CN106480324B - 一种使用电化学脱氧的电渣重熔设备及电渣重熔方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用电化学脱氧的电渣重熔设备及电渣重熔方法，该电渣重熔设备包括结晶器、自耗电极、第一电源和第二电源；所述结晶器由相互绝缘的结晶器单元和还原层组合而成，本发明提供的电渣重熔设备及方法能够显著降低钢锭内的氧含量，并且无氧化物生成，起到了很好的脱氧效果，同时该方法从电渣重熔开始就在脱氧，进一步提高了脱氧效果，从而提高了钢锭的质量。

Description

一种使用电化学脱氧的电渣重熔设备及电渣重熔方法

技术领域

本发明涉及一种电渣重熔设备及方法，特别涉及一种使用电化学脱氧的电渣重熔设备及电渣重熔方法。

背景技术

电渣重熔技术作为冶炼工程的一种手段，以其优良的冶金反应条件及特殊的结晶方式有着其他冶炼方法不能替代的优越性；但电渣重熔过程一般是在大气下进行，就钢中氧含量而言，电渣重熔钢远比真空电弧重熔钢等经过真空处理的钢高；因此，如何能有效地控制电渣重熔钢中的氧含量就显得尤为重要。

一般的电渣重熔过程都是向金属液中添加脱氧剂，脱氧剂对铝、硅铁、锰铁和钙硅线等材料进行沉淀脱氧时，虽然沉淀脱氧有一定脱氧效果，但形成的部分尺寸较小的氧化物和溶解氧仍无法从金属液中去除，进一步降低氧含量较困难。

CN202007246公开了一种渣金间外加电场熔渣脱氧装置，其包括一直流电源、结晶器、熔渣层、底座、自耗电极、冷却装置和加热装置；上述装置没有利用还原剂，通过外加直流电场脱氧法，阳极采用自耗电极，从而改善阳极反应，以进一步提高脱氧效果；该装置可以提高脱氧效果，但是在电渣重熔过程中，自耗电极表面会形成氧化铁皮，其在重熔时会进入熔池内，增加了重熔渣层中氧化铁的浓度，从而增加了钢中的氧含量，进而影响钢的质量。

此外，张国华等公开可一种钢液中电化学脱氧新方法(张国华等，钢液中电化学脱氧新方法，北京科技大学冶金与生态工程学院，2010,45(5)：30-32)其公开了通过电化学方法进行脱氧，并公开通过控制传质系数、外加电压、外电阻等参数来加快脱氧速率等手段。但是该方法公开的理论是基于固定的渣系，其为CaO-Al₂O₃-MgO体系，应用范围窄，并且只是提出理论增大外加电压或降低电阻，并没有提出外加电压或者电流与脱氧本身存在的相互关系。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种利用电化学原理进行脱氧的电渣重熔设备，该设备利用电化学原理加速电渣过程中的扩散脱氧反应，金属液中氧含量降低的同时，无氧化物生成，可进一步降低氧含量；并且进一步提供了一种将钢锭中氧控制在非常小的范围内的电渣重熔方法。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供一种使用电化学脱氧的电渣重熔设备，该电渣重熔设备包括结晶器、自耗电极、第一电源和第二电源；所述结晶器由结晶器单元和还原层组合而成；所述第一电源与结晶器和自耗电极相连通；所述第二电源的一端与还原层相连通，另一端与电极或结晶器相连通；所述结晶器上端设有用于容纳还原性气体的气体保护罩；所述自耗电极位于气体保护罩内；所述结晶器的内底部形成含有钢锭的金属熔池层，所述金属熔池的上部悬浮有液渣层；所述自耗电极部分插入液渣层内。

本发明提供的电渣重熔设备利用了电化学原理，可加速电渣过程中的扩散脱氧反应，使金属液中氧含量降低的同时，无氧化物生成，可进一步降低氧含量。并且本发明通过在结晶器内加入还原层，当电渣重熔开始，液渣层到达还原层后，就开始脱氧，发挥了很好的脱氧效果；并且本发明利用通电后形成的液渣层中的金属液和金属熔池层中的金属液之间的电位差，在电场作用下驱动液渣层中氧离子定向移动至还原层界面，通过还原反应降低液渣层中氧离子(O^2-)含量，促进液渣层中的金属液-金属熔池层界面处钢中溶解氧[O]向液渣层扩散并氧化为氧离子(O^2-)，且金属液与还原层中的还原性物质无接触，氧原子不断和还原性物质反应，从而降低金属液中溶解氧[O]含量；此外，本发明在结晶器上端设置了气体保护罩，其可向结晶器内通入还原性气体，当电渣重熔开始时就起到脱氧的作用，进一步提高了脱氧效果；并且气体保护罩将自耗电极罩上，使其与还原性气体处于同一环境内，显著降低了自耗电极表面氧化物的生成，进一步降低了金属熔池层内氧化物的含量；从而提高了钢锭的质量。

进一步的改进，所述结晶器单元和还原层相互绝缘；所述还原层主要由石墨组成。

优选地，所述还原层主要由如下重量份数的组分组成：

石墨50-75 硅藻土10-12 聚甲基丙烯酸甲酯5-7.5

二氧化硅24-30 聚对苯二甲酸乙二醇酯5-7.5

环氧化甘油三酸酯3-5。

本发明通过选择以上成分制成的还原层的电阻率为9.2×10^-8Ω·m，比单纯的石墨的电导率(8-13)×10^-6Ω·m小了2个数量级；当上述组分中各成分的用量超出上述范围时，该还原层的电导率下降1个数量级，由于其当石墨和二氧化硅的用量不在50-75份和24-30重量份数范围内，还原层的电导率下降到1.8×10^-7Ω·m；说明该还原层具有很好的导电性能；该还原层对液渣层内的氧离子具有很好的还原性，与还原性气体的协同作用可使还原层内的氧含量降低到0.001％以下，并不会产生氧化物。

本发明另一方面提供了一种电渣重熔方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：向结晶器内注入液渣，将结晶器、自耗电极与第一电源连通，形成回路，同时向气体保护罩内不断通入还原性气体；电渣重熔开始，插入液渣层内的自耗电极开始熔化，熔融金属汇聚成液态滴落，穿过液渣层，进入结晶器底部形成金属熔池层，然后慢慢凝固形成钢锭；

步骤2：当液渣层内的金属液上升至还原层时，将还原层与第二电源接通，在电场的作用下驱动金属液中氧离子定向移动至还原层表面，金属液中氧离子浓度降低迫使金属熔池层钢锭表面的溶解氧向金属液移动，金属液开始脱氧；

步骤3：脱氧同时，将钢锭从结晶器中抽出。

本发明提供的电渣重熔方法能够显著降低钢锭内的氧含量，并且无氧化物生成，起到了很好的脱氧效果，同时该方法从电渣重熔开始就在脱氧，进一步提高了脱氧效果，可使氧含量控制在0.001％以下。

进一步的改进，所述步骤2中，第二电源输出电压为10-20V；优选地，输出电流为10-25A，脉冲频率为1-5KHz。

本发明通过控制第二电源输出的电压或电流及脉冲频率等参数，有效地提高了电渣重熔的脱氧效果；如果电压值超过20V后，电渣重熔的脱氧效果反而下降，所以第二电源的输出电压控制在10-20V内，才能发挥更好的脱氧效果。

进一步的改进，所述步骤1中，第一电源的输出电压为35-55V；输出电流为(0.03-0.04)S_a，S_a表示自耗电极横截面积。

本发明通过控制第一电源的输出电压、输出电流及钢锭的注入速率，可以很好地控制自耗电极的熔融速度，使得制备的钢锭表面光滑，避免钢锭表面形成众多麻坑，出现钢渣不分现象，从而提高了钢锭的表面质量。

优选地，注入液渣的速率为88-99.2g/min，通过控制钢锭的注入速率，可显著提高钢锭的密度和塑性。

进一步的改进，所述步骤1中通入的还原性气体为H₂、CO、或H₂与CO的混合气体；优选地，通入的还原性气体为H₂与CO的混合气体，所述H₂和CO的体积比为0.1:3；通入还原性气体的速率为45L/min。本发明通过选择H₂和CO的还原性气体，两者能够相互促进地与液渣层中的氧反应，从而提高脱氧效果。

优选地，所述钢锭的抽出速率为8-11.5mm/min。控制钢锭的抽出速率，可以使液渣层保持在相对稳定的高度，使脱氧更加充分，进一步提高脱氧效果，此外控制钢锭的抽出速率也会提高钢锭内成分的均匀度。

进一步优选地，注入液渣的重量为0.0001S_A千克，S_A表示结晶器横截面积。通过控制钢锭的注入质量可提高钢锭的成型率。

进一步的改进，所述向结晶器内注入液渣前还包括自耗电极的制备；所述自耗电极由重量份数为0-15份的钢铁、20-25份的铸铁、0-5份的铜合金、0-1份的钛合金和0-1份的铝组成；所述自耗电极的制备方法包括：将钢铁、铸铁、铜合金、钛合金及铝经真空度为75Pa感应熔炼或采用转炉、真空钢包冶炼，在1320℃进行模铸或连铸，然后加热至1150℃锻造5-10h后，再将温度降至1050℃锻造2-3h，再降至900℃锻造1-2h，锻造成各处横截面均相等，锻造后经850℃保温5h，然后以15℃/分钟的速度降至720℃保温5小时，取出，表面进行打磨，去除氧化层，制得自耗电极自，其长度为1000-1500mm，直径为结晶器内径的0.8-0.9倍。采用上述材料制备的自耗电极经过电渣重熔后制备的钢锭具有更优的热力学特性。

优选地，所述自耗电极内还包括重量份数为1-2份的石墨。

通过选择特殊的自耗电极及控制其制备方法，可以使得制备的钢锭的具有很好的塑性、强度及耐腐蚀性；同时制备的钢锭具有很强的抗拉强度、屈服强度、伸缩率等，从而使得钢锭的性能得到显著的提高。

进一步的改进，所述方法还包括结晶器的处理步骤；所述结晶器是由重量份数为50-55份的铜和40-50份的钢经焊接制备而成；所述处理步骤包括：将结晶器内表面打磨光滑，并在结晶器内均匀布设水道，通入冷却水，进水温度为25-30℃，出水温度不超过50℃。

通过对结晶器的处理，可以除去其表面的氧化层，间接地提高钢锭的耐磨性，耐磨性可显著提高2.3倍。

本发明所提供的使用电化学脱氧的电渣重熔设备及电子重熔方法基于电化学技术原理，其具有以下优点：

1.通过将结晶器设置成复合结构，提高了脱氧效果。

2.采用还原性气体与液渣层中的氧离子反应，以气体形式逸出，避免了传统沉淀脱氧向金属液中引入氧化物的问题。

3.利用电渣过程中电场作用，驱动渣液中氧离子定向移动，确保了良好的动力学条件，并且可以通过调整电场电压及电流大小，控制脱氧过程。

4.传统脱氧方法相比，电化学脱氧热力学平衡氧含量更低，能够将合金中氧含量降至更低水平，进一步提高钢锭纯净度等级。

附图说明

图1为实施例1的使用电化学脱氧的电渣重熔设备的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明提供一种使用电化学脱氧的电渣重熔设备，如图1所示，一种使用电化学脱氧的电渣重熔设备，所述电渣重熔设备包括结晶器1、自耗电极2、第一电源3和第二电源4；其中，所述结晶器1由相互绝缘的结晶器单元11和还原层12组合而成；所述第一电源3与结晶器1和自耗电极2相连通；所述第二电源4的一端与还原层12相连通，另一端与自耗电极2或结晶器1相连通；所述结晶器1上端设有用于容纳还原性气体的气体保护罩5；所述自耗电极2位于气体保护罩5内；所述结晶器1的内底部形成含有钢锭的金属熔池层13，所述金属熔池13的上部悬浮有液渣层14；所述自耗电极2部分插入液渣层14内；所述还原层12由石墨组成。

实施例2

本发明提供一种使用电化学脱氧的电渣重熔设备，该使用电化学脱氧的电渣重熔设备与实施例1不同的是，所述还原层12由如下重量份数的组分组成：

石墨60 硅藻土10 聚甲基丙烯酸甲酯6

二氧化硅25 聚对苯二甲酸乙二醇酯6

环氧化甘油三酸酯3。

实施例3

一种电渣重熔方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：向结晶器1内注入液渣，将结晶器1、自耗电极2与第一电源3连通，形成回路，同时向气体保护罩5内不断通入还原性气体；电渣重熔开始，插入液渣层14内的自耗电极2开始熔化，熔融金属汇聚成液态滴落，穿过液渣层14，进入结晶器1底部形成金属熔池层13，然后慢慢凝固形成钢锭；

步骤2：当液渣层14内的金属液上升至还原层12时，将还原层12与第二电源4接通，在电场的作用下驱动金属液中氧离子定向移动至还原层12表面，金属液中氧离子浓度降低迫使金属熔池层13钢锭表面的溶解氧向金属液移动，金属液开始脱氧；

所述还原层12由如下重量份数的组分组成：

石墨50 硅藻土12 聚甲基丙烯酸甲酯7.5

二氧化硅30 聚对苯二甲酸乙二醇酯7.5

环氧化甘油三酸酯5

步骤3：脱氧同时，将钢锭从结晶器1中抽出。

实施例4

一种电渣重熔方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：向结晶器1内注入液渣，将结晶器1、自耗电极2与第一电源3连通，形成回路，同时向气体保护罩5内不断通入H₂与CO的混合气体；所述H₂和CO的体积比为0.1:3；通入的速率为45L/min；电渣重熔开始，其中第一电源的输出电压为40V；输出电流为0.03S_a安，S_a表示自耗电极横截面积；插入液渣层14内的自耗电极2开始熔化，熔融金属汇聚成液态滴落，穿过液渣层14，进入结晶器1底部形成金属熔池层13，然后慢慢凝固形成钢锭；

步骤2：当液渣层14内的金属液上升至还原层12时，将还原层12与第二电源4接通，其中第二电源输出电压为16V；输出电流为20A，脉冲频率为3.5KHz；在电场的作用下驱动金属液中氧离子定向移动至还原层12表面，金属液中氧离子浓度降低迫使金属熔池层13钢锭表面的溶解氧向金属液移动，金属液开始脱氧；

步骤3：脱氧同时，将钢锭从结晶器1中抽出，钢锭的抽出速率为10mm/min。

实施例5

一种电渣重熔方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：自耗电极的制备；所述自耗电极由重量份数为5份的钢铁、20份的铸铁、3份的铜合金、0.5份的钛合金和0.5份的铝组成；所述自耗电极的制备方法包括：将钢铁、铸铁、铜合金、钛合金及铝经真空度为75Pa感应熔炼或采用转炉、真空钢包冶炼，在1320℃进行模铸或连铸，然后加热至1150℃锻造6h后，再将温度降至1050℃锻造3h，再降至900℃锻造2h，锻造成各处横截面均相等，锻造后经850℃保温5h，然后以15℃/分钟的速度降至720℃保温5小时，取出，表面进行打磨，去除氧化层，制得自耗电极自，其长度为1200mm，直径为结晶器内径的0.9倍；

步骤:2：向结晶器1内注入液渣，将结晶器1、自耗电极2与第一电源3连通，形成回路，同时向气体保护罩5内不断通入H₂与CO的混合气体；所述H₂和CO的体积比为0.1:3；通入的速率为45L/min；电渣重熔开始，其中第一电源的输出电压为45V；输出电流为0.04S_a安，S_a表示自耗电极横截面积；插入液渣层14内的自耗电极2开始熔化，熔融金属汇聚成液态滴落，穿过液渣层14，进入结晶器1底部形成金属熔池层13，然后慢慢凝固形成钢锭；

步骤3：当液渣层14内的金属液上升至还原层12时，将还原层12与第二电源4接通，其中第二电源输出电压为20V；输出电流为20A，脉冲频率为2KHz；在电场的作用下驱动金属液中氧离子定向移动至还原层12表面，金属液中氧离子浓度降低迫使金属熔池层13钢锭表面的溶解氧向金属液移动，金属液开始脱氧；

步骤4：脱氧同时，将钢锭从结晶器1中抽出，钢锭的抽出速率为8mm/min。

实施例6

一种电渣重熔方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：自耗电极的制备；所述自耗电极由重量份数为5份的钢铁、20份的铸铁、3份的铜合金、0.5份的钛合金和0.5份的铝组成；所述自耗电极的制备方法包括：将钢铁、铸铁、铜合金、钛合金及铝经真空度为75Pa感应熔炼或采用转炉、真空钢包冶炼，在1320℃进行模铸或连铸，然后加热至1150℃锻造6h后，再将温度降至1050℃锻造3h，再降至900℃锻造2h，锻造成各处横截面均相等，锻造后经850℃保温5h，然后以15℃/分钟的速度降至720℃保温5小时，取出，表面进行打磨，去除氧化层，制得自耗电极自，其长度为1200mm，直径为结晶器内径的0.9倍；

步骤:2：向结晶器1内注入液渣，将结晶器1、自耗电极2与第一电源3连通，形成回路，同时向气体保护罩5内不断通入H₂与CO的混合气体；所述H₂和CO的体积比为0.1:3；通入的速率为45L/min；电渣重熔开始，其中第一电源的输出电压为:35V；输出电流为0.035S_a安，S_a表示自耗电极横截面积；插入液渣层14内的自耗电极2开始熔化，熔融金属汇聚成液态滴落，穿过液渣层14，进入结晶器1底部形成金属熔池层13，然后慢慢凝固形成钢锭；

步骤3：当液渣层14内的金属液上升至还原层12时，将还原层12与第二电源4接通，其中第二电源输出电压为10V；输出电流为10A，脉冲频率为5KHz；在电场的作用下驱动金属液中氧离子定向移动至还原层12表面，金属液中氧离子浓度降低迫使金属熔池层13钢锭表面的溶解氧向金属液移动，金属液开始脱氧；

步骤4：脱氧同时，将钢锭从结晶器1中抽出，钢锭的抽出速率为11.5mm/min。

步骤5：结晶器的处理步骤；所述结晶器是由重量份数为50份的铜和50份的钢经焊接制备而成；所述处理步骤包括：将结晶器内表面打磨光滑，并在结晶器内均匀布设水道，通入冷却水，进水温度为25-30℃，出水温度不超过50℃。

对照实施例1

一种电渣重熔方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：自耗电极的制备；所述自耗电极由重量份数为7份的钢铁、20份的铸铁、2.5份的铜合金、1份的钛合金和1份的铝组成；所述自耗电极的制备方法包括：将钢铁、铸铁、铜合金、钛合金及铝经真空度为75Pa感应熔炼或采用转炉、真空钢包冶炼，在1320℃进行模铸或连铸，然后加热至1150℃锻造6h后，再将温度降至1050℃锻造3h，再降至900℃锻造2h，锻造成各处横截面均相等，锻造后经850℃保温5h，然后以15℃/分钟的速度降至720℃保温5小时，取出，表面进行打磨，去除氧化层，制得自耗电极自，其长度为1200mm，直径为结晶器内径的0.9倍；

步骤:2：向结晶器1内注入液渣，将结晶器1、自耗电极2与第一电源3连通，形成回路，同时向气体保护罩5内不断通入H₂与CO的混合气体；所述H₂和CO的体积比为0.1:3；通入的速率为45L/min；电渣重熔开始，其中第一电源的输出电压为:35V；输出电流为0.035S_a安，S_a表示自耗电极横截面积；插入液渣层14内的自耗电极2开始熔化，熔融金属汇聚成液态滴落，穿过液渣层14，进入结晶器1底部形成金属熔池层13，然后慢慢凝固形成钢锭；

步骤3：当液渣层14内的金属液上升至还原层12时，将还原层12与第二电源4接通，其中第二电源输出电压为10V；输出电流为10A，脉冲频率为5KHz；在电场的作用下驱动金属液中氧离子定向移动至还原层12表面，金属液中氧离子浓度降低迫使金属熔池层13钢锭表面的溶解氧向金属液移动，金属液开始脱氧；

步骤4：脱氧同时，将钢锭从结晶器1中抽出，钢锭的抽出速率为11.5mm/min。

步骤5：结晶器的处理步骤；所述结晶器是由重量份数为50份的铜和50份的钢经焊接制备而成；所述处理步骤包括：将结晶器内表面打磨光滑，并在结晶器内均匀布设水道，通入冷却水，进水温度为25℃，出水温度不超过50℃。

对照实施例2

一种电渣重熔方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：自耗电极的制备；所述自耗电极由重量份数为5份的钢铁、20份的铸铁、3份的铜合金、0.5份的钛合金和0.5份的铝组成；所述自耗电极的制备方法包括：将钢铁、铸铁、铜合金、钛合金及铝经真空度为80Pa感应熔炼或采用转炉、真空钢包冶炼，在1200℃进行模铸或连铸，然后加热至1000℃锻造6h后，再将温度降至1150℃锻造3h，再降至850℃锻造2h，锻造成各处横截面均相等，锻造后经900℃保温5h，然后以20℃/分钟的速度降至700℃保温5小时，取出，表面进行打磨，去除氧化层，制得自耗电极自，其长度为1200mm，直径为结晶器内径的0.9倍；

步骤:2：向结晶器1内注入液渣，将结晶器1、自耗电极2与第一电源3连通，形成回路，同时向气体保护罩5内不断通入H₂与CO的混合气体；所述H₂和CO的体积比为0.1:3；通入的速率为45L/min；电渣重熔开始，其中第一电源的输出电压为:35V；输出电流为0.035S_a安，S_a表示自耗电极横截面积；插入液渣层14内的自耗电极2开始熔化，熔融金属汇聚成液态滴落，穿过液渣层14，进入结晶器1底部形成金属熔池层13，然后慢慢凝固形成钢锭；

步骤3：当液渣层14内的金属液上升至还原层12时，将还原层12与第二电源4接通，其中第二电源输出电压为10V；输出电流为10A，脉冲频率为5KHz；在电场的作用下驱动金属液中氧离子定向移动至还原层12表面，金属液中氧离子浓度降低迫使金属熔池层13钢锭表面的溶解氧向金属液移动，金属液开始脱氧；

步骤4：脱氧同时，将钢锭从结晶器1中抽出，钢锭的抽出速率为11.5mm/min。

步骤5：结晶器的处理步骤；所述结晶器是由重量份数为50份的铜和50份的钢经焊接制备而成；所述处理步骤包括：将结晶器内表面打磨光滑，并在结晶器内均匀布设水道，通入冷却水，进水温度为25℃，出水温度为50℃。

对照实施例3

一种电渣重熔方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：自耗电极的制备；所述自耗电极由重量份数为5份的钢铁、20份的铸铁、3份的铜合金组成；所述自耗电极的制备方法包括：将钢铁、铸铁、铜合金、经真空度为60Pa感应熔炼或采用转炉、真空钢包冶炼，在1420℃进行模铸或连铸，然后加热至1250℃锻造6h后，再将温度降至1000℃锻造3h，再降至800℃锻造2h，锻造成各处横截面均相等，锻造后经1000℃保温5h，然后以10℃/分钟的速度降至600℃保温5小时，取出，表面进行打磨，去除氧化层，制得自耗电极自，其长度为1200mm，直径为结晶器内径的0.9倍；

步骤:2：向结晶器1内注入液渣，将结晶器1、自耗电极2与第一电源3连通，形成回路，同时向气体保护罩5内不断通入H₂与CO的混合气体；所述H₂和CO的体积比为0.1:3；通入的速率为45L/min；电渣重熔开始，其中第一电源的输出电压为:35V；输出电流为0.035S_a安，S_a表示自耗电极横截面积；插入液渣层14内的自耗电极2开始熔化，熔融金属汇聚成液态滴落，穿过液渣层14，进入结晶器1底部形成金属熔池层13，然后慢慢凝固形成钢锭；

步骤3：当液渣层14内的金属液上升至还原层12时，将还原层12与第二电源4接通，其中第二电源输出电压为10V；输出电流为10A，脉冲频率为5KHz；在电场的作用下驱动金属液中氧离子定向移动至还原层12表面，金属液中氧离子浓度降低迫使金属熔池层13钢锭表面的溶解氧向金属液移动，金属液开始脱氧；

步骤4：脱氧同时，将钢锭从结晶器1中抽出，钢锭的抽出速率为11.5mm/min。

步骤5：结晶器的处理步骤；所述结晶器是由重量份数为50份的铜和50份的钢经焊接制备而成；所述处理步骤包括：将结晶器内表面打磨光滑，并在结晶器内均匀布设水道，通入冷却水，进水温度为30℃，出水温度不超过50℃。

试验例1钢锭各项性能考察

1.钢锭性能考察

取本发明实施例3-6及对照实施例1-3的方法制备的钢锭，经酸蚀后观察，未发现裂纹、缩孔、气泡、夹渣及白点等低倍缺陷。

本发明所制备的钢锭的性能结果如表1所示。

表1钢锭性能测试结果

从表中可以看出，自耗电极的成分及制备工艺发生变化后，钢锭的各项性能显著降低。

2.钢锭表面质量考察

对本发明的电渣重熔方法进行考察，设本发明制备的自耗电极的横截面积S_a为17600mm²，结晶器横截面积S_A为32000mm²，将第一电源的输出电压设定为32、35、40、55和57V，5个水平；将输出电流设定为520、528、600、704和710安，5个水平；其他的步骤按照实施例3的方法进行，考察结果见表2。

表2钢锭表面质量考察结果

从表中可以看出，本发明通过将第一电源的输出电压、输出电流、等参数限定在一定范围内后，使得制备的钢锭的表面光滑，质量显著提高，同时没有出现麻坑、夹杂、折叠等现象。

3.脱氧效果试验

采用电渣重熔设备进行脱氧1小时，对第二电源输出电压、输出电流及脉冲频率及是否通入还原性气体进行了研究，其余的步骤按照实施例4的方法进行，测量钢锭中的氧含量，测定结果见表3。

表3钢锭氧含量测定结果

从表中可以看出，只有将第二电源的输出电压、输出电流、脉冲频率、通入还原性气体及通入的频率限定在一定的范围内，才能够将钢锭内的氧限定在非常低的范围内。

以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (11)

1.一种使用电化学脱氧的电渣重熔设备，所述电渣重熔设备包括结晶器(1)、自耗电极(2)、第一电源(3)和第二电源(4)；其特征在于，所述结晶器(1)由结晶器单元(11)和还原层(12)组合而成；所述第一电源(3)与结晶器(1)和自耗电极(2)相连通；所述第二电源(4)的一端与还原层(12)相连通，另一端与自耗电极(2)或结晶器(1)相连通；所述结晶器(1)上端设有用于容纳还原性气体的气体保护罩(5)；所述自耗电极(2)位于气体保护罩(5)内；所述结晶器(1)的内底部形成含有钢锭的金属熔池层(13)，所述金属熔池(13)的上部悬浮有液渣层(14)；所述自耗电极(2)部分插入液渣层(14)内。

2.如权利要求1所述的使用电化学脱氧的电渣重熔设备，其特征在于，所述结晶器单元(11)和还原层(12)相互绝缘；所述还原层(12)主要由石墨组成。

3.如权利要求1所述的使用电化学脱氧的电渣重熔设备，其特征在于，所述还原层(12)主要由如下重量份数的组分组成：

石墨50-75 硅藻土10-12 聚甲基丙烯酸甲酯5-7.5

二氧化硅24-30 聚对苯二甲酸乙二醇酯5-7.5

环氧化甘油三酸酯3-5。

4.利用权利要求1所述的电渣重熔设备进行的电渣重熔方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：向结晶器(1)内注入液渣，将结晶器(1)、自耗电极(2)与第一电源(3)连通，形成回路，同时向气体保护罩(5)内不断通入还原性气体；电渣重熔开始，插入液渣层(14)内的自耗电极(2)开始熔化，熔融金属汇聚成液态滴落，穿过液渣层(14)，进入结晶器(1)底部形成金属熔池层(13)，然后慢慢凝固形成钢锭；

步骤2：当液渣层(14)内的金属液上升至还原层(12)时，将还原层(12)与第二电源(4)接通，在电场的作用下驱动金属液中氧离子定向移动至还原层(12)表面，金属液中氧离子浓度降低迫使金属熔池层(13)钢锭表面的溶解氧向金属液移动，金属液开始脱氧；

步骤3：脱氧同时，将钢锭从结晶器(1)中抽出。

5.如权利要求4所述的电渣重熔方法，其特征在于，所述步骤2中，第二电源输出电压为10-20V；输出电流为10-25A，脉冲频率为1-5KHz。

6.如权利要求4所述的电渣重熔方法，其特征在于，所述步骤1中，第一电源的输出电压为35-55V；输出电流为0.03S_a-0.04S_a，S_a表示自耗电极横截面积。

7.如权利要求4所述的电渣重熔方法，其特征在于，所述步骤1中通入的还原性气体为H₂、CO或H₂与CO的混合气体。

8.如权利要求7所述的电渣重熔方法，其特征在于，通入的还原性气体为H₂与CO的混合气体，所述H₂和CO的体积比为0.1:3；通入还原性气体的速率为45L/min。

9.如权利要求4所述的电渣重熔方法，其特征在于，所述钢锭的抽出速率为8-11.5mm/min。

10.如权利要求4所述的电渣重熔方法，其特征在于，所述向结晶器(1)内注入液渣前还包括自耗电极的制备；所述自耗电极由重量份数为0-15份的钢铁、20-25份的铸铁、0-5份的铜合金、0-1份的钛合金和0-1份的铝组成；所述自耗电极的制备方法包括：将钢铁、铸铁、铜合金、钛合金及铝经真空度为75Pa感应熔炼或采用转炉、真空钢包冶炼，在1320℃进行模铸或连铸，然后加热至1150℃锻造5-10h后，再将温度降至1050℃锻造2-3h，再降至900℃锻造1-2h，锻造成各处横截面均相等，锻造后经850℃保温5h，然后以15℃/分钟的速度降至720℃保温5小时，取出，表面进行打磨，去除氧化层，制得自耗电极，其长度为1000-1500mm，直径为结晶器内径的0.8-0.9倍。

11.如权利要求4所述的电渣重熔方法，其特征在于，所述方法还包括结晶器(1)的处理步骤；所述结晶器是由重量份数为50-55份的铜和40-50份的钢经焊接制备而成；所述处理步骤包括：将结晶器内表面打磨光滑，并在结晶器内均匀布设水道，通入冷却水，进水温度为25-30℃，出水温度不超过50℃。