CN108950230B - 一种电渣重熔工艺及其电极更换方法 - Google Patents

一种电渣重熔工艺及其电极更换方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电渣重熔工艺及其电极更换方法。所述方法包括：断开熔炼高电压，实时检测熔池的电信号，得初始电信号；以第一速度提升电极至作为第一位置；以大于第一速度的第二速度继续提升电极，得到第二位置，在第三位置替换电极；以第三速度下降第二电极至第四位置，继续下降第一与第二位置之差的距离，第一、二、四位置依次为熔池电信号急剧变化时刻对应的电极位置、电极离开结晶器口时刻对应的电极位置、替换后电极进入结晶器口时刻对应的电极位置；以小于第三速度的第四速度使第二电极下降至再次检测到接近初始电信号。本发明能够提高自耗电极的更换速度，有利于提高生产效率和自动化程度、以及锭坯质量及性能。

Description

一种电渣重熔工艺及其电极更换方法
技术领域
本发明属于电冶金技术领域，具体来讲，涉及一种能够在电渣重熔工艺中提高自耗电极更换速度的电极更换方法，以及一种包括该电极更换方法的电渣重熔工艺。
背景技术
通常，电渣重熔工艺可获得结晶组织均匀致密的锭坯，广泛应用于特种金属和高品质合金钢的生产。采用交换自耗电极可以由多根电极生产一个大的钢锭，是目前广泛采用的形式。对于单相电渣炉，交换电极操作必须停电，中断熔炼使熔池温度下降，时间过长会产生渣沟或造成锭坯锻造过程中开裂。当前交换电极采用手动操作，试探液面位置，需要熟练的操作技术且时间不定，直接影响电渣锭的质量和生产效率，且影响工艺再现性。
此外，由于电渣炉自耗电极底部在熔化过程中形成的固液相变界面无法直接测量，导致自耗电极位置很难精确判断。传统的自耗电极位置控制，一般是通过操作人员在炉前观看和实际手动操作来完成。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够提高或改善电极更换速度的电极更换方法及其电渣重熔工艺。本发明的另一目的在于提供一种能够提高或改善电极更换速度且有利于自动或半自动控制的电极更换方法及其电渣重熔工艺。
本发明的一方面提供了一种电渣重熔工艺的电极更换方法，所述方法包括以下步骤：断开熔炼高电压，实时检测熔池的电信号，得到第一电信号；以第一速度提升第一电极直至第一位置，其中，所述第一位置为在检测到熔池电信号急剧变化时刻对应的第一电极的位置；以第二速度将第一电极从第一位置持续提升，得到第二位置，继续提升第一电极至第三位置，用第二电极更换第一电极，其中，所述第二位置为第一电极离开结晶器口的时刻对应的第一电极的位置，所述第三位置为可更换电极的位置，所述第二速度大于第一速度；以第三速度下降第二电极直至第四位置，并继续下降第一位置与第二位置之差的距离，其中，所述第四位置为第二电极进入结晶器口的时刻对应的第二电极的位置；以第四速度使第二电极下降直至再次检测到熔池具有基本接近于第一电信号的电信号，所述第四速度小于第三速度。其中，所述第一电信号可以为对断开熔炼高电压后且还未提升第一电极时的熔池进行检测得到的电信号。
在一个示例性实施例中，所述方法还可包括在第一电极到达第三位置之前，将第二电极提供至便于更换的位置。
在一个示例性实施例中，所述用第二电极更换第一电极的步骤可利用双臂电极臂的旋转或枢转，或者利用结晶器的移动来实现，其中，所述双臂电极臂包括能够安装第一电极的第一支臂和能够安装第二电极的第二支臂，并且所述第一支臂和第二支臂能够进行枢转或旋转以使第二支臂替换第一支臂的位置。
在一个示例性实施例中，所述实时检测熔池电信号步骤得到的电信号可以为电阻、电流和电压中的一个或多个。
在一个示例性实施例中，所述第一位置、第二位置、第三位置、第四位置可以为位移、距离或高度值。
本发明的另一方面提供了一种电渣重熔工艺，所述电渣重熔工艺包括以下步骤：熔炼第一电极；待第一电极熔炼结束或停止时，采用如上所述的电极更换方法将第一电极更换为第二电极；接通熔炼高电压熔炼第二电极。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下方面中的一项或多项：
1、结构简单，安装操作方便，投入成本低。
2、对电渣炉自耗电极位置跟踪迅速、控制精度高。
3、实现自耗电极快速自动更换，提高了熔铸质量和工艺再现性。
附图说明
图1示出了根据本发明电渣重熔工艺的电极更换方法的一个示例性实施例的过程示意图。
图2示出了根据本发明电渣重熔工艺的电极更换方法的一个示例性实施例的示意图。
图3示出了根据本发明的电渣重熔工艺的一个示例性实施例的流程示意图。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的电渣重熔工艺及其电极(亦可称为自耗电极)更换方法。
图1示出了根据本发明电渣重熔工艺的电极更换方法的一个示例性实施例的过程示意图。图2示出了根据本发明电渣重熔工艺的电极更换方法的一个示例性实施例的示意图，其中，I示出了处于正常熔炼过程中的第一电极；II示出了处于第一位置的第一电极；III示出了处于第二位置的第一电极。
如图1和图2所示，在本发明的一个示例性实施例中，电渣重熔工艺的电极更换方法可通过以下步骤来实现。
断开熔炼高电压，实时检测熔池的电信号，得到第一电信号。
具体来讲，对于需要更换电渣重熔系统或设备中的自耗电极的情况(例如，一个电极已基本熔炼结束或停止熔炼时)，断开熔炼高电压(或称正常熔炼电压)，主要是出于安全的考虑。可通过熔池电信号检测装置(如图2中的B)来实时检测熔池电信号，从而能够获得随第一电极(即，被更换电极或待更换电极)提升过程而变化的熔池电信号信息，例如，熔池的电压、电阻、电流等。这里，熔池电信号检测装置可包括能够检测断开熔炼高电压的熔池的诸如电流、电阻和电压等信号中的任意一种或两种以上的检测电路。例如，检测电路的电压可以为直流电压。为了更加安全，这里的检测电路可以为较低电压，例如，为5V～24V。但本示例性实施例不限于此，也可以为具有更高或更低电压的电路。
其中，第一电信号为对断开熔炼高电压后且还未提升第一电极时的熔池进行检测得到的电信号(例如，电阻、电流、电压)，其能够反映处于第一电极停止熔炼或结束熔炼时(或者说，处于第一电极即将从熔池中提升之前)熔池的诸如电阻、电流、电压等电特性信息。需要说明的是，对熔池电信号的实时检测可以持续发生在整个电极更换方法的全部步骤或部分步骤中，例如，可以持续发生在第一电极从开始提升至离开熔池的过程中，并持续发生在第二电极从进入熔池至所述再次检测到熔池具有基本接近于第一电信号的电信号的过程中。
以第一速度提升第一电极直至第一位置，其中，所述第一位置为在检测到熔池电信号急剧变化时刻对应的第一电极的位置。
具体来讲，第一位置(如图2中的H1)可以通过在以第一速度提升第一电极过程(或者说，在第一电极从熔池中提升的过程)中，实时检测得到的熔池的电信号(例如，电阻)的突然变化的时刻所对应的第一电极的位置信息来确定。这里，电信号(例如，电阻)的突然地或急剧的变化应只有一次，较容易确定，可通过变化最大的拐点值等确定。这里，需要说明的是，上述第一位置所指的位置信息应该理解为可以包括距离、位移、或高度等任意一种信息。可通过设置诸如移传感器或位置传感器等电极位置检测装置(如图2中的A)来实现对第一电极的位置信息的确定。也就是说，可通过设置电极位置检测装置来检测安装在电极臂上的第一电极或第二电极的位置信息。优选地，为了更加精确，电极位置检测装置可被配置为能够检测目前正安装在电极臂上的第一电极(例如，可以为正常熔炼结束的第一电极，或待更换的第一电极)或第二电极的熔炼端(即，更接近熔池的一端)的位置信息。此外，电极位置检测装置可设置在电极臂上或者自耗电极的非熔炼端(即，更远离熔池的一端)，例如，设置在电极臂的竖直主臂上或设置在电极臂的横臂上。此外，第一速度可以为一个较为缓慢的速度。
以第二速度将第一电极从第一位置持续提升，得到第二位置，继续提升第一电极至第三位置，用第二电极更换第一电极。其中，所述第二位置为第一电极离开结晶器口的时刻对应的第一电极的位置；所述第三位置为可更换电极的位置；所述第二速度大于第一速度。
具体来讲，第二位置(如图2中的H2)可以为在以第二速度提升第一电极过程中，第一电极的全部或者其更靠近熔池的一端离开结晶器口的时刻所对应的第一电极的位置。这里，第二位置同样可以通过电极位置检测装置以及用于检测电极进入和离开结晶器口的瞬间的传感装置的配合来获得。需要说明的是，上述第二位置所指的位置信息应该理解为可以包括距离、位移、或高度等任意一种信息。例如，可以通过设置结晶器口出入检测装置(如图2中的C)，该结晶器口出入检测装置能够检测安装在电渣重熔系统的电极臂上的第一电极离开结晶器口的时刻，并且能够在使用第二电极更换第一电极后，检测安装在电极臂上的第二电极进入结晶器口的时刻。例如，结晶器口出入检测装置可包括设置在结晶器端口(例如，竖直放置的结晶器口的上端口)处的用于检测电极进入和离开结晶器口的瞬间的光电开关(例如，激光对射红外线光电开关传感器)或图像传感器(例如，摄像头采集图像并实时识别的传感器)。但本示例性实施例不限于此，例如，结晶器口出入检测装置也可设置在除结晶器端口的其它位置，只要能够及时检测电极进入和离开结晶器口的瞬间即可。
另外，第二速度大于第一速度，第二速度可以为快速的速度。在第一电极从第二位置提升到第三位置的过程中，可以使用第二速度，也可以使用高于第二速度的速度，以进一步提高电极更换速度和效率。第三位置主要是为了便于顺利实现电极更换。例如，第三位置可以略高于第二位置，以便更加安全的更换电极。
以第三速度下降第二电极直至第四位置，并继续下降第一位置与第二位置之差的距离(如图2中的h)，其中，所述第四位置为第二电极进入结晶器口的时刻对应的第二电极的位置。
具体来讲，第四位置可以为在以第三速度下降第二电极过程中，第二电极的全部或者其更靠近熔池的一端通过结晶器口的时刻所对应的第二电极的位置。例如，第四位置可通过结晶器口出入检测装置和电极位置检测装置的配合来确定。需要说明的是，上述第四位置所指的位置信息应该理解为可以包括距离、位移、或高度等任意一种信息。第三速度大于第四速度，第三速度可以为快速的速度。
以第四速度使第二电极下降直至再次检测到熔池具有基本接近于第一电信号的电信号，即可完成电极更换过程。具体来讲，可通过实时检测熔池的电信号来控制以第四速度下降第二电极的终止时刻。所述具有基本接近于第一电信号的电信号可以等于或略大于或略小于第一电信号。例如，所述具有基本接近于第一电信号的电信号可以为第一电信号的90％～110％，进一步讲，可以为95％～105％。具体来讲，所述具有基本接近于第一电信号的电信号可根据电渣重熔设备的具体类型、电极类型、电信号类型等来确定。
另外，在本发明的另一个示例性实施例中，所述电极更换方法在上述示例性实施例的基础之上，还可以包括在第一电极到达第三位置之前，将第二电极提供至便于更换的位置。这样能够进一步提高更换速度。
另外，在本发明的另一个示例性实施例中，所述电极更换方法在上述示例性实施例的基础之上，其用第二电极更换第一电极的步骤还可利用双臂电极臂的旋转或枢转(例如，可绕轴转动)，或者利用结晶器的移动来实现。其中，所述双臂电极臂包括能够安装第一电极的第一支臂和能够安装第二电极的第二支臂，并且所述第一支臂和第二支臂能够进行枢转或旋转以使第二支臂替换第一支臂的位置。这里，第一支臂、第二支臂可具有共同的结合点或者可共同结合到一个主轴(例如，竖直的主轴)上。例如，第一支臂与第二支臂可呈V字形结构。具体来讲，例如，双臂电极臂的第一电极和第二电极可均以竖直方向(相当于二者以平行方式)分别安装在第一支臂和第二支臂上，在第一电极达到第三位置时，通过枢转(例如，以竖直方向为中轴线进行枢转)，从而实现用第二支臂上的第二电极替换第一支臂上的第一电极。又如，双臂电极臂的第一电极以竖直方向安装在第一支臂上，第二电极以与竖直方向呈锐角的方向(例如，30°～60°)安装在第二支臂上(例如，二者呈延长线交叉与结晶器上方的方式)安装，在第一电极达到第三位置时，通过旋转使第一电极呈与竖直方向成锐角的方向，且第二电极呈竖直方向，以实现第二支臂上的第二电极替换第一支臂上的第一电极的位置。
在本发明的另一个示例性实施例中，电渣重熔工艺可包括步骤：熔炼第一电极；待第一电极熔炼结束或停止时，采用如上所述多个示例性实施例中的任任意一种电极更换方法将第一电极更换为第二电极；随后，接通熔炼高电压熔炼第二电极。
图3示出了根据本发明的电渣重熔工艺的一个示例性实施例的流程示意图。在本发明的一个示例性实施例中，电渣重熔工艺及其电极变更方法均可通过如图3所示的方式以计算机软件编程来实现。图3中，B表示用于实时检测熔池电信号的熔池电信号检测装置；R1表示第一电信号的电阻；N表示“否”，Y表示“是”；H1表示第一位置；H2表示第二位置；h表示H1与H2之间的距离差值；H0表示第四位置。
综上所述，本发明的电渣重熔工艺及其电极更换方法的上述示例性实施例有利于提高更换用于电渣重熔的自耗电极的速度，从而提高了生产效率，并能够因缩短电极更换时间而提高锭坯或电渣锭的质量和性能。此外，还有利于提高自动化程度、以及工艺稳定性和可再现性。另外，尽管本发明的电渣重熔工艺及其电极更换方法更适合于需要使用两个或三个以上的自耗电极(可简称为电极)以冶炼形成大型或较大的锭坯或电渣锭的情况；然而，其亦可用于其它需要更换电极的情况，例如，即使前一自耗电极还未熔炼完，但只要存在冶炼工艺或操作的要求或突发情况等需要更换电极，均可采用本发明的电渣重熔工艺及其电极更换方法进行电极更换。
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (8)

1.一种电渣重熔工艺的电极更换方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
断开熔炼高电压，实时检测熔池的电信号，得到第一电信号，所述第一电信号为对断开熔炼高电压后且还未提升第一电极时的熔池进行检测得到的电信号；
以第一速度提升第一电极直至第一位置，其中，所述第一位置为在检测到熔池电信号急剧变化时刻对应的第一电极的位置；
以第二速度将第一电极从第一位置持续提升，得到第二位置，继续提升第一电极至第三位置，用第二电极更换第一电极，其中，所述第二位置为第一电极离开结晶器口的时刻对应的第一电极的位置，所述第三位置为可更换电极的位置；
以第三速度下降第二电极直至第四位置，并继续下降第一位置与第二位置之差的距离，其中，所述第四位置为第二电极进入结晶器口的时刻对应的第二电极的位置；
以第四速度使第二电极下降直至再次检测到熔池具有基本接近于第一电信号的电信号。
2.根据权利要求1所述的电渣重熔工艺的电极更换方法，其特征在于，所述第二速度大于第一速度，所述第四速度小于第三速度。
3.根据权利要求1所述的电渣重熔工艺的电极更换方法，其特征在于，所述方法还包括在第一电极到达第三位置之前，将第二电极提供至便于更换的位置。
4.根据权利要求1或2所述的电渣重熔工艺的电极更换方法，其特征在于，所述用第二电极更换第一电极的步骤利用双臂电极臂的旋转或枢转，或者利用结晶器的移动来实现，其中，所述双臂电极臂包括能够安装第一电极的第一支臂和能够安装第二电极的第二支臂，并且所述第一支臂和第二支臂能够进行枢转或旋转以使第二支臂替换第一支臂的位置。
5.根据权利要求1所述的电渣重熔工艺的电极更换方法，其特征在于，所述实时检测熔池电信号步骤得到的电信号为电阻、电流和电压中的一个或多个。
6.根据权利要求1所述的电渣重熔工艺的电极更换方法，其特征在于，所述第一位置、第二位置、第三位置、第四位置为位移、距离或高度值。
7.一种电渣重熔工艺，其特征在于，所述电渣重熔工艺包括以下步骤：
熔炼第一电极；
待第一电极熔炼结束或停止时，采用如权利要求1至6中任意一项所述的电极更换方法将第一电极更换为第二电极；
接通熔炼高电压熔炼第二电极。
8.根据权利要求7所述的电渣重熔工艺，其特征在于，所述用第二电极更换第一电极的步骤利用双臂电极臂的旋转或枢转，或者利用结晶器的移动来实现，其中，所述双臂电极臂包括能够安装第一电极的第一支臂和能够安装第二电极的第二支臂，并且所述第一支臂和第二支臂能够进行枢转或旋转以使第二支臂替换第一支臂的位置。
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