CN102728820B - 一种振动电渣熔铸方法及其专用设备 - Google Patents

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Abstract

一种振动电渣熔铸技术是在电渣熔铸时采用激振装置带动自耗电极振动，所述激振装置包括激振器、传感器和控制仪。控制仪通过传感器采集自耗电极的振动信息，并控制激振器的振动频率、振动方向和振幅大小。本发明的优点在于，通过强化自耗电极和渣池之间的动量和热量交换，细化金属熔滴，减少晶间偏析，使得铸件组织均匀，等轴晶粒增加，改善铸件力学性能；还能提高熔化速率，降低电耗，提高生产效率。

Description

一种振动电渣熔铸方法及其专用设备
技术领域
本发明属于电渣熔铸技术领域，具体提供了一种低能耗制取优质电渣铸件的方法。
背景技术
电渣熔铸是集金属精炼与铸造成形于一体的特种铸造方法，采用该方法生产的铸件组织均匀致密、纯度高、硫和磷含量低、非金属夹杂物少、具有较高的韧性、抗疲劳性及良好的焊接性能。但采用电渣熔铸方法生产的大断面钢锭和铸件内部也会存在成分、组织偏析，晶粒度不均匀等现象，该问题一直困扰着国内外的冶金工作者，严重制约了电渣熔铸工艺的应用；同时，如何降低电渣熔铸电耗、提高熔化速率也是制约电渣熔铸工艺发展的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种振动电渣熔铸方法，在电渣熔铸时采用激振装置带动自耗电极振动，使自耗电极在一定振幅范围内振动。该方法能够强化自耗电极和渣池之间的动量和热量交换，从而细化金属熔滴，减少晶间偏析，使得铸件组织均匀，等轴晶粒增加，改善铸件力学性能；同时提高熔化速率，降低电耗，提高生产效率。
本发明具体提供了一种振动电渣熔铸方法，其特征在于：在电渣熔铸时采用激振装置带动自耗电极振动，所述激振装置包括激振器、传感器和控制仪，其中传感器设置在激振器上，并与激振器一同固定在电渣炉炉体横臂和自耗电极夹头中间，位于炉体外的控制仪分别与传感器和激振器相连，控制仪器通过传感器采集自耗电极的振动信息，并控制激振器的振动频率、振动方向和振幅大小。
本发明提供的振动电渣熔铸方法，其特征在于：采用激振装置带动自耗电极振动时，将自耗电极振幅值控制在3~20mm之间，电渣熔铸过程中，自始至终保持稳定的低幅振动，激振器振动频率控制范围为2HZ~50HZ，激振装置和自耗电极之间共振与非共振状态均可。
本发明提供的振动电渣熔铸方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
a、将传感器2和激振器3固定在电渣炉炉体横臂1和自耗电极5中间，卡紧自耗电极5；
b、利用接线方式，将控制仪6分别与每个传感器2以及激振器3用线头连在一起；
c、进行电渣重熔时，利用控制仪6上开关启动水平方向的激振器3或竖直方向的激振器3，通过控制仪6控制激振器3的振动频率、振动方向和振幅大小：将自耗电极5振幅值控制在3~20mm之间，激振器3振动频率控制范围为2HZ~50HZ，熔铸过程中可以通过控制仪6控制激振器3转换振动方向，但水平方向的激振器3和竖直方向的激振器3不可同时振动；
振动电渣熔铸过程中，高温熔渣的渣阻热将自耗电极熔化，自耗电极端部熔化形成熔滴，熔滴来不及变大，就在振动力和重力的作用下，在变速的熔渣中旋转下落，经过渣洗后，过渡到浅平的金属熔池中凝固。
d、电渣熔铸过程开始补缩时，关闭控制仪器6的开关，使激振器3和自耗电极5停止振动。熔铸结束后关闭高压，将自耗电极5从高温渣池中升出。
本发明还提供了所述振动电渣熔铸方法的专用设备，其特征在于：所述专用设备为激振装置，包括激振器3、传感器2和控制仪6，其中传感器2设置在激振器3上，并与激振器3一同固定在电渣炉炉体横臂1和自耗电极5中间，控制仪6在炉体外，并分别与每个传感器2以及激振器3连接。
本发明的最佳效果，是可以提高熔铸件的力学性能、降低晶间偏析、细化晶粒、减少铸件内部疏松等现象。采用本发明所述方法比普通电渣熔铸方法所得铸件的屈服强度和抗拉强度提高5~10%，冲击值提高10%以上，钢锭晶间偏析、疏松等内部质量问题显著降低，钢锭表面质量良好，熔化速率得到大幅度提高，降低电耗并提高了生产效率。
附图说明
图1  振动电渣熔铸设备的示意图；其中1是电渣炉炉体横臂；2是传感器；3是激振器；4是电极夹头；5是自耗电极；6是控制仪；7是变压器。
具体实施方式
对比例1：
自耗电极化学成分如表1所示，熔铸直径为Ф300mm，高为1000mm的钢锭，渣系采用二元渣系，其配比为CaF270%、Al2O330%（重量比）；在电渣熔铸前，先将渣系在350℃下烘烤4小时，去除渣料中的水分。起弧方式采用固态渣引弧，渣量18kg，电压58~62 V，电流5200~5500A，最终获得Ф300mm，高为1000mm的钢锭。将电渣熔铸（电渣重熔）后的钢锭通过1050 ℃正火＋580 ℃回火热处理后，钢锭力学性能为：σb /560Mpa，σs/390Mpa，δ/24.5%， Akv/140J。经测量，整个熔铸过程耗时2小时。
表1自耗电极化学成分（重量百分比%）
元素 C Si Mn P S V Nb Ti Al 备注
含量% 0.15 0.45 1.30 0.030 0.020 0.13 0.042 0.15 0.015 其余为Fe
实施例1：
采用振动电渣熔铸方法制备钢锭，其中自耗电极、结晶器、渣量、渣系、熔铸工艺和引弧方法同对比例1，所用振动电渣熔铸设备结构如图1所所示，三个激振器3在水平方向和竖直方向上分别固定在电渣炉炉体横臂1和电极夹头4中间，其中水平方向和一个竖直方向的激振器3上各设有一个传感器2，控制仪6在炉体外，并分别与每个传感器2以及激振器3连接。
待电渣熔铸过程稳定时，通过控制仪6使水平方向的激振器3振动，从而使自耗电极5左右振动，根据控制仪6上显示的自耗电极振幅值来调整激振频率，自始至终保持稳定的低幅振动，振动频率控制范围为10HZ~20HZ，振幅大小为8mm，熔铸过程开始补缩时，关闭控制仪6开关。经测量，整个熔铸过程最终耗时1小时40分钟，获得Ф300mm，高为1000mm钢锭。在与对比例1相同的热处理条件下，热处理后铸件力学性能为：σb/598Mpa，σs/424Mpa，δ/29%， Akv/160J。
对比例2：
自耗电极化学成分如表2所示，熔铸长500mm，宽200mm，高为800mm的中、厚钢板，渣系采用二元渣系，其配比为CaF270%、Al2O330%（重量比）；在电渣熔铸前，先将渣系在350℃下烘烤4小时，去除渣料中的水分。起弧方式采用固态渣引弧，渣量35kg，电压60~65V，电流6800~7500A，最终获得长500mm，宽200mm，高为800mm的中、厚钢板。将电渣熔铸（电渣重熔）后的钢锭通过1050 ℃正火＋580 ℃回火热处理后，钢锭力学性能为：σb /573Mpa，σs/397Mpa，δ/23%， Akv/125J。经测量，整个熔铸过程耗时2小时15分钟。
表2  自耗电极化学成分（重量百分比%）
元素 C Si Mn P S V Nb Ti Al 备注
含量% 0.14 0.48 1.34 0.028 0.019 0.15 0.040 0.16 0.013 其余为Fe
实施例2：
采用振动电渣熔铸方法制备钢锭，其中自耗电极、结晶器、渣量、渣系、熔铸工艺和引弧方法同对比例2，所用振动电渣熔铸设备结构如图1所所示，三个激振器3在水平方向和竖直方向上分别固定在电渣炉炉体横臂1和电极夹头4中间，其中水平方向和一个竖直方向的激振器3上各设有一个传感器2，控制仪6在炉体外，并分别与每个传感器2以及激振器3连接。
待电渣熔铸过程稳定时，通过控制仪6使竖直方向的激振器3振动，从而使自耗电极5在渣池里上下振动，根据控制仪6上显示的自耗电极振幅值来调整激振频率，自始至终保持稳定的低幅振动，振动频率控制范围为25HZ~33HZ，振幅大小为13mm，熔铸过程开始补缩时，关闭控制仪6开关。经测量，整个熔铸过程最终耗时1小时53分钟，获得长500mm，宽200mm，高为800mm的中、厚钢板。在与对比例1相同的热处理条件下，热处理后铸件力学性能为：σb/595Mpa，σs/434Mpa，δ/28.5%， Akv/159J。
通过对比采用振动电渣熔铸技术前后的钢锭可知，本发明比起普通电渣熔铸方法所得铸件的屈服强度和抗拉强度可提高5~10%，冲击值提高10%以上，熔化速率得到大幅度提高，降低电耗并提高了生产效率。

Claims (2)

1.一种振动电渣熔铸方法，其特征在于：在电渣熔铸时采用激振装置带动自耗电极振动，所述激振装置包括激振器、传感器和控制仪，其中传感器设置在激振器上，并与激振器一同固定在电渣炉炉体横臂和自耗电极夹头中间，位于炉体外的控制仪分别与传感器和激振器相连，控制仪通过传感器采集自耗电极的振动信息，并控制激振器的振动频率、振动方向和振幅大小；所述方法的具体步骤如下：
a、将传感器(2)和激振器(3)固定在电渣炉炉体横臂(1)和自耗电极(5)中间，卡紧自耗电极(5)；
b、利用接线方式，将控制仪(6)分别与每个传感器(2)以及激振器(3)用线头连在一起；
c、进行电渣熔铸时，利用控制仪(6)上开关启动水平方向的激振器(3)或竖直方向的激振器(3)，通过控制仪(6)控制激振器(3)的振动频率、振动方向和振幅大小：将自耗电极(5)振幅值控制在3～20mm之间，激振器(3)振动频率控制范围为2HZ～50HZ，熔铸过程中通过控制仪(6)控制激振器(3)转换振动方向，但水平方向的激振器(3)和竖直方向的激振器(3)不可同时振动；
d、电渣熔铸过程开始补缩时，关闭控制仪(6)的开关，使激振器(3)和自耗电极(5)停止振动，然后关闭高压，将自耗电极(5)从高温渣池中升出。
2.一种权利要求1所述振动电渣熔铸方法的专用设备，其特征在于：所述专用设备为激振装置，包括激振器(3)、传感器(2)和控制仪(6)，其中传感器(2)设置在激振器(3)上，并与激振器(3)一同固定在电渣炉炉体横臂(1)和自耗电极(5)中间，控制仪(6)在炉体外，并分别与每个传感器(2)以及激振器(3)连接。
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