CN101748282B - 一种电渣液态浇铸方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电渣液态浇铸方法，将精炼后的钢水注入中间包中，启动中包感应加热电源对钢水进行加热；将引锭装置与结晶器封好后，利用化渣臂在结晶器内化好预定重量的液态炉渣，将中包车移动至浇注工位，浇注水口与结晶器对中后开始浇注钢水；当熔渣液面达到设定高度后开始抽锭，同时高压合闸，使电流通过熔渣，使炉渣处于高温熔融状态，抽锭速度与液态钢水浇铸的速度相匹配；钢锭出结晶器口后开启二次冷却装置，完成电渣液态浇铸。该电渣液态浇铸方法可以大幅度提高生产效率，降低生产成本。

Description

一种电渣液态浇铸方法

技术领域

本发明涉及一种电渣重熔技术，具体地说是一种电渣液态浇铸方法。

背景技术

电渣重熔(electroslag remelting)是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法。其主要目的是提纯金属并获得洁净组织均匀致密的钢锭。经电渣重熔的钢，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀。电渣钢的铸态机械性能可达到或超过同钢种锻件的指标。电渣钢锭的质量取决于合理的电渣重熔工艺和保证电渣工艺的设备条件。

电渣重熔的产品品种多，应用范围广。其钢种有：碳素钢、合金结构钢、轴承钢、模具钢、高速钢、不锈钢、耐热钢、超高强度钢、高温合金、精密合金、耐蚀合金、电热合金等400多个钢种。此外，可用电渣法直接熔铸异形铸件，可以铸代锻，简化生产工序，提高金属的利用率。

把平炉、转炉、电弧炉或感应炉冶炼的钢铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺，英文简称ESR。

传统电渣重熔(ESR)是利用电流通过液态熔渣产生电阻热加热和精炼金属的一种特种熔炼方法。其目的是在初炼的基础上进一步提纯钢、合金和改善钢锭的结晶组织，从而获得高质量的、组织均匀致密的钢锭。图1是传统电渣重熔方法示意图，其中，1-自耗电极；2-水冷结晶器；3-渣池；4-金属熔池；5-渣壳；6-钢锭；7-底水箱；8-金属熔滴；9-变压器；10-大电流导体。具体过程如下：

在铜制水冷结晶器内盛有熔融的炉渣，自耗电极一端插入熔渣内。自耗电极、渣池、金属熔池、钢锭、底水箱通过短网导线和变压器形成回路。在通电过程中，渣池放出焦耳热，将自耗电极端头逐渐熔化，熔融金属汇聚成液滴，穿过渣池，落入结晶器，形成金属熔池，受水冷作用，迅速凝固形成钢锭。在电极端头液滴形成阶段，以及液滴穿过渣池滴落阶段，钢-渣充分接触，钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收。钢中有害元素(硫、铅、锑、铋、锡)通过钢-渣反应和高温气化可以有效地去除。液态金属在渣池覆盖下，基本上避免了再氧化。因为是在铜制水冷结晶器内熔化、精炼、凝固的，这就杜绝了耐火材料对钢的污染。钢锭凝固前，在它的上端有金属熔池和渣池，起保温和补缩作用，保证钢锭的致密性。上升的渣池在结晶器内壁上形成一层薄渣壳，不仅使钢锭表面光洁，还起绝缘和隔热作用，使更多的热量向下部传导，有利于钢锭自下而上的定向结晶。由于以上原因，电渣重熔生产的钢锭的质量和性能得到改进，合金钢的低温、室温和高温下的塑性和冲击韧性增强，钢材使用寿命延长。

电渣重熔技术具有以下优点：

1)产品性能优越，纯度高、含硫量低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、结晶均匀致密、金相组织和化学成分均匀。

2)生产灵活，电渣重熔设备简单，操作方便。

3)工艺稳定，质量与性能的再现性高。

4)经济合理，设备简单、操作方便、生产费用低于真空电弧重熔，金属成材率高。

5)过程可控，过程控制参量较少，目标参量易达到，便于自动化。

传统电渣炉冶炼过程中，钢锭重熔速度是依据熔化速度与重熔锭直径之比值在1以下或略大于1的原则来控制的。对于一些易偏析合金(如工具钢、高温合金等)，这一比值低至0.65～0.75，这样，重熔钢锭时熔化速度就很慢。因而传统电渣重熔方法的缺点是：生产效率很低、生产周期长、生产成本高；同时金属电极的制备不但使得生产成本增加，而且使得工序复杂、生产周期长。

发明内容

为了克服传统电渣重熔方法存在的问题，本发明的目的是提供一种电渣液态浇铸方法，该电渣液态浇铸(ESR LM)方法可以大幅度提高生产效率，降低生产成本。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种电渣液态浇铸方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)将精炼后的钢水注入中包中，启动中包感应加热电源对钢水进行加热；

2)将引锭装置与结晶器封好后，利用化渣臂在结晶器内化好预定重量的液态炉渣，将中包移动至浇注工位，浇注水口与结晶器对中后开始浇注钢水；

3)当熔渣液面达到设定高度后开始抽锭，同时高压合闸，使电流通过熔渣，熔渣的电阻占据了变压器二次电压的大部分压降，在渣池中产生了大量的焦耳热，使炉渣处于高温熔融状态，抽锭速度与液态钢水浇铸的速度相匹配；

4)钢锭出结晶器口后开启二次冷却装置，增强冷却速度以保证凝固质量，完成电渣液态浇铸。

本发明在步骤1)中，转炉出钢后将钢水进行LF炉工位二次精炼。在步骤3)中，所述熔渣液面达到设定高度为：渣液面到达导电结晶器位置。在步骤2)中，正常浇注期控制浇注过程铸坯的金属熔池形状恒定和铸坯表面质量，根据浇注速度、浇注温度的变化，实时调整输入结晶器的功率，使结晶器内的温度分布保持恒定。

本发明中，由于液态电渣浇注速度较传统连铸的浇注速度慢很多，一包钢水的浇注时间要达数小时，实现中包内钢水的加热是必要的，这样可使浇注顺利进行。因此，中包需要采取加热保温措施。

为了保证钢水的精炼和钢锭的凝固质量，需要对结晶器内渣池进行持续加热使其保持高温熔融状态。

由于钢锭凝固过程中不同阶段的冷却条件不同，所以为保证钢锭凝固质量需要对浇注速度进行控制调节。

由于钢锭浇注速度较电渣重熔速度提高了5～8倍，所以在结晶器出口处应增加二冷装置，增强冷却速度以保证凝固质量。

本发明具有连续拉坯功能，能够将钢锭平稳连续地按照设定速度将钢锭拉出结晶器。为了准确地控制浇注速度，中间包需具有连续称重功能。具有结晶器液位检测功能，对结晶器内钢水液面位置准确检测，以便确定合理拉坯速度。具有化渣补缩功能，该工艺过程在开始和结束阶段与传统电渣重熔过程基本相似，故在结晶器旁安置一个化渣补缩装置，以便于在结晶器内造渣和浇铸结束阶段的补缩。

本发明将精炼后的钢水由钢包输送至浇注平台上，当中包车移动至接钢水工位，利用行车将大包钢水经长水口迅速注入中间包中。启动中包感应加热电源对钢水进行加热。

将引锭装置与结晶器封好后，利用化渣臂在结晶器内化好一定量的液态炉渣，将中包车移动至浇注工位，浇注水口与结晶器对中后开始浇注钢水，当熔渣液面达到一定高度后开始抽锭，同时高压合闸，便有电流通过熔渣，熔渣的电阻相对较大，占据了变压器二次电压的大部分压降，从而在渣池中产生了大量的焦耳热，使炉渣处于高温熔融状态。抽锭速度与液态钢水浇铸的速度相匹配。

由于液态金属在流过渣池过程中以及金属熔池内的金属和炉渣之间要发生一系列的物理化学反应，从而可去除金属中有害杂质元素和非金属夹杂物。渣池使结晶器内壁和钢锭之间形成一层渣壳，它不仅使钢锭表面平滑光洁，而且降低了径向导热，有利于自下而上的顺序结晶，改善了钢锭内部的结晶组织。

与传统电渣重熔相比，本发明无需采用自耗电极，生产成本低，工序简单。采用该方法将生产率提高至5～8倍，提高了生产效率，降低了生产成本。

附图说明

图1是传统电渣重熔方法示意图；

图2是本发明方法示意图；

图3是本发明工艺流程图。

具体实施方式

利用炼钢厂30吨转炉提供初炼钢水，后面利用30吨LF进行精炼。

造渣用原料主要有萤石、工业氧化铝和石灰等，具体成分要求如下：

1)萤石：CaF2≥95.0％，SiO2≤2％，S、P≤0.05％，粒度≤5~10mm；

2)氧化铝：Al2O3≥97％，粒度≤0.5mm；

3)石灰：CaO≥90％，SiO2≤2.5％，S、P≤0.05％，粒度10~20mm；

4)镁砂：MgO≥95％，SiO2≤2.0％，S、P≤0.01％，粒度≤3~5mm；

5)硅石：SiO2≥95％，粒度1~5mm。

渣料烘烤制度：

1)萤石、氧化铝、镁砂、硅石的烘烤温度≥800℃，保温时间≥8小时；

2)石灰烘烤温度≥800℃，保温时间≥10小时，使用时温度不小于200℃。

图2是本发明方法示意图；其中，11-中包；12-结晶器；13-液态渣池；14-金属熔池；15-钢锭；16-抽锭机构；17-二次冷却装置；18-化渣臂；19-中包车。

一种电渣液态浇铸方法，该方法包括以下步骤：

1)将精炼后的钢水送至浇注平台上，将大包钢水经长水口迅速注入中间包中，启动中包感应加热电源对钢水进行加热。转炉出钢后将钢水运至进行LF炉工位二次精炼；

2)将引锭装置与结晶器封好后，利用化渣臂在结晶器内化好预定的重量的液态炉渣，将中包车移动至浇注工位，浇注水口与结晶器对中后开始浇注钢水。由于液态电渣浇注速度较传统连铸的浇注速度慢很多，一包钢水的浇注时间要达数小时。因此，需要采取加热保温措施。

3)当熔渣液面达到设定高度后开始抽锭，同时高压合闸，使电流通过熔渣，熔渣的电阻相对较大，占据了变压器二次电压的大部分压降，在渣池中产生了大量的焦耳热，使炉渣处于高温熔融状态，抽锭速度与液态钢水浇铸的速度相匹配；

4)钢锭出结晶器口后开启二次冷却装置，完成电渣液态浇铸。

本发明的工艺流程见图3，具体如下：

1)转炉出钢后将钢水运至进行LF炉工位二次精炼；同时进行中包烘烤，和利用化渣装置化渣；

2)将钢包经过跨车运到浇注工位

3)行车将大包钢水经长水口迅速注入中间包中

4)盖好中包盖，开通中包电源对钢水进行感应加热，同时吹氩精炼；

5)控制钢水流量按照一定的流速浇注到结晶器中；

6)渣液面到达导电结晶器位置，开通结晶器电源对熔渣进行加热，同时开始抽锭操作；

7)钢锭出结晶器口后开启二次冷却装置。

本发明中包车主要具有移动行走功能。中包车行走由电机驱动，同时中包车具有称重功能，以便确定浇铸速度。为了确定浇铸速度及中包内的钢水量，对整个中包系统进行称量。称重传感器安装在中包吊耳支架下方，从而实现对整个中包重量的称量。

中包浇注速度控制范围：80-150kg/min；精度±5kg/min。

本发明的结晶器分为两个部分，其中上部为导电加热熔渣，下部钢锭成型作用。采用钢和铜组合结构。

为了加速铸坯的冷却，提高凝固速度和浇注速度，在铸坯出结晶器口的约600mm高度范围内在圆周方向均匀设置汽雾喷嘴对铸坯进行进一步强制冷却。

为了防止冷却水流入钢锭下部，采用一个环形的带压缩空气内封的集水装置收集从二冷区往下流淌的冷却水，抽出后循环使用。

抽锭速度以保证结晶器渣金液面位置恒定为原则。通过液面检测信号，通过PLC自动调节拉坯速度。

Claims (3)

1.一种电渣液态浇铸方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)将精炼后的钢水注入中包中，启动中包感应加热电源对钢水进行加热；

2)将引锭装置与结晶器封好后，利用化渣臂在结晶器内化好预定重量的液态炉渣，将中包移动至浇注工位，浇注水口与结晶器对中后开始浇注钢水；中包浇注速度控制范围：80-150kg/min；精度±5kg/min；结晶器分为两个部分，其中上部为导电加热熔渣，下部钢锭成型作用；采用钢和铜组合结构；

正常浇注期控制浇注过程铸坯的金属熔池形状恒定和铸坯表面质量，根据浇注速度、浇注温度的变化，实时调整输入结晶器的功率，使结晶器内的温度分布保持恒定；

3)当熔渣液面达到设定高度后开始抽锭，同时高压合闸，使电流通过熔渣，熔渣的电阻占据了变压器二次电压的大部分压降，在渣池中产生了大量的焦耳热，使炉渣处于高温熔融状态，抽锭速度与液态钢水浇铸的速度相匹配；

4)钢锭出结晶器口后开启二次冷却装置，增强冷却速度以保证凝固质量，完成电渣液态浇铸。

2.根据权利要求1所述的电渣液态浇铸方法，其特征在于：在步骤1)中，转炉出钢后将钢水进行LF炉工位二次精炼。

3.根据权利要求1所述的电渣液态浇铸方法，其特征在于：在步骤3)中，所述熔渣液面达到设定高度为：渣液面到达导电结晶器位置。

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