CN104372177B - 一种大型合金锭电渣重熔管式自耗电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大型合金锭电渣重熔管式自耗电极及其制备方法，该电极包括固定电极，还包括电极群集合器和若干根尺寸相同的实心结构的柱状自耗电极；固定电极固定连接在电极群集合器的顶面的中心；柱状自耗电极环形均匀分布且固定连接在电极群集合器的底面；柱状自耗电极材质与大型合金锭相同。本发明能克服趋肤效应的不利影响，电极端头各处融化速度一致，提高了精炼效果，降低了大型合金锭中夹杂物含量，细化了大型合金锭的结晶组织。由于单根柱状自耗电极尺寸较小，因此制备工艺简单，成本低，容易制得成分均匀、组织致密的柱状自耗电极，从源头上减轻了大型合金锭偏析等质量问题，解决了大型合金锭所需的大直径自耗电极制备难题。
Description
技术领域
本发明属于电渣重熔技术领域，具体是一种大型合金锭电渣重熔管式自耗电极及其制备方法。
背景技术
电渣重熔是制备高品质大型合金锭的主要方法，大型合金锭电渣重熔要求的自耗电极直径也要更大，而高质量大直径自耗电极的制备与大型合金锭电渣重熔具有相同的难度。目前，大直径自耗电极自身存在着偏析等诸多质量问题，这些质量缺陷会遗传到合金锭中。由于趋肤效应，大直径自耗电极端头中心融化慢，金属液滴向中心聚集长大，造成金属液滴精炼效果变差，使得大型合金锭中夹杂物含量增加、出现偏析和结晶组织粗大。随着自耗电极直径的增大，这些质量问题变得更加突出，严重制约了大型合金锭制备的发展。
目前有专利(公告号：CN203316707U)提出一种新型的电渣重熔自耗电极，采用两根及两根以上的空心管状结构自耗电极焊接固定在固定电极下方，但是空心管状结构自耗电极的制备工艺复杂、难度大、成本高，而且在制备过程中仍然不能消除偏析。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种大型合金锭电渣重熔管式自耗电极及其制备方法。
本发明的技术方案是：
一种大型合金锭电渣重熔管式自耗电极，包括固定电极、电极群集合器和若干根尺寸相同的实心结构的柱状自耗电极；
所述固定电极固定连接在电极群集合器的顶面的中心；
所述柱状自耗电极环形均匀分布且固定连接在电极群集合器的底面；
所述柱状自耗电极材质与大型合金锭相同；
所述柱状自耗电极采用圆柱状的棒材或方柱状的方坯材；
所述大型合金锭质量为50至200吨；
所述柱状自耗电极的数量根据大型合金锭质量确定：当大型合金锭质量为50吨至80吨时，柱状自耗电极为8根；当大型合金锭质量为81吨至110吨时，柱状自耗电极为9根；当大型合金锭质量为111吨至140吨时，柱状自耗电极为10根；当大型合金锭质量为141吨至170吨时，柱状自耗电极为11根；当大型合金锭质量为171至200吨时，柱状自耗电极为12根。
所述的大型合金锭电渣重熔管式自耗电极的制备方法：包括以下步骤：
步骤1：根据大型合金锭质量和电渣重熔电流大小，确定柱状自耗电极数量以及柱状自耗电极横截面积总和与结晶器面积之比，即：其中A1为结晶器横截面积，A2为单根柱状自耗电极横截面积，n为柱状自耗电极根数，为各根柱状自耗电极横截面积之和与结晶器面积之比，R1为结晶器半径；
步骤2：针对圆柱状自耗电极，则确定其底面半径针对方柱状自耗电极，则确定其底面边长
步骤3：将结晶器横截面的中心作为各柱状自耗电极横截面的中心所连成的圆的中心，进而确定该圆的半径R3，对于圆柱状自耗电极，对于方柱状自耗电极，
步骤4：根据大型合金锭的材质和质量G确定各柱状自耗电极长度L：对于圆柱状自耗电极，对于方柱状自耗电极，其中ρ为柱状自耗电极密度；
步骤5：根据柱状自耗电极底面半径/底面边长、柱状自耗电极横截面的中心所连成的圆的中心及半径、柱状自耗电极材质、柱状自耗电极长度，采用炉外精炼配合连铸技术制备柱状自耗电极；
步骤6：校正每根柱状自耗电极与固定电极的同心度和垂直度，将各柱状自耗电极焊接在电极群集合器底面预留的焊接头上，即完成大型合金锭电渣重熔管式自耗电极的制备。
有益效果：
本发明的大型合金锭电渣重熔管式自耗电极，能克服趋肤效应的不利影响，电极端头各处融化速度一致，金属液滴可细化20％～40％，提高了精炼效果，降低了大型合金锭中夹杂物含量，细化了大型合金锭的结晶组织。由于单根柱状自耗电极尺寸较小，因此制备工艺简单，成本低，容易制得成分均匀、组织致密的柱状自耗电极，从源头上减轻了大型合金锭偏析等质量问题，解决了大型合金锭所需的大直径自耗电极制备难题。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的大型合金锭电渣重熔管式自耗电极几何结构示意图，(a)是柱状自耗电极采用圆柱状的棒材时的大型合金锭电渣重熔管式自耗电极几何结构，(b)是柱状自耗电极采用方柱状的方坯材时的大型合金锭电渣重熔管式自耗电极几何结构；
图2为本发明具体实施方式的实施例1的大型合金锭电渣重熔管式自耗电极结构示意图，其中，1-固定电极，2-电极群集合器，3-预留焊接头，4-圆柱状自耗电极；
图3为本发明具体实施方式的实施例2的大型合金锭电渣重熔管式自耗电极结构示意图，其中，5-方柱状自耗电极；
图4为本发明具体实施方式的电极群集合器结构示意图，其中，3-电极群集合器底面预留的焊接头；
图5为本发明具体实施方式的实施例3的大型合金锭电渣重熔管式自耗电极结构示意图；
图6为本发明具体实施方式的实施例4的大型合金锭电渣重熔管式自耗电极结构示意图；
图7为本发明具体实施方式的实施例5的大型合金锭电渣重熔管式自耗电极结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
实施例1
本实施例所需的大型合金锭为3Cr2NiMo模具钢，质量为50吨，结晶器半径为1.5m，柱状自耗电极材质与该大型合金锭相同。柱状自耗电极采用圆柱状的棒材；大型合金锭质量50吨属于50吨至80吨范围，则圆柱状自耗电极为8根。
一种大型合金锭电渣重熔管式自耗电极，如图2所示，包括固定电极1、电极群集合器2和8根尺寸相同的实心结构的圆柱状自耗电极4；
固定电极1固定连接在电极群集合器2的顶面的中心；
本实施例的电极群集合器结构如图4所示，电极群集合器的底面预留由于圆柱状自耗电极数量相同的焊接头3，圆柱状自耗电极4环形均匀分布且焊接在电极群集合器的底面预留的焊接头3上。
大型合金锭电渣重熔管式自耗电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：根据大型合金锭质量和电渣重熔电流大小，确定柱状自耗电极数量以及柱状自耗电极横截面积总和与结晶器面积之比，即：如图1(a)所示，A1为结晶器横截面积，A2为单根柱状自耗电极横截面积，n＝8为柱状自耗电极根数，为各根柱状自耗电极横截面积之和与结晶器面积之比，R1＝1.5m为结晶器半径；
步骤2：确定圆柱状自耗电极底面半径
步骤3：将结晶器横截面的中心o1作为各圆柱状自耗电极横截面的中心o2所连成的圆的中心，进而确定该圆的半径
步骤4：根据大型合金锭的材质和质量确定各圆柱状自耗电极长度其中，n＝8，G＝50t，R2＝0.2652m，ρ＝7530kg/m3为圆柱状自耗电极密度(圆柱状自耗电极材料与大型合金锭相同，为3Cr2NiMo模具钢，密度约为7530kg/m3)；
步骤5：根据圆柱状自耗电极半径、柱状自耗电极横截面的中心所连成的圆的中心及半径、柱状自耗电极材质、柱状自耗电极长度，采用真空氧气脱碳炉外精炼配合连铸技术制备圆柱状自耗电极；
步骤6：校正每根柱状自耗电极与固定电极的同心度和垂直度，将8根柱状自耗电极焊接在电极群集合器底面预留的焊接头上，即完成大型合金锭电渣重熔管式自耗电极的制备。
本实施例所述大型合金锭电渣重熔管式自耗电极制备简单，解决了大型合金钢锭所需的大直径自耗电极制备难题。由于单根柱状自耗电极尺寸较小，因此制备工艺简单，成本低，容易制得成分均匀、组织致密的柱状自耗电极，从源头上减轻了大型合金锭偏析等质量问题。管式自耗电极能克服趋肤效应的不利影响，电极端头各处融化速度一致，金属液滴可细化20％～40％，提高了精炼效果，降低了大型合金锭中夹杂物含量，细化了大型合金锭的结晶组织。
实施例2
本实施例所需的大型合金锭为0Cr20Ni32不锈钢，质量为100t，结晶器半径为2m，柱状自耗电极材质与该大型合金锭相同。柱状自耗电极采用方柱状的方坯材；大型合金锭质量100t属于81吨至110吨范围，则方柱状自耗电极为9根。
一种大型合金锭电渣重熔管式自耗电极，如图3所示，包括固定电极1、电极群集合器2和9根尺寸相同的实心结构的方柱状自耗电极5；
固定电极1固定连接在电极群集合器2的顶面的中心；
方柱状自耗电极5环形均匀分布且焊接在电极群集合器的底面预留的焊接头3上。
大型合金锭电渣重熔管式自耗电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：根据大型合金锭质量和电渣重熔电流大小，确定柱状自耗电极数量以及柱状自耗电极横截面积总和与结晶器面积之比，即：如图1(b)所示，A1为结晶器横截面积，A2为单根柱状自耗电极横截面积，n＝9为柱状自耗电极根数，为各根柱状自耗电极横截面积之和与结晶器面积之比，R1＝2m为结晶器半径；
步骤2：确定方柱状自耗电极底面边长
步骤3：将结晶器横截面的中心o1作为各方柱状自耗电极横截面的中心o2所连成的圆的中心，进而确定该圆的半径
步骤4：根据大型合金锭的材质和质量确定各方柱状自耗电极长度其中，n＝9，G＝100t，b＝0.6472m；，ρ＝7830kg/m3为方柱状自耗电极密度(方柱状自耗电极材料与大型合金锭相同，为0Cr20Ni32不锈钢，密度约为7830kg/m3)；
步骤5：根据方柱状自耗电极边长、方柱状自耗电极横截面的中心所连成的圆的中心及半径、方柱状自耗电极材质、方柱状自耗电极长度，采用真空氧气脱碳炉外精炼配合连铸技术制备方柱状自耗电极；
步骤6：校正每根方柱状自耗电极与固定电极的同心度和垂直度，将9根方柱状自耗电极焊接在电极群集合器底面预留的焊接头上，即完成大型合金锭电渣重熔管式自耗电极的制备。
实施例3
本实施例所需的大型合金锭为3Cr2NiMo模具钢，质量为120吨，结晶器半径为1.8m，柱状自耗电极材质与该大型合金锭相同。柱状自耗电极采用圆柱状的棒材；大型合金锭质量120吨属于111吨至140吨时，则圆柱状自耗电极为10根。
一种大型合金锭电渣重熔管式自耗电极，如图5所示，包括固定电极1、电极群集合器2和10根尺寸相同的实心结构的圆柱状自耗电极4；
固定电极1固定连接在电极群集合器2的顶面的中心；
圆柱状自耗电极4环形均匀分布且焊接在电极群集合器的底面预留的焊接头3上。
大型合金锭电渣重熔管式自耗电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：根据大型合金锭质量和电渣重熔电流大小，确定柱状自耗电极数量以及柱状自耗电极横截面积总和与结晶器面积之比，即：如图1(a)所示，A1为结晶器横截面积，A2为单根柱状自耗电极横截面积，n＝10为柱状自耗电极根数，为各根柱状自耗电极横截面积之和与结晶器面积之比，R1＝1.8m为结晶器半径；
步骤2：确定圆柱状自耗电极底面半径
步骤3：将结晶器横截面的中心o1作为各圆柱状自耗电极横截面的中心o2所连成的圆的中心，进而确定该圆的半径
步骤4：根据大型合金锭的材质和质量确定各圆柱状自耗电极长度其中，n＝10，G＝120t，R2＝0.3118m，ρ＝7530kg/m3为圆柱状自耗电极密度(圆柱状自耗电极材料与大型合金锭相同，为3Cr2NiMo模具钢，密度约为7530kg/m3)；
步骤5：根据圆柱状自耗电极半径、柱状自耗电极横截面的中心所连成的圆的中心及半径、柱状自耗电极材质、柱状自耗电极长度，采用真空氧气脱碳炉外精炼配合连铸技术制备圆柱状自耗电极；
步骤6：校正每根柱状自耗电极与固定电极的同心度和垂直度，将10根柱状自耗电极焊接在电极群集合器底面预留的焊接头上，即完成大型合金锭电渣重熔管式自耗电极的制备。
实施例4
本实施例所需的大型合金锭为3Cr2NiMo模具钢，质量为160吨，结晶器半径为2.4m，柱状自耗电极材质与该大型合金锭相同。柱状自耗电极采用圆柱状的棒材；大型合金锭质量160吨属于141吨至170吨范围，则圆柱状自耗电极为11根。
一种大型合金锭电渣重熔管式自耗电极，如图6所示，包括固定电极1、电极群集合器2和12根尺寸相同的实心结构的圆柱状自耗电极4；
固定电极1固定连接在电极群集合器2的顶面的中心；
圆柱状自耗电极4环形均匀分布且焊接在电极群集合器的底面预留的焊接头3上。
大型合金锭电渣重熔管式自耗电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：根据大型合金锭质量和电渣重熔电流大小，确定柱状自耗电极数量以及柱状自耗电极横截面积总和与结晶器面积之比，即：如图1(a)所示，A1为结晶器横截面积，A2为单根柱状自耗电极横截面积，n＝11为柱状自耗电极根数，为各根柱状自耗电极横截面积之和与结晶器面积之比，R1＝2.4m为结晶器半径；
步骤2：确定圆柱状自耗电极底面半径
步骤3：将结晶器横截面的中心o1作为各圆柱状自耗电极横截面的中心o2所连成的圆的中心，进而确定该圆的半径
步骤4：根据大型合金锭的材质和质量确定各圆柱状自耗电极长度其中，n＝11，G＝160t，R2＝0.4577m，ρ＝7530kg/m3为圆柱状自耗电极密度(圆柱状自耗电极材料与大型合金锭相同，为3Cr2NiMo模具钢，密度约为7530kg/m3)；
步骤5：根据圆柱状自耗电极半径、柱状自耗电极横截面的中心所连成的圆的中心及半径、柱状自耗电极材质、柱状自耗电极长度，采用真空氧气脱碳炉外精炼配合连铸技术制备圆柱状自耗电极；
步骤6：校正每根柱状自耗电极与固定电极的同心度和垂直度，将11根柱状自耗电极焊接在电极群集合器底面预留的焊接头上，即完成大型合金锭电渣重熔管式自耗电极的制备。
实施例5
本实施例所需的大型合金锭为0Cr20Ni32不锈钢，质量为200t，结晶器半径为2.6m，柱状自耗电极材质与该大型合金锭相同。柱状自耗电极采用方柱状的方坯材；大型合金锭质量200t属于171吨至200吨范围，则方柱状自耗电极为12根。
一种大型合金锭电渣重熔管式自耗电极，如图7所示，包括固定电极1、电极群集合器2和12根尺寸相同的实心结构的方柱状自耗电极5；
固定电极1固定连接在电极群集合器2的顶面的中心；
方柱状自耗电极5环形均匀分布且焊接在电极群集合器的底面预留的焊接头3上。
大型合金锭电渣重熔管式自耗电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：根据大型合金锭质量和电渣重熔电流大小，确定柱状自耗电极数量以及柱状自耗电极横截面积总和与结晶器面积之比，即：如图1(b)所示，A1为结晶器横截面积，A2为单根柱状自耗电极横截面积，n＝12为柱状自耗电极根数，为各根柱状自耗电极横截面积之和与结晶器面积之比，R1＝2.6m为结晶器半径；
步骤2：确定方柱状自耗电极底面边长
步骤3：将结晶器横截面的中心o1作为各方柱状自耗电极横截面的中心o2所连成的圆的中心，进而确定该圆的半径
步骤4：根据大型合金锭的材质和质量确定各方柱状自耗电极长度其中，n＝12，G＝200t，b＝0.8414m；，ρ＝7830kg/m3为方柱状自耗电极密度(方柱状自耗电极材料与大型合金锭相同，为0Cr20Ni32不锈钢，密度约为7830kg/m3)；
步骤5：根据方柱状自耗电极边长、方柱状自耗电极横截面的中心所连成的圆的中心及半径、方柱状自耗电极材质、方柱状自耗电极长度，采用真空氧气脱碳炉外精炼配合连铸技术制备方柱状自耗电极；
步骤6：校正每根方柱状自耗电极与固定电极的同心度和垂直度，将12根方柱状自耗电极焊接在电极群集合器底面预留的焊接头上，即完成大型合金锭电渣重熔管式自耗电极的制备。
Claims (1)
1.大型合金锭电渣重熔管式自耗电极的制备方法，所述大型合金锭电渣重熔管式自耗电极，包括固定电极、电极群集合器和若干根尺寸相同的实心结构的柱状自耗电极，所述固定电极固定连接在电极群集合器的顶面的中心；
所述柱状自耗电极环形均匀分布且焊接在电极群集合器的底面；
所述柱状自耗电极材质与大型合金锭相同；
所述大型合金锭质量为50吨至200吨；
所述柱状自耗电极的数量根据大型合金锭质量确定：当大型合金锭质量为50吨至80吨时，柱状自耗电极为8根；当大型合金锭质量为81吨至110吨时，柱状自耗电极为9根；当大型合金锭质量为111吨至140吨时，柱状自耗电极为10根；当大型合金锭质量为141吨至170吨时，柱状自耗电极为11根；当大型合金锭质量为171至200吨时，柱状自耗电极为12根，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤1：根据大型合金锭质量和电渣重熔电流大小，确定柱状自耗电极数量以及柱状自耗电极横截面积总和与结晶器面积之比，即：其中A1为结晶器横截面积，A2为单根柱状自耗电极横截面积，n为柱状自耗电极根数，为各根柱状自耗电极横截面积之和与结晶器面积之比，R1为结晶器半径；
步骤2：针对圆柱状自耗电极，则确定其底面半径针对方柱状自耗电极，则确定其底面边长
步骤3：将结晶器横截面的中心作为各柱状自耗电极横截面的中心所连成的圆的中心，进而确定该圆的半径R3，对于圆柱状自耗电极，对于方柱状自耗电极，
步骤4：根据大型合金锭的材质和质量G确定各柱状自耗电极长度L：对于圆柱状自耗电极， 对于方柱状自耗电极，其中ρ为柱状自耗电极密度；
步骤5：根据柱状自耗电极底面半径/底面边长、柱状自耗电极横截面的中心所连成的圆的中心及半径、柱状自耗电极材质、柱状自耗电极长度，采用炉外精炼配合连铸技术制备柱状自耗电极；
步骤6：校正每根柱状自耗电极与固定电极的同心度和垂直度，将各柱状自耗电极焊接在电 极群集合器底面预留的焊接头上，即完成大型合金锭电渣重熔管式自耗电极的制备。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |