，冷卻裝置可以是環(huán)繞導電結(jié)晶器下層外周盤繞的冷水管，冷水管連接水箱。

使用前，芯棒8的下端套上包覆環(huán)10，該包覆環(huán)的內(nèi)徑等于芯棒8的外徑；將芯棒8安裝在抽錠裝置4的上方，抽錠裝置將芯棒8伸入導電結(jié)晶器1中，并呈中心軸位置軸對稱設置，在芯棒8與導電結(jié)晶器1之間，環(huán)繞芯棒的外周形成一個空腔，該空腔即為將要復合芯棒復合層的外形，包覆環(huán)10還用于密封導電結(jié)晶器1的下端；向空腔內(nèi)填充al2o3鋁粉，當al2o3鋁粉達到絕緣段與液位檢測器之間的位置時即第二距離內(nèi)即可不用再加。

在使用過程中，先要開啟冷卻裝置，將液態(tài)熔渣澆入芯棒和導電結(jié)晶器間隙；將自耗電極插到熔渣中，導通導電結(jié)晶器供電回路(導電段、自耗電極、渣池和第一電源形成的電流回路)，在渣池電阻熱的預熱作用下實現(xiàn)芯棒和外層鋼液的復合；通過抽錠裝置不斷從導電結(jié)晶器中抽出復合完成的鋼錠直至所需復合長度，同時，抽錠過程通過根據(jù)液位檢測儀的示數(shù)做出調(diào)整，實現(xiàn)自耗電極熔化速度與抽錠速度的良好匹配以保證鋼錠復合過程的穩(wěn)定。

其中，導電結(jié)晶器1上層的導電段和熱態(tài)熔渣可以導電，下層導電結(jié)晶器周圍冷卻會有冷態(tài)渣、慢慢形成固態(tài)渣、固態(tài)渣不導電，且導電段和導熱段之間有絕緣層，不能形成回路，所以下部結(jié)晶器即導熱段不會導電。

當上述設備使用之前，需要將渣料熔化形成熔渣，所以先進行化渣操作，可采用熔渣裝置，該熔渣裝置包括有襯電渣爐、溜槽、測溫槍和非自耗電極，有襯電渣爐、測溫槍和非自耗電極均由控制臺控制進行化渣操作，其中，溜槽的上端連接有襯電渣爐的出口，溜槽的下端指向?qū)щ娊Y(jié)晶器1中，測溫槍用于檢測有襯電渣爐爐內(nèi)熔渣的溫度，非自耗電極固定連接于升降支臂，升降支臂連接控制臺，并由控制臺控制，有襯電渣爐與非自耗電極通過帶有電源的電纜連接。

使用時該熔渣裝置時，打開有襯爐內(nèi)的冷卻系統(tǒng)閥門，對整個冶煉系統(tǒng)進行冷卻，然后再進行有襯電渣爐內(nèi)進行熔化渣料操作，其中，冶煉過程所用的渣料使用前先在加熱爐中進行預熱烘干，除去渣中的水分，防止熔煉過程中造成濺渣、增氫。如圖2所示，將非自耗電極即石墨電極21插入有襯電渣爐22中，當石墨電極21、引弧劑、帶有電源24的電纜與有襯電渣爐形成回路時，能夠起弧時，向爐內(nèi)加入渣料23，渣料23的加入方式選擇多次少量的方法，利用渣池具有焦耳熱效應熔化，此過程需要對回路的電流電壓進行調(diào)節(jié)來控制冶煉的穩(wěn)定性，使渣料均勻熔化、熔清；利用測溫槍(圖中未示出)對熔渣進行測溫，當渣溫達到澆注溫度后，啟動澆渣平臺，上升有襯電渣爐，通過溜槽向?qū)щ娊Y(jié)晶器1與芯棒的間隙內(nèi)傾倒熔渣。

上述設備的運轉(zhuǎn)均可由控制裝置控制，設備的參數(shù)也都記錄在操縱臺的電腦中。

當采用上述的一種制備復合鋼錠的設備進行多層復合大型鋼錠的制備時，自耗電極2與鋼錠的芯棒8可以是同種材質(zhì)，也可以是異種材質(zhì)，同種材質(zhì)為多層復合大型鋼錠，異種材料為雙層金屬復合材料。

下面以自耗電極與鋼錠芯棒為同一材質(zhì)為例來說明，制備復合鋼錠的一種制備復合鋼錠的方法，包括如下步驟：

1、首先，首先按照芯棒的材質(zhì)和尺寸規(guī)格的設計要求，將芯棒表面進行切削，并涂上含有硼砂、堿金屬氧化物、氯化物等組成的防氧化劑。

2、如圖1所示，將制備好的芯棒8的下部套上包覆環(huán)10，且包覆環(huán)的內(nèi)徑等于芯棒的外徑；將芯棒8立于抽錠裝置4的引錠板上并在導電結(jié)晶器1同軸對中布置，所述包覆環(huán)與所述導電結(jié)晶器下端絕緣密封；向?qū)щ娊Y(jié)晶器1內(nèi)壁與芯棒8之間的間隙添加al2o3鋁粉作為填充層11，al2o3鋁粉所用的填充量以達到所述導電結(jié)晶器的液位檢測器與絕緣段部分即可；

其中，包覆環(huán)具有封堵作用，防止在冶煉初期液態(tài)渣和熔化的自耗電極熔液流出；初期添加al2o3鋁粉的作為填充層主要起填充的作用，使液態(tài)渣在剛開始操作時保持在導電結(jié)晶器1的絕緣段6連接的地方，在制備后期填充層就是芯棒的復合層。

3、向?qū)щ娊Y(jié)晶器1內(nèi)壁與芯棒8之間的間隙傾倒熔渣；

其中，熔渣可用上述熔渣裝置獲得，具體用料如下：引弧劑采用50％的caf2和50％的tio2，渣料為：40～50％的caf2、10～20％的al2o3、20～30％的cao、5～15％的mgo，所述渣料的用量為可淹沒導電段30～120mm；上述百分比含量均為重量百分比含量。

4、如圖3所示，在導電結(jié)晶器1內(nèi)壁與芯棒8之間倒入的熔渣形成渣池12，渣池12淹沒導電結(jié)晶器1上部的導電段7的30mm～120m時，澆渣結(jié)束，下降自耗電極2，自耗電極2的下端埋入渣池5mm～40mm時，此時，由自耗電極2、渣池12、導電結(jié)晶器1的導電段7和第一電源9形成的上回路，此時自耗電極2、渣池12、導電段7、與第一電源9形成回路而具有電流，自耗電極在渣池焦耳熱效應下熔化形成金屬熔池13，由于高溫渣池又能對芯棒8進行預熱，保證自耗電極熔化產(chǎn)生的自耗電極熔液和芯棒界面的結(jié)合質(zhì)量。

5、液位檢測器3檢測到自耗電極熔液形成金屬熔池的液面時，其液面具體是指金屬熔池的上液面即渣金界面，開始抽錠操作，引錠板向下牽引芯棒，外層的填充層11和芯棒8隨著抽錠裝置4一起下降，金屬熔池13在抽錠的過程中，下移會冷卻凝固形成芯棒8的復合外層，自耗電極一直在熔化，形成金屬熔池13，金屬熔池13液面高度通過液位檢測器3檢測液面位置來判斷自耗電極的熔化速度和抽錠速度的匹配程度，進而調(diào)整供電功率和抽錠速度，來保證生產(chǎn)過程的順利進行。

采用上述方法對不同粗細的芯棒進行制備，其中所用的材質(zhì)與工藝參數(shù)見表1，其中自耗電極的材料同增材層的材料。

表1實施例1所使用的材質(zhì)性質(zhì)及工藝參數(shù)

第一、二爐次生產(chǎn)的復合鋼錠下部由于熱量不平衡導致質(zhì)量渣皮過厚，同時界面之間出現(xiàn)夾渣情況，但是隨著熔煉進行，芯棒不斷從渣池中吸收熱量，溫度不斷升高，復合800mm高時熱量平衡，復合鋼錠上部界面結(jié)合質(zhì)量良好，鋼錠表面渣皮厚度變薄，表面質(zhì)量良好，在質(zhì)量控制方面，第一爐次較第二爐次提前出現(xiàn)良好表面，界面結(jié)合深度較大。主要是因為在相同的熔速熔速100kg/h情況下，一爐次的芯棒直徑為130mm比第二爐次芯棒小20mm，渣池對芯棒的加熱效果好，結(jié)合界面夾渣減少的快。其中，生產(chǎn)的鋼錠質(zhì)量表面及內(nèi)部質(zhì)量隨高度的變化情況如表2所示。

表2實施例1所生產(chǎn)的鋼錠質(zhì)量表面及內(nèi)部質(zhì)量隨高度的變化

表2中，表面質(zhì)量是指復合之后，外層復合層的表面的質(zhì)量；界面質(zhì)量是指芯棒和外層結(jié)合處的質(zhì)量，結(jié)合層厚度芯棒表面熔化的厚度。

上述聯(lián)合應用有襯電渣爐化渣和電渣增材復合的方法，導電回路有兩個，一個是石墨電極、有襯電渣爐與電源所形成的回路，其次是自耗電極、渣池、導電段、第一電源形成的電流回路。上述的大型鋼錠的芯棒可以是鑄態(tài)或鍛態(tài)，即芯棒可以采用鑄造或鍛造方法生產(chǎn)。

上面描述的僅是復合一層的制備，當采用不同內(nèi)徑大小的導電結(jié)晶器時，對復合后的鋼錠重復上述過程，就可以實現(xiàn)多層復合大型鋼錠的制備。

實施例2

本實施例是在實施例1的基礎上，制備復合鋼錠的設備制備復合鋼錠的，如圖4a中所示，第一電纜5連接抽錠裝置4上的引錠板，并由第一開關14控制抽錠裝置4上的引錠板與第一電源9及導電段7的連通與斷開。

制備方法與實施例1中不同的是，在熔渣澆入導電結(jié)晶器后，如圖4a所示，先不下降自耗電極2，閉合開關14，形成渣池、導電結(jié)晶器的導電段與第一電源、抽錠裝置的引錠板及芯棒的回路。此時由于渣池焦耳熱又能對芯棒8進行預熱。當芯棒8預熱到一定的溫度后，斷開開關14，下降自耗電極2埋于渣中，如圖4b中所示，形成自耗電極2、渣池12、導電段7與第一電源9回路，渣池焦耳熱效應熔化自耗電極，自耗電極的液滴滴落在芯棒8附近，形成金屬熔池13，同時渣池還能繼續(xù)提高芯棒8的溫度，保證自耗電極的熔液和芯棒8界面的結(jié)合質(zhì)量。當液位檢測器3檢測到自耗電極的熔液時，開始抽錠，通過液位檢測的位置來判斷自耗電極的熔化速度和抽錠速度的匹配程度，進而調(diào)整供電功率和抽錠速度，來保證生產(chǎn)過程的順行。

實施例2所生產(chǎn)的鋼錠質(zhì)量表面及內(nèi)部質(zhì)量隨高度的變化情況如表3所示。

表3實施例2所生產(chǎn)的鋼錠質(zhì)量表面及內(nèi)部質(zhì)量隨高度的變化

與實施例1相比，通過回路提前對芯棒8進行預熱，熱量提前達到平衡，下部質(zhì)量得到改善，中上部界面結(jié)合質(zhì)量良好，復合鋼錠表面質(zhì)量好，表面光潔無疏松、縮孔，同時減輕偏析情況，并且具有抗事故能力強，使用壽命長的優(yōu)點。

實施例3

本實施例是在實施例1的基礎上，采用雙電源雙回路供電方式，如圖5a所示，制備復合鋼錠的設備中是將導電段7與述抽錠裝置4上的引錠板得通過設有第二電源15及第二開關16的第二電纜連接。由于單電源雙回路不能很好的匹配上下兩個回路的功率分配情況，所以采用雙電源進行供電，兩個回路可以同時進行供電且相互之間的供電功率不受限制，因此可以根據(jù)熱量平衡分別對兩個回路功率進行調(diào)控。

在實施例1制備方法的基礎上，進行制備，其中與實施例1中所不同的是：在向?qū)щ娊Y(jié)晶器1內(nèi)澆渣完畢后，如圖5a中所示，先不下降自耗電極2，而是先閉合第二開關16，形成導電段7、渣池12、芯棒8及抽錠裝置4的引錠板與第二電源15的下回路。保持第二開關16閉合，再下降自耗電極埋于渣中，如圖5b中所示，使自耗電極2、渣池12、導電結(jié)晶器1的導電段7與第一電源9組成的上回路，同時降低下回路功率。本實施例中所用材質(zhì)及工藝參數(shù)見表4；其中，第2爐次所用的芯棒為第1爐次制備的復合鋼錠進行的，且進行第二爐次是需要更換相適應的設備尺寸。

本實施例所生產(chǎn)的鋼錠質(zhì)量表面及內(nèi)部質(zhì)量隨高度的變化情況如表5所示。

表4實施例3所使用的材質(zhì)及工藝參數(shù)

表5實施例3所生產(chǎn)的鋼錠質(zhì)量表面及內(nèi)部質(zhì)量隨高度的變化

本實施例中，在先進行下回路供電時已經(jīng)是芯棒達到一定的溫度，然后雙回路供電，不僅上回路渣中產(chǎn)生的焦耳熱對芯棒有預熱效果，下回路產(chǎn)生的焦耳熱直接作用于芯棒表面，使芯棒表面的溫度高于渣的熔點，但是過熱度不會太高，這樣能夠保證不會夾渣，同時表面微熔芯棒與外層熔液很好的結(jié)合，充足的熱量又能夠?qū)⒛痰脑鼩と刍徊糠郑ＷC表面質(zhì)量良好。下部的復合質(zhì)量和表面質(zhì)量得到充分的解決，復合鋼錠的中上部界面結(jié)合質(zhì)量和表面質(zhì)量更加優(yōu)異，在上回路供電后，降低下回路工作是為防止渣池溫度過高，控制合理的復合層厚度。提高了復合鋼錠或者復合軋輥的成材率，顯著的挑高經(jīng)濟效益。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明做其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術人員可能利用上述揭示的技術內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。