CN107262686B - 一种制备复合钢锭的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备复合钢锭的设备，包括：导电结晶器为上开口和下开口具有第一直径的筒状结构，包括多个自耗电极的自耗电极组件，多个自耗电极自导电结晶器的上开口伸入筒状结构，并与筒状结构内圆周面间隔第一距离；以及与导电结晶器和自耗电极组件电连接的第一电源；其中第一距离小于第一直径的一半。本发明还提供了制备复合钢锭的方法，将自耗电极插入熔渣中，导通导电结晶器供电回路实现芯棒和外层钢液的复合；通过液位检测器来实现自耗电极熔化速度与抽锭速度的良好匹配以保证钢锭复合过程的稳定。本发明的装置和方法可以实现大型钢锭的制备，保证多层复合过程的稳定、有序运行，改善大尺寸钢锭偏析、疏松与缩孔的问题，同时提高生产效率、保证复合质量。

Description

一种制备复合钢锭的设备及方法

技术领域

本发明涉及冶金及铸造技术领域，具体涉及一种制备复合钢锭的设备及方法。

背景技术

当前，装备制造业的一个突出技术发展趋势是极端制造，一方面是朝超微超精发展，另一方面是朝超大发展。电力、石化、冶金等领域装备大型化、复杂化的发展，对大型铸锻件行业提出更高的要求，对大型钢锭的需求越来越多。

在百万千瓦级核电机组中，无论是二代加，还是三代AP1000、CAP1400，都含有大量的高技术要求、大规格、形状复杂的铸锻件，其中压力容器整体顶盖、下封头、锥形筒体等形状复杂的锻件都需要整体锻造。百万千瓦级核电机组常规岛低压整体转子是目前世界上所需钢锭最大、锻件毛坯重量最大、截面尺寸最大、技术要求最高的实心锻件，是代表热加工最高综合技术水平的产品。转子净重超过170吨，需600吨级钢锭，大型混流式水轮机铸锻件。三峡工程采用的70万千瓦机组是目前世界上最大功率等级的水轮机组，其不锈钢水轮机转轮直径达到了9.8米，重量达500吨。随着造船和国防工业的发展，对宽厚板的要求越来越高，制约宽厚板生产的主要因素是支承辊，重达230吨，需要600吨级的钢锭。目前，国外只有JSW(日本制钢所)具备制造能力。

由此可见，大型铸锻件用大型钢锭的制备是非常必要而且重要的，钢锭的质量水平在一定程度上将决定铸锻件的最终质量，而且今后重大技术装备的发展还会催生出规格更大、工艺更复杂、技术含量更高的大型铸锻件。但是，这些铸锻件属于高合金易偏析材料，由于元素偏析问题，常规方法生产的钢锭合格率很低，几乎很难生产出高质量的钢锭。我国目前已经拥有多台接近2万吨的大型压机，在重大装备国产化工作中，大型关键铸锻件仍然依靠从日本、韩国、法国等国家进口，且受到国外供货能力和一些外交问题上的制约，究其原因是国产件能力有限、质量难以满足需求，大型铸锻件用优质大型钢锭的制备已成为重大装备制造业发展的瓶颈。另一方面从材料本身发展的角度来看，随着石油、化工等行业装备大型化的发展，材料的服役条件将越来越苛刻，而材料中的合金化程度越高，其耐高温、耐高压、耐腐蚀的能力越强。近年来，众多研究者都在研究在材料中增加元素含量对其性能的影响，如关长斌等发表的《铌对镍基合金组织与性能的影响》(金属热处理,2004,29(3):32-34.)；富晓阳等发表的《铌对新型Ni-Cr-Fe镍基合金力学性能的影响》(特殊钢,2011,32(2):54-56.)；未来提高合金性能的元素将会不断增加，例如杨瑞成等.在《高性能镍基耐蚀合金的特性与研究方向》(材料导报,2001,15(11):21-23.)公开了Cr、Mo、W等元素在材料中能够显著提高其耐蚀性能，因此，高合金材料必将是未来发展的趋势。然而，到目前为止，高合金钢锭的制备，尤其是大型钢锭的制备一直以来都没有很好的解决。因此，开展大型钢锭的制备工艺及质量控制技术的相关研究工作是非常必要的。

目前大型钢锭的生产方法有铸造法、多炉连续浇注法、双结晶器法、芯部电渣重熔法以及电渣重熔法。由于钢锭的尺寸过大，冷却强度不足，多炉连续浇注法和电渣重熔法以及相应的生产设备难以避免的产生偏析、疏松和缩孔等问题。近些年来，铸造法制备金属层状复合材料工艺及设备(CN 101125362A)、双结晶器法(US8418748132)、芯部电渣重熔法(US4544019)对钢锭内部质量有较大改善，但是工业复杂，成本较高、生产效率低又难以控制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种制备复合钢锭的设备，其采用自耗电极与导电结晶器，实现边熔化边抽锭的操作，达到获得复合钢锭的目的。

本发明还提供一种制备复合钢锭的方法，采用该方法制备的钢锭无疏松、缩孔，同时减轻偏析情况。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种制备复合钢锭的设备，包括

导电结晶器，其包括上开口和下开口的筒状结构，所述筒状结构包括第一直径；

自耗电极组件，其包括多个自耗电极，所述多个自耗电极自所述导电结晶器的上开口伸入所述筒状结构，并与所述筒状结构内圆周面间隔第一距离；以及

与所述导电结晶器和所述自耗电极组件电连接的第一电源；其中

所述第一距离小于所述第一直径的一半。

作为如上所述设备的一种优选方案，所述导电结晶器的筒状结构自上而下包括与所述第一电源电连接的导电段、用于将所述导电段和导热段电气隔绝的绝缘段和用于将所述导电结晶器内外空间可导热地隔离的导热段，其中，

所述导热段内壁上与绝缘段下边缘隔开第二距离的位置设置有液位检测器。

作为如上所述设备的一种优选方案，多个所述自耗电极并联后与所述第一电源电连接。

作为如上所述设备的一种优选方案，还包括一外接的控制系统，所述导电结晶器的下开口正中央下方设有抽锭装置，所述控制系统适于控制所述抽锭装置将一芯棒自所述下开口伸入所述导电结晶器内或从所述下开口抽出所述钢锭。

作为如上所述设备的一种优选方案，所述控制系统控制多个所述自耗电极同步地在所述导电结晶器内向上或向下移动。

作为如上所述设备的一种优选方案，所述抽锭装置的引锭板与所述导电结晶器的导电段通过电缆电连接，所述电缆上设有第二电源。

作为如上所述设备的一种优选方案，所述设备还包括熔渣装置，该熔渣装置包括由所述控制装置控制的有衬电渣炉、溜槽、测温枪和非自耗电极，所述溜槽的上端连接所述有衬电渣炉的出口，其下端指向所述导电结晶器中，所述测温枪用于检测所述有衬电渣炉炉内熔渣的温度，所述非自耗电极固定于升降支臂，所述控制装置控制连接所述升降支臂，所述非自耗电极与所述有衬电渣炉电连接。

一种采用如上所述的设备制备复合钢锭的设备方法，包括如下步骤：

S1、按照芯棒设计要求，将芯棒表面进行切削，涂上防氧化剂；

S2、将所述S1涂上防氧化剂的芯棒的下端套上包覆环，所述包覆环的内径等于所述芯棒的外径，将该芯棒固定于抽锭装置上，伸入导电结晶器中成轴对中布置，所述包覆环与所述导电结晶器的下端绝缘密封，在所述芯棒与所述导电结晶器之间的空腔内填充Al₂O₃粉末，所述Al₂O₃粉末填充量达到所述导电结晶器的液位检测器与绝缘段之间；

S3、向所述导电结晶器内壁与所述芯棒之间的间隙倾倒熔渣至所述熔渣形成渣池淹没所述导电结晶器绝缘段上部的导电段的至少一部分；

S4、下降自耗电极埋入所述渣池5mm～40mm，是所述自耗电极、渣池、导电段和第一电源形成的上回路连通，所述自耗电极在渣池焦耳热效应下熔化形成金属熔池，同时渣池焦耳热对芯棒进行加热，保证芯棒的外层能顺利复合自耗电极熔液；

S5、当所述金属熔池的液面到达所述导电结晶器中绝缘段的下方设置的液位检测器时，开始抽锭，抽锭装置牵引芯棒，通过所述液位检测器检测到的所述金属熔池的液面位置的变化判断自耗电极的熔化速度与抽锭速度是否匹配，保证金属熔池液面始终保持在所述液位检测器的位置，凝固后的自耗电极熔液在芯棒外侧形成复合钢锭的外层。

优选的，对复合后的钢锭重复上述过程得到多层复合的大钢锭。

作为如上所述方法的一种优选方案，在所述S3和S4之间还包括以下步骤S3a，将所述渣池、导电段、芯棒、抽锭装置的引锭板及第一电源形成的预热回路连通，利用渣池焦耳热对所述芯棒进行预热，当芯棒预热到一定的温度后，断开所述预热回路。

作为如上所述方法的一种优选方案，在所述S3和S4还包括以下步骤S3b，将所述渣池、导电段、芯棒与抽锭装置的引锭板和第二电源形成的下回路连通；在所述S4和S5之间还包括以下步骤S4b，当所述上回路供电后，再降低所述下回路的功率。

作为如上所述方法的一种优选方案，在所述S3中，所述熔渣通过下述制备方法制得：将石墨电极插入有衬电渣炉中，使石墨电极、引弧剂、带有电源的电缆与有衬电渣炉形成回路，在起弧时，向炉内加入渣料使其熔化、熔清直至熔渣温度达到浇注温度。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供的制备复合钢锭的设备，采用的导电结晶器的导电段具有导电作用，使电流不经过芯棒，避免芯棒的大面积熔化，改善了复合钢锭的质量，侧面导电段通电可以均匀渣池和金属熔池温度，组织性能更加均匀，同时能够使芯棒进行预热，有利于自耗电极熔液和芯棒的更好复合，提高复合质量；另一方面，减少了内应力及应力集中，有利于提高制备的钢锭寿命；再者，通过渣池对芯棒预热，不需要外来的热源，简化了生产设备。该设备可以连续抽锭，提供了生产率，且耗能少，成本有效降低。

与现有的技术方法相比，本发明的制备复合钢锭的方法，具有如下优点：

(1)采用连续抽锭式操作，提高了生产率；

(2)导电结晶器的导电段具有导电作用，导电段通电可以均匀渣池和金属熔池温度，组织性能更加均匀，同时能够使芯棒进行预热，有利于自耗电极熔液和芯棒的更好复合，提高复合质量；另一方面，减少了内应力及应力集中，有利于提高钢锭寿命；且电流不经过芯棒，避免了芯棒的大面积熔化，改善了复合钢锭的质量；

(3)芯棒在自耗电极下降之前还能被预热，避免自耗电极形成溶液后会快速凝固而影响抽锭操作；

(4)自耗电极熔化直接滴落在芯棒附近，不需要在外部冶炼浇铸，不仅是工艺流程的简化，同时能够提高自耗电极熔液的纯净度；

(5)由于在制备过程采用低电压、大电流方式，因此热效率高，耗电量少，节约了能源；

(6)本方法通过渣池对芯棒预热，不需要外来的热源，简化了生产设备。

利用本发明方法制备的钢锭无疏松、缩孔，同时减轻偏析情况，并且具有抗事故能力强，使用寿命长的优点。

本发明的装置和方法可以实现大型钢锭的制备，保证多层复合过程的稳定、有序运行，改善了大尺寸钢锭偏析、疏松与缩孔的问题，同时提高生产效率、保证复合质量。

附图说明

图1为本发明一优选制备复合钢锭的设备的正面剖视图；

图2为本发明中一优选熔渣装置的结构示意图；

图3为本发明一优选制备复合钢锭的设备的使用状态下的正面剖视图；

图4a为本发明实施例2中制备复合钢锭的设备在使用状态中下降自耗电极前的正面剖视图；

图4b为本发明实施例2中制备复合钢锭的设备在使用状态中下降自耗电极后的正面剖视图；

图5a为本发明实施例3中制备复合钢锭的设备在使用状态中下降自耗电极前的正面剖视图；

图5b为本发明实施例3中制备复合钢锭的设备在使用状态中下降自耗电极后的正面剖视图。

【附图标记说明】

1：导电结晶器；

2：自耗电极；

3：液位检测器；

4：抽锭装置；

5：第一电缆；

6：绝缘段；

7：导电段；

8：芯棒；

9：第一电源；

10：包覆环；

11：填充层；

12：渣池；

13：金属熔池；

14：第一开关；

15：第二电源；

16：第二开关；

21：石墨电极；

22：有衬电渣炉；

23：渣料；

24：电源；

25：测温枪。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。以下实施例中所用方法及材料未特别指明均采用本领域技术的常规方法和材料。

实施例1

一种制备复合钢锭的设备，包括导电结晶器、自耗电极组件、第一电源，如图1示出了其正面剖视图，其中，导电结晶器1为设有上开口和下开口具有第一直径的筒状结构，多个自耗电极2构成自耗电极组件，多个自耗电极自导电结晶器1的上开口伸入该筒状结构，并与筒状结构内圆周面间隔有一定的距离，将此距离记为第一距离；第一距离小于第一直径的一半，这样保证自耗电极是沿着筒状结构内圆周面进行上下升降；导电结晶器1和自耗电极组件通过第一电缆5电连接，在导电结晶器1和自耗电极2组件之间设置第一电源10；多个自耗电极并联后与第一电源电连接。导电结晶器1的筒状结构自上而下设为导电段7、绝缘段6和导热段，其中导电段7是用于与第一电源9电连接的，导热段是将导电结晶器内外空间可导热地隔离，具体就是指导热段将导电结晶器1内外空间隔开，但是该导热段还可使导电结晶器1内外进行冷热交换，进行导热作用，本申请中的导热段主要用于冷却。在导热段内壁上设有液位检测器3，液位检测器3的位置与绝缘段6下边缘绝之间的距离记为第二距离。在进行制备多层钢锭时，在导电结晶器1下开口的下方设有由控制系统控制的抽锭装置4，控制系统主要适用于控制抽锭装置4将一钢锭自导电结晶器1下开口伸入导电结晶器1内或从其下开口抽出钢锭。该控制系统还控制多个自耗电极2同步地在导电结晶器4内向上或向下移动。

具体地，导电结晶器1与普通结晶器的作用相同，是铜质内壁，上层是具有导电能力的导电段7，中间是用绝缘石棉布进行绝缘的绝缘段6，液位检测器3为磁性感应探头，与一个显示器连接；导电结晶器1的内壁具有较好的光亮度；控制系统还控制第一电缆5连接回路中电流和电压的大小，以及抽锭速率；在导电结晶器1的下部外侧环绕有冷却装置(图中未示出)，用于冷却复合上芯棒的复合层；导电结晶器1可设为圆筒形或可根据所要制备的多层复合大型钢锭的外形来设计，开启冷却装置，冷却装置可以是环绕导电结晶器下层外周盘绕的冷水管，冷水管连接水箱。

使用前，芯棒8的下端套上包覆环10，该包覆环的内径等于芯棒8的外径；将芯棒8安装在抽锭装置4的上方，抽锭装置将芯棒8伸入导电结晶器1中，并呈中心轴位置轴对称设置，在芯棒8与导电结晶器1之间，环绕芯棒的外周形成一个空腔，该空腔即为将要复合芯棒复合层的外形，包覆环10还用于密封导电结晶器1的下端；向空腔内填充Al₂O₃粉末，当Al₂O₃粉末达到绝缘段与液位检测器之间的位置时即第二距离内即可不用再加。

在使用过程中，先要开启冷却装置，将液态熔渣浇入芯棒和导电结晶器间隙；将自耗电极插到熔渣中，导通导电结晶器供电回路(导电段、自耗电极、渣池和第一电源形成的电流回路)，在渣池电阻热的预热作用下实现芯棒和外层钢液的复合；通过抽锭装置不断从导电结晶器中抽出复合完成的钢锭直至所需复合长度，同时，抽锭过程通过根据液位检测仪的示数做出调整，实现自耗电极熔化速度与抽锭速度的良好匹配以保证钢锭复合过程的稳定。

其中，导电结晶器1上层的导电段和热态熔渣可以导电，下层导电结晶器周围冷却会有冷态渣、慢慢形成固态渣、固态渣不导电，且导电段和导热段之间有绝缘层，不能形成回路，所以下部结晶器即导热段不会导电。

当上述设备使用之前，需要将渣料熔化形成熔渣，所以先进行化渣操作，可采用熔渣装置，该熔渣装置包括有衬电渣炉、溜槽、测温枪和非自耗电极，有衬电渣炉、测温枪和非自耗电极均由控制台控制进行化渣操作，其中，溜槽的上端连接有衬电渣炉的出口，溜槽的下端指向导电结晶器1中，测温枪用于检测有衬电渣炉炉内熔渣的温度，非自耗电极固定连接于升降支臂，升降支臂连接控制台，并由控制台控制，有衬电渣炉与非自耗电极通过带有电源的电缆连接。

使用时该熔渣装置时，打开有衬炉内的冷却系统阀门，对整个冶炼系统进行冷却，然后再进行有衬电渣炉内进行熔化渣料操作，其中，冶炼过程所用的渣料使用前先在加热炉中进行预热烘干，除去渣中的水分，防止熔炼过程中造成溅渣、增氢。如图2所示，将非自耗电极即石墨电极21插入有衬电渣炉22中，当石墨电极21、引弧剂、带有电源24的电缆与有衬电渣炉形成回路时，能够起弧时，向炉内加入渣料23，渣料23的加入方式选择多次少量的方法，利用渣池具有焦耳热效应熔化，此过程需要对回路的电流电压进行调节来控制冶炼的稳定性，使渣料均匀熔化、熔清；利用测温枪(图中未示出)对熔渣进行测温，当渣温达到浇注温度后，启动浇渣平台，上升有衬电渣炉，通过溜槽向导电结晶器1与芯棒的间隙内倾倒熔渣。

上述设备的运转均可由控制装置控制，设备的参数也都记录在操纵台的电脑中。

当采用上述的一种制备复合钢锭的设备进行多层复合大型钢锭的制备时，自耗电极2与钢锭的芯棒8可以是同种材质，也可以是异种材质，同种材质为多层复合大型钢锭，异种材料为双层金属复合材料。

下面以自耗电极与钢锭芯棒为同一材质为例来说明，制备复合钢锭的一种制备复合钢锭的方法，包括如下步骤：

1、首先，首先按照芯棒的材质和尺寸规格的设计要求，将芯棒表面进行切削，并涂上含有硼砂、碱金属氧化物、氯化物等组成的防氧化剂。

2、如图1所示，将制备好的芯棒8的下部套上包覆环10，且包覆环的内径等于芯棒的外径；将芯棒8立于抽锭装置4的引锭板上并在导电结晶器1同轴对中布置，所述包覆环与所述导电结晶器下端绝缘密封；向导电结晶器1内壁与芯棒8之间的间隙添加Al₂O₃粉末作为填充层11，Al₂O₃粉末所用的填充量以达到所述导电结晶器的液位检测器与绝缘段部分即可；

其中，包覆环具有封堵作用，防止在冶炼初期液态渣和熔化的自耗电极熔液流出；初期添加Al₂O₃粉末的作为填充层主要起填充的作用，使液态渣在刚开始操作时保持在导电结晶器1的绝缘段6连接的地方，在制备后期填充层就是芯棒的复合层。

3、向导电结晶器1内壁与芯棒8之间的间隙倾倒熔渣；

其中，熔渣可用上述熔渣装置获得，具体用料如下：引弧剂采用50％的CaF₂和50％的TiO₂，渣料为：40～50％的CaF₂、10～20％的Al₂O₃、20～30％的CaO、5～15％的MgO，所述渣料的用量为可淹没导电段30～120mm；上述百分比含量均为重量百分比含量。

4、如图3所示，在导电结晶器1内壁与芯棒8之间倒入的熔渣形成渣池12，渣池12淹没导电结晶器1上部的导电段7的30mm～120m时，浇渣结束，下降自耗电极2，自耗电极2的下端埋入渣池5mm～40mm时，此时，由自耗电极2、渣池12、导电结晶器1的导电段7和第一电源9形成的上回路，此时自耗电极2、渣池12、导电段7、与第一电源9形成回路而具有电流，自耗电极在渣池焦耳热效应下熔化形成金属熔池13，由于高温渣池又能对芯棒8进行预热，保证自耗电极熔化产生的自耗电极熔液和芯棒界面的结合质量。

5、液位检测器3检测到自耗电极熔液形成金属熔池的液面时，其液面具体是指金属熔池的上液面即渣金界面，开始抽锭操作，引锭板向下牵引芯棒，外层的填充层11和芯棒8随着抽锭装置4一起下降，金属熔池13在抽锭的过程中，下移会冷却凝固形成芯棒8的复合外层，自耗电极一直在熔化，形成金属熔池13，金属熔池13液面高度通过液位检测器3检测液面位置来判断自耗电极的熔化速度和抽锭速度的匹配程度，进而调整供电功率和抽锭速度，来保证生产过程的顺利进行。

采用上述方法对不同粗细的芯棒进行制备，其中所用的材质与工艺参数见表1，其中自耗电极的材料同增材层的材料。

表1实施例1所使用的材质性质及工艺参数

第一、二炉次生产的复合钢锭下部由于热量不平衡导致质量渣皮过厚，同时界面之间出现夹渣情况，但是随着熔炼进行，芯棒不断从渣池中吸收热量，温度不断升高，复合800mm高时热量平衡，复合钢锭上部界面结合质量良好，钢锭表面渣皮厚度变薄，表面质量良好，在质量控制方面，第一炉次较第二炉次提前出现良好表面，界面结合深度较大。主要是因为在相同的熔速熔速100kg/h情况下，一炉次的芯棒直径为130mm比第二炉次芯棒小20mm，渣池对芯棒的加热效果好，结合界面夹渣减少的快。其中，生产的钢锭质量表面及内部质量随高度的变化情况如表2所示。

表2实施例1所生产的钢锭质量表面及内部质量随高度的变化

表2中，表面质量是指复合之后，外层复合层的表面的质量；界面质量是指芯棒和外层结合处的质量，结合层厚度芯棒表面熔化的厚度。

上述联合应用有衬电渣炉化渣和电渣增材复合的方法，导电回路有两个，一个是石墨电极、有衬电渣炉与电源所形成的回路，其次是自耗电极、渣池、导电段、第一电源形成的电流回路。上述的大型钢锭的芯棒可以是铸态或锻态，即芯棒可以采用铸造或锻造方法生产。

上面描述的仅是复合一层的制备，当采用不同内径大小的导电结晶器时，对复合后的钢锭重复上述过程，就可以实现多层复合大型钢锭的制备。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，制备复合钢锭的设备制备复合钢锭的，如图4a中所示，第一电缆5连接抽锭装置4上的引锭板，并由第一开关14控制抽锭装置4上的引锭板与第一电源9及导电段7的连通与断开。

制备方法与实施例1中不同的是，在熔渣浇入导电结晶器后，如图4a所示，先不下降自耗电极2，闭合开关14，形成渣池、导电结晶器的导电段与第一电源、抽锭装置的引锭板及芯棒的回路。此时由于渣池焦耳热又能对芯棒8进行预热。当芯棒8预热到一定的温度后，断开开关14，下降自耗电极2埋于渣中，如图4b中所示，形成自耗电极2、渣池12、导电段7与第一电源9回路，渣池焦耳热效应熔化自耗电极，自耗电极的液滴滴落在芯棒8附近，形成金属熔池13，同时渣池还能继续提高芯棒8的温度，保证自耗电极的熔液和芯棒8界面的结合质量。当液位检测器3检测到自耗电极的熔液时，开始抽锭，通过液位检测的位置来判断自耗电极的熔化速度和抽锭速度的匹配程度，进而调整供电功率和抽锭速度，来保证生产过程的顺行。

实施例2所生产的钢锭质量表面及内部质量随高度的变化情况如表3所示。

表3实施例2所生产的钢锭质量表面及内部质量随高度的变化

与实施例1相比，通过回路提前对芯棒8进行预热，热量提前达到平衡，下部质量得到改善，中上部界面结合质量良好，复合钢锭表面质量好，表面光洁无疏松、缩孔，同时减轻偏析情况，并且具有抗事故能力强，使用寿命长的优点。

实施例3

本实施例是在实施例1的基础上，采用双电源双回路供电方式，如图5a所示，制备复合钢锭的设备中是将导电段7与述抽锭装置4上的引锭板得通过设有第二电源15及第二开关16的第二电缆连接。由于单电源双回路不能很好的匹配上下两个回路的功率分配情况，所以采用双电源进行供电，两个回路可以同时进行供电且相互之间的供电功率不受限制，因此可以根据热量平衡分别对两个回路功率进行调控。

在实施例1制备方法的基础上，进行制备，其中与实施例1中所不同的是：在向导电结晶器1内浇渣完毕后，如图5a中所示，先不下降自耗电极2，而是先闭合第二开关16，形成导电段7、渣池12、芯棒8及抽锭装置4的引锭板与第二电源15的下回路。保持第二开关16闭合，再下降自耗电极埋于渣中，如图5b中所示，使自耗电极2、渣池12、导电结晶器1的导电段7与第一电源9组成的上回路，同时降低下回路功率。本实施例中所用材质及工艺参数见表4；其中，第2炉次所用的芯棒为第1炉次制备的复合钢锭进行的，且进行第二炉次是需要更换相适应的设备尺寸。

本实施例所生产的钢锭质量表面及内部质量随高度的变化情况如表5所示。

表4实施例3所使用的材质及工艺参数

表5实施例3所生产的钢锭质量表面及内部质量随高度的变化

本实施例中，在先进行下回路供电时已经是芯棒达到一定的温度，然后双回路供电，不仅上回路渣中产生的焦耳热对芯棒有预热效果，下回路产生的焦耳热直接作用于芯棒表面，使芯棒表面的温度高于渣的熔点，但是过热度不会太高，这样能够保证不会夹渣，同时表面微熔芯棒与外层熔液很好的结合，充足的热量又能够将凝固的渣壳熔化一部分，保证表面质量良好。下部的复合质量和表面质量得到充分的解决，复合钢锭的中上部界面结合质量和表面质量更加优异，在上回路供电后，降低下回路工作是为防止渣池温度过高，控制合理的复合层厚度。提高了复合钢锭或者复合轧辊的成材率，显著的挑高经济效益。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种制备复合钢锭的设备，其特征在于，其包括：

导电结晶器，其包括上开口和下开口的筒状结构，所述筒状结构包括第一直径；

自耗电极组件，其包括多个自耗电极，所述多个自耗电极自所述导电结晶器的上开口伸入所述筒状结构，并与所述筒状结构内圆周面间隔第一距离；以及

与所述导电结晶器和所述自耗电极组件电连接的第一电源；其中

所述第一距离小于所述第一直径的一半；

所述导电结晶器的筒状结构自上而下包括与所述第一电源电连接的导电段、用于将所述导电段和导热段电气隔绝的绝缘段和用于将所述导电结晶器内外空间可导热地隔离的导热段，其中，

所述导热段内壁上与绝缘段下边缘隔开第二距离的位置设置有液位检测器。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，多个所述自耗电极并联后与所述第一电源电连接。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一外接的控制系统，所述导电结晶器的下开口正中央下方设有抽锭装置，所述控制系统适于控制所述抽锭装置将一芯棒自所述下开口伸入所述导电结晶器内或从所述下开口抽出所述钢锭。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述控制系统控制多个所述自耗电极同步地在所述导电结晶器内向上或向下移动。

5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述抽锭装置的引锭板与所述导电结晶器的导电段通过电缆电连接，所述电缆上设有第二电源。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述的设备制备复合钢锭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、按照芯棒设计要求，将芯棒表面进行切削，涂上防氧化剂；

S2、将所述S1涂上防氧化剂的芯棒的下端套上包覆环，所述包覆环的内径等于所述芯棒的外径，将该芯棒固定于抽锭装置上，伸入导电结晶器中成轴对中布置，所述包覆环与所述导电结晶器的下端绝缘密封，在所述芯棒与所述导电结晶器之间的空腔内填充Al₂O₃粉末，所述Al₂O₃粉末填充量达到所述导电结晶器的液位检测器与绝缘段之间；

S3、向所述导电结晶器内壁与所述芯棒之间的间隙倾倒熔渣至所述熔渣形成的渣池淹没所述导电结晶器绝缘段上部的导电段的至少一部分；

S4、下降自耗电极埋入所述渣池5mm～40mm，使所述自耗电极、渣池、导电段和第一电源形成的上回路连通，所述自耗电极在渣池焦耳热效应下熔化形成金属熔池，同时渣池焦耳热对芯棒进行加热，保证芯棒的外层能顺利复合自耗电极熔液；

S5、当所述金属熔池的液面到达所述导电结晶器中绝缘段的下方设置的液位检测器时，开始抽锭，抽锭装置牵引芯棒，通过所述液位检测器检测到的所述金属熔池的液面位置的变化判断自耗电极的熔化速度与抽锭速度是否匹配，保证金属熔池液面始终保持在所述液位检测器的位置，凝固后的自耗电极熔液在芯棒外侧形成复合钢锭的外层。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述S3和S4之间还包括以下步骤S3a，将所述渣池、导电段、芯棒、抽锭装置的引锭板及第一电源形成的预热回路连通，利用渣池焦耳热对所述芯棒进行预热，当芯棒预热到一定的温度后，断开所述预热回路。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述S3和S4之间还包括以下步骤S3b，将所述渣池、导电段、芯棒、抽锭装置的引锭板和第二电源形成的下回路连通；

在所述S4和S5之间还包括以下步骤S4b，当所述上回路供电后，降低所述下回路的功率。

9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述S3中，所述熔渣通过下述制备方法制得：将石墨电极插入有衬电渣炉中，使石墨电极、引弧剂、带有电源的电缆与有衬电渣炉形成回路，在起弧时，向炉内加入渣料使其熔化、熔清直至熔渣温度达到浇注温度。