CN103045876B - 电渣液态浇注系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电渣液态浇注系统，该电渣液态浇注系统包括：电渣液态浇注炉；真空室，密封地固定到电渣液态浇注炉上方以将电渣液态浇注炉的渣池暴露到真空室内；钢包，内部装有钢水；管道，用于将钢包内的钢水引导到渣池中，包括插入钢包内的钢水中的入口和位于真空室内的出口，管道的出口位于渣池上方。根据本发明的电渣液态浇注系统，通过在电渣液态浇注炉上设置真空室并通过管道将钢水引入电渣液态浇注炉的渣池中，可以缩短冶金流程，同时可以实现除去钢水中气体的功能。

Description

电渣液态浇注系统

技术领域

本发明属于电渣冶金领域，具体地讲，涉及一种能够缩短冶金流程同时实现钢水脱气的电渣液态浇注系统。

背景技术

电渣冶金的产品具有纯洁度高、组织致密、成分均匀、表面光洁等优点。传统的电渣冶金技术采用一次重熔一个钢锭的间歇式生产方式，需要制备钢坯或者连铸坯作为自耗电极。

乌克兰首都基辅的Elmet-Roll、巴顿电焊研究所的密多瓦尔教授及其团队于20世纪90年代研发了电渣液态浇注法(Medovar L B，Tsykulenko A K，Saenko V Ya等人.New Electroslag Technologies.Medovar MemorialSymposium，2011：49)，该方法省去了电极制备的工序和成本并降低了传统电渣冶金的生产能耗。该电渣液态浇注法不需要制备自耗电极，渣池和结晶器通过外部电源形成回路，从而使渣池保持预定温度。在电渣液态浇注法的操作过程中，在将待电渣冶金的液态金属(例如，钢水)倒入渣池之前，需要单独地对液态金属进行存装和转移并进行脱气等处理，并且在此一系列操作过程中需要进行防止氧化和污染的措施，这使得电渣液态浇注法的冶金流程较长且复杂。此外，经过脱气处理的钢水在钢包转移、倒入渣池的过程中容易吸收空气而造成氧化和污染，不利于钢坯的生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种能够缩短冶金流程同时对钢水进行脱气的电渣液态浇注系统。

根据本发明的一方面，电渣液态浇注系统包括：电渣液态浇注炉；真空室，密封地固定到电渣液态浇注炉上方以将电渣液态浇注炉的渣池暴露到真空室内；钢包，内部装有钢水；管道，用于将钢包内的钢水引导到渣池中，包括插入钢包内的钢水中的入口和位于真空室内的出口，管道的出口位于渣池上方。

根据本发明的实施例，电渣液态浇注炉可以包括导电结晶器、绝缘层、外结晶器和外包层，绝缘层设置在导电结晶器与外结晶器之间并与导电结晶器和外结晶器一起限定渣池和金属熔池，外包层密封地包覆到导电结晶器、绝缘层和外结晶器的外部。真空室下部可以密封地固定到外包层上并且具有暴露渣池的开口。

根据本发明的实施例，真空室可以具有将真空室内的气体排出的排气孔。真空室的排气孔可以与抽气装置相连通。

根据本发明的实施例，管道可以从真空室的顶部与渣池的液面垂直地进入真空室。管道可以与真空室的顶部气密性滑动连接。电渣液态浇注系统还可以包括与管道连接以使管道相对于真空室上下移动的管道升降装置。

根据本发明的实施例，电渣液态浇注系统还可以包括使钢包上下移动的钢包升降装置。

根据本发明的实施例，真空室还可以具有进气孔。

根据本发明的实施例，电渣浇注系统还可以包括设置在管道的出口与渣池之间的坩埚，坩埚的底部设置有多个出钢孔。

根据本发明的实施例，渣池中熔融渣的厚度可以是钢水进入渣池最大冲击深度的1.5倍以上。

根据本发明的实施例，真空室可以设置有具有打开和关闭功能的渣口，以用于渣池的加渣和/或扒渣。

根据本发明的电渣液态浇注系统在电渣液态浇注炉上设置真空室并通过管道将钢水引入电渣液态浇注炉的渣池中，从而可以在真空室中脱除钢水中气体，缩短冶金流程。同时，可以通过调节真空度、管道截面积、钢水液面差等来调节生产节奏。

附图说明

通过结合附图进行的示例性实施例的以下描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将变得清楚和更易于理解，其中：

图1是根据本发明示例性实施例的电渣液态浇注系统的示意图；

图2是根据本发明另一示例性实施例的电渣液态浇注系统的示意图；

图3是根据本发明另一示例性实施例的电渣液态浇注系统中使用的坩埚的剖视图。

具体实施方式

本发明的电渣液态浇注系统是以现有的电渣液态浇注法为基础，通过在电渣液态浇注炉上设置真空室并通过管道将钢包中的钢水引入真空室以注入渣池中而实现。

根据发明的电渣液态浇注系统可以包括电渣液态浇注炉、真空室、钢包和管道。真空室密封地固定到电渣液态浇注炉上方以将电渣液态浇注炉的渣池暴露到真空室内。管道用于将钢包内的钢水引入渣池中，管道包括插入钢包内的钢水中的入口和位于真空室内的出口，管道的出口位于渣池上方。

在根据本发明的具有上述结构的电渣液态浇注系统中，液态金属从钢包中经管道进入真空室中，最后注入电渣液态浇注炉的渣池中。因此，省去了现有技术中在液态金属被注入电渣液态浇注炉之前的存放、转移以及一系列防止氧化和污染的步骤。因此，根据本发明的电渣液态浇注系统可以缩短冶金流程，同时在真空室中可以脱除钢水中的气体。

下面将参照附图和示例性实施例来详细地描述本发明的电渣液态浇注系统。在附图中，相同的标号始终表示相同的元件。

图1是根据本发明示例性实施例的电渣液态浇注系统的示意图。

参照图1，根据本实施例的电渣液态浇注系统包括电渣液态浇注炉、真空室21、管道31和钢包41。

电渣液态浇注炉可以包括导电结晶器12、绝缘层(未示出)、外结晶器14和外包层15。绝缘层设置在导电结晶器12与外结晶器14之间并与导电结晶器12和外结晶器14一起限定渣池11和金属熔池13。渣池11和导电结晶器12通过外部电源16形成回路，从而通过电阻热改变渣池11和金属熔池13的温度。外结晶器14用于钢水凝固成型。外包层15密封地包覆到导电结晶器12、绝缘层和外结晶器14的外部，外包层15可以由耐火材料形成，然而，本发明不限于此。

真空室21密封地固定到电渣液态浇注炉上方以将电渣液态浇注炉的渣池11暴露到真空室21内。具体地讲，在本示例性实施例中，真空室21的下部密封地固定到外包层15上并且具有暴露渣池11的开口，例如，可以通过螺钉、垫圈等实现真空室21与外包层15的安装。

根据本发明的示例性实施例，真空室21可以设置排气孔22。这样，在操作过程中，排气孔22与外部的例如机械泵或真空泵的抽气装置相连通，从而实现真空室21的负压环境。

此外，真空室21的形状不受具体的限制，例如，可以是圆柱形或长方体形。真空室21可以由焊接钢板的外层和耐火材料的内衬形成以实现保温功能和密封功能，然而，本发明不限于此。

管道31将钢包41与真空室21连通，从而将钢包41内的钢水引入真空室21并注入到渣池11中。具体地讲，管道31包括插入钢包41内的钢水中的入口32和位于真空室21内的出口33，并且管道31的出口33位于渣池11上方。管道31的出口33可以朝向渣池11。管道31可以由耐火材料的外层、钢结构的中间层和耐火材料的内层形成，耐火材料可以是镁碳、高铝、萤石等材料，然而，本发明不限于此。

在具有上述结构的电渣液态浇注系统中，通过机械泵或真空泵的抽气作用在真空室21内形成负压，从而钢包41内的钢水在钢水入口32处被吸入管道31中，沿着管道31流动，最后从钢水出口33注入真空室21内。由于钢水的重力作用，从位于渣池11上方的钢水出口33流出的钢水注入到渣池11中。在钢水从钢水出口33下落到渣池11中的过程中，因真空室21内的负压环境(高真空环境)，可以迅速地除去钢水中的气体。另外，由于钢水下落过程中温度的降低，所以钢水中气体的溶解度也会下降，从而有利于钢水脱氢。进入渣池11中的钢水与熔融渣充分接触，从而可以除去钢水中的夹杂物。穿过渣池11的钢水进入金属熔池13中，金属熔池13具有缓冲钢水的作用并对后续的铸造过程进行钢水补缩。由于在电渣液态浇注炉上方设置真空室21，所以渣池液面会略微呈现凸面，但这不会影响电渣冶金的效果。此外，由于将真空室21设置在电渣液态浇注炉上方，所以可以避免钢水的氧化和污染，使得钢水具有较高的纯净度。因此，高纯净度并被脱气的钢水在通过外结晶器(例如水冷结晶器)14后，可以生产出高品质的电渣钢。

可见，在具有上述结构的电渣液态浇注系统中，无需单独地对待冶金钢水进行存装和转移并进行脱气等处理，因此，根据本实施例的电渣液态浇注系统可以缩短冶金流程同时可以实现除去钢水中气体的功能。

根据本发明的示例性实施例，如图1所示，管道31可以从真空室21的顶部与渣池11的液面垂直地进入真空室21内。然而，本发明不限于此，例如，管道31可以从真空室21的侧部进入真空室21内，并在渣池11上方弯曲使得钢水出口33朝向渣池11。此外，根据本发明的示例性实施例，在管道31从真空室21的顶部与渣池11垂直地进入真空室的情况下，管道31与真空室21的顶部可以气密性滑动连接，从而管道31可以相对于真空室的顶部上下移动以调节钢水出口33与渣池11之间的距离。在这种情况下，可以设置与管道31连接的管道升降装置34，管道升降装置34可以通过液压技术或齿轮结构来实现，然而，本发明不限于此。

根据本发明的示例性实施例，真空室21还可以设置进气孔23。可以通过进气孔23向真空室21内注入惰性气体，降低真空室21中的从钢中脱除的气体的分压，从而有利于脱气。

根据本发明的示例性实施例，真空室21还可以设置用于渣池的加渣和/或扒渣的渣口(未示出)，渣口可以具有打开和关闭的功能以在使用时打开并在不用时关闭。然而，渣口的具体形式以及其在真空室21上的设置位置不受具体的限制。

根据本发明的示例性实施例，在钢包41的下部可以设置钢包升降装置42以实现钢包41的自由升降，钢包升降装置42可以通过液压技术或齿轮结构来实现，然而，本发明不限于此。

图2是根据本发明另一示例性实施例的电渣液态浇注系统的示意图，图3是根据本发明另一示例性实施例的电渣液态浇注系统中使用的坩埚的剖视图。

参照图2和图3，根据本实施例的电渣液态浇注系统还包括设置在钢水出口33和渣池11之间的呈碗状的坩埚51，坩埚51的底部设置有多个出钢孔53。通过在钢水出口33和渣池11之间设置具有多个出钢孔53的坩埚51可以改善脱气效果。例如，当坩埚51的出钢孔53的数量较少和/或直径较小时，坩埚51可起到储存钢水的作用，延长钢水在真空室21内的停留时间，从而改善脱气效果；当坩埚的出钢孔53数量较多时，钢水可以从不同的出钢孔53流出，从而增加钢水的表面积，增加气/液界面，提高脱气效率。

如图2所示，坩埚可以通过坩埚支架52设置在钢水出口33和渣池11之间。坩埚支架52可以由耐高温材料形成，坩埚支架52的具体形式和放置方式不受具体的限制，例如，坩埚支架52一端可以支撑在外包层15上并且另一端支撑在坩埚51的外侧表面上。

对于本发明的电渣液态浇注系统，在实际操作过程中，可以将渣池11中熔融渣的厚度设置成钢水进入渣池最大冲击深度的1.5倍以上。由于钢水重力势能的作用，钢水从高处进入渣池后必然产生一定深度，如果钢水速度过快且渣池11中的熔融渣厚度太薄，则钢水可能在很短时间内就到达金属熔池13，从而达不到电渣冶金的效果。因此，渣池中熔融渣的厚度必须大于钢水的冲击深度，优选地，熔融渣的厚度是钢水进入渣池最大冲击深度的1.5倍以上。

此外，对于本发明的电渣液态浇注系统，管道31的截面积(在管道31为圆管的情况下，为管道31的直径)决定于真空室21的真空度、钢包内钢液表面与钢水出口之间的高度差等因素。钢水需求量决定于电渣锭生产效率，管道31提供适量体积的钢水是冶金过程的关键因素。在理想状态下，管道31的截面积与钢水流速的乘积为钢水供应量。根据伯努利方程，钢水流速与真空度、钢水出口与钢水进口高度差等因素有关，因此管道截面积取决于真空度、钢包内钢液表面与钢水出口之间高度差等因素。

通过对根据本发明的电渣液态浇注系统的以上实施例的描述可以看出，通过在电渣液态浇注炉上设置真空室并通过管道将钢水引入电渣液态浇注炉的渣池中，可以缩短冶金流程，同时可以实现除去钢水中气体的功能。

Claims (13)

1.一种电渣液态浇注系统，其特征在于，所述电渣液态浇注系统包括：

电渣液态浇注炉；

真空室，密封地固定到电渣液态浇注炉上方以将电渣液态浇注炉的渣池暴露到真空室内；

钢包，内部装有钢水；

管道，用于将钢包内的钢水引导到渣池中，包括插入钢包内的钢水中的入口和位于真空室内的出口，管道的出口位于渣池上方。

2.根据权利要求1所述的电渣液态浇注系统，其特征在于，电渣液态浇注炉包括导电结晶器、绝缘层、外结晶器和外包层，绝缘层设置在导电结晶器与外结晶器之间并与导电结晶器和外结晶器一起限定渣池和金属熔池，外包层密封地包覆到导电结晶器、绝缘层和外结晶器的外部。

3.根据权利要求2所述的电渣液态浇注系统，其特征在于，真空室下部密封地固定到外包层上并且具有暴露渣池的开口。

4.根据权利要求1所述的电渣液态浇注系统，其特征在于，真空室具有将真空室内的气体排出的排气孔。

5.根据权利要求4所述的电渣液态浇注系统，其特征在于，真空室的排气孔与抽气装置相连通。

6.根据权利要求1所述的电渣液态浇注系统，其特征在于，管道从真空室的顶部与渣池的液面垂直地进入真空室。

7.根据权利要求6所述的电渣液态浇注系统，其特征在于，管道与真空室的顶部气密性滑动连接。

8.根据权利要求7所述的电渣液态浇注系统，其特征在于，所述电渣液态浇注系统还包括与管道连接以使管道相对于真空室上下移动的管道升降装置。

9.根据权利要求1所述的电渣液态浇注系统，其特征在于，所述电渣液态浇注系统还包括使钢包上下移动的钢包升降装置。

10.根据权利要求1所述的电渣液态浇注系统，其特征在于，真空室还具有进气孔。

11.根据权利要求1所述的电渣液态浇注系统，其特征在于，所述电渣液态浇注系统还包括设置在管道的出口与渣池之间的坩埚，坩埚的底部设置有多个出钢孔。

12.根据权利要求1所述的电渣液态浇注系统，其特征在于，渣池中熔融渣的厚度是钢水进入渣池最大冲击深度的1.5倍以上。

13.根据权利要求1所述的电渣液态浇注系统，其特征在于，真空室设置有具有打开和关闭功能的渣口，以用于渣池的加渣和/或扒渣。