CN109128103B - 一种电渣熔铸法制备复合轧辊/复合钢锭的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种电渣熔铸法制备复合轧辊/复合钢锭的装置及方法，装置包括L型结晶器、电极系统和电源系统；电源的第一极与横臂通过短网连接，电源的第二极与导电石墨板通过短网连接，第二极与导电石墨板连接的短网上设有回路Ⅱ开关；电源的第一极还与电石墨板通过带有回路Ⅲ开关的短网连接，电源的第二极还与芯棒轴通过带有回路Ⅰ开关的短网连接。方法包括：自耗电极固定在横臂；芯棒固定在轴承座上；连通回路Ⅰ开关使渣池温度升高，对芯棒预热；完成预热；回路Ⅰ和回路Ⅲ断开，连通回路Ⅱ开关，使自耗电极熔化并开始复合。本发明的方法能保证整个复合产品在轴向高度上熔合层的均匀性；精确控制结合界面的熔化程度。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种电渣熔铸法制备复合轧辊/复合钢锭的装置及方法。
背景技术
近年来，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，都含有大量技术要求高、规格大、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。
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，未来提高合金性能的元素将会不断增加，例如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、芯部电渣熔铸法以及电渣熔铸法；由于钢锭的尺寸过大，多炉连续浇注法和电渣熔铸法难以避免的产生偏析、疏松和缩孔等问题；通过电渣熔铸工艺使钢锭工作层材质内部更加纯净，尤其净化了氧化夹杂物，使碳化物均匀，组织致密。在微观上提高了钢锭的内在质量，是改善钢锭质量的一种行之有效的手段，这是传统制造工艺无法比拟的，所以电渣熔铸钢锭在材质内部上比传统工艺生产钢锭具有更加纯净的化学成分，更加均匀的各项组织，综合力学性能大大提高，使用寿命延长。
复合材料特有的极其重要的组成部分是复合的界面，复合钢锭的性能与其界面性质密切相关，可以说是复合钢锭制备成败的关键所在。而结合界面的结合状态，直接关系到复合钢锭的性能发挥；传统的电渣熔铸法生产复合材料通常采用立式异形结晶器，且通电回路一般为变压器→短网→自耗电极→液态渣池→辊芯→底水箱→短网→变压器的回路，采用的启动方式多为液态渣直接浇铸，工序较为繁琐，更为严重的问题是随着冶炼的进行，温度场的遗传效应，导致了复合钢锭的熔合层深度在轴向高度方向上不一致，严重的降低钢锭的机械性能和使用寿命。尽管对结晶器进行旋转，工序复杂，对熔合层轴向均匀性改善甚微。
发明内容
为了克服传统电渣熔铸法制备复合钢锭过程中供电回路方案的不足及立式生产方法的天然不足，导致的轴向材料性能不均一等问题，本发明提供一种电渣熔铸法制备复合轧辊/复合钢锭的装置及方法，通过在不同熔炼时期调整复合钢锭熔炼体系中电流的流通路径，以及自耗电极距离芯棒表面的距离来改变渣池的高温区位置，避免了芯棒表面的过度熔化，提高结合界面的轴向性能均一性，控制周向性能的均匀性，改善复合质量。
本发明的一种电渣熔铸法制备复合轧辊/复合钢锭的装置包括L型结晶器(4)、电极系统和电源系统；L型结晶器(4)主要由上结晶器(4-1)、导电石墨板(4-2)、耐高温绝缘板(4-3)和下结晶器(4-4)组成；下结晶器(4-4)上设置有液面检测仪(15)；电极系统、L型结晶器(4)和轴承座(13)固定在结晶器支撑体(12)上，电极系统的电极支臂(11)上装配有横臂(16)，横臂(16)用于悬挂假电极和自耗电极(3)，轴承座(13)用于放置芯棒(6)的芯棒轴外套的轴承；电源系统包括电源(1)、短网和回路Ⅱ开关(10)；电源(1)的第一极与横臂(16)通过短网连接，电源(1)的第二极与导电石墨板(4-2)通过短网连接，第二极与导电石墨板(4-2)连接的短网上设有回路Ⅱ开关(10)；其中电源(1)的第一极还与电石墨板(4-2)通过带有回路Ⅲ开关(19)的短网连接，电源(1)的第二极还与芯棒轴通过带有回路Ⅰ开关(9)的短网连接；L型结晶器(4)底部设有引锭板(18)，引锭板(18)的上方设有氧化镁耐火砖(17)，引锭板(18)侧面延伸出的销轴搭接在限位器(20)上，限位器(20)的顶部与芯棒轴固定连接。
上述装置中，当芯棒(6)设置在L型结晶器(4)内部时，氧化镁耐火砖(17)与下结晶器(4-4)、引锭板(18)和芯棒(6)之间的缝隙中填充有铝粉。
上述装置中，当芯棒(6)设置在L型结晶器(4)内部时，引锭板(18)与下结晶器(4-4)和芯棒(6)之间的缝隙中填充有铝粉。
上述装置中，电极支臂(11)通过水平旋转装置和升降装置与横臂(16)装配在一起。
上述装置中，结晶器支撑体(12)设有冷却水管分别与上结晶器(4-1)和下结晶器(4-4)内部的冷却水腔连通。
上述装置中，导电石墨板(4-2)覆盖在上结晶器(4-1)的顶面和内壁；耐高温绝缘板(4-3)将上结晶器(4-1)和下结晶器(4-4)隔断。
上述装置中，轴承座(13)顶部的轴承孔内固定有轴承，轴承与芯棒轴滑动密封连接，芯棒轴与芯棒(6)为一体结构。
上述装置中，液面检测仪(15)选用型号为ML0C-2M，液面检测仪(15)的传感器探头穿过下结晶器内壁，传感器探头的前端面位于下结晶器(4-4)的弯曲段顶端，且与弯曲段顶端的内壁平齐。
上述的耐高温绝缘板(4-3)材质为石棉。
上述装置中，氧化镁耐火砖(17)和引锭板(18)的两个侧面均为弧形，当芯棒(6)设置在L型结晶器(4)内部时，氧化镁耐火砖(17)和引锭板(18)的一个侧面与下结晶器(4-4)内壁相配合，另一个侧面与芯棒(6)外表面相配合。
本发明的一种电渣熔铸法制备复合轧辊/复合钢锭的方法是采用上述装置，包括以下步骤：
1、将自耗电极(3)与假电极焊接固定后，悬挂固定在横臂(16)上；
2、将芯棒(6)的芯棒轴两端分别套上轴承，然后将轴承固定在轴承座(13)上；并且芯棒(6)与驱动电机装配在一起；
3、将引锭板(18)放入下结晶器(4-4)和芯棒(6)之间，并搭接在限位板(20)上，使引锭板(18)位于下结晶器(4-4)底端，再用铝粉填满引锭板(18)周围的缝隙；将氧化镁耐火砖(17)放入下结晶器(4-4)和芯棒(6)之间，置于引锭板(18)上，再用铝粉填满氧化镁耐火砖(17)周围的缝隙；所述的铝粉在使用前烘干去除水分；使用铝粉的目的是防止跑渣；
4、将电渣熔铸渣料加热烘烤去除水分，再用电渣有衬炉中加热熔化形成液态渣，然后沿溜渣槽浇入L型结晶器(4)和芯棒(6)之间；此时L型结晶器(4)的上结晶器(4-1)和下结晶器(4-4)内的冷却水腔中流通有冷却水；
5、液态渣在L型结晶器(4)形成渣池(5)，当渣池(5)的液面高于导电石墨板(4-2)下沿70～100mm时，通过电极支臂(11)和横臂(16)将自耗电极(3)下降，至自耗电极(3)底端浸入渣池(5)；连通回路Ⅰ开关(9)，使电源(1)、短网(2)、渣池(5)、自耗电极(3)、横臂(16)和电极支臂(11)形成第一芯棒预热供电回路；或者连通回路Ⅰ开关(9)和回路Ⅲ开关(19)，使电源(1)、短网(2)、导电石墨板(4-2)、渣池(5)和芯棒(6)形成第二芯棒预热供电回路；渣池(5)中不断产生的电阻热一方面使渣池(5)温度继续升高，另一方面对芯棒(6)预热；
6、当渣池(5)的温度达到设定温度后，芯棒(16)随同完成预热；在回路Ⅰ开关(9)和回路Ⅲ开关(19)都断开的情况下，连通回路Ⅱ开关(10)，使电源(1)、横臂(16)、自耗电极(3)、渣池(5)和导电石墨板(4-2)形成电极熔化与复合供电回路，使自耗电极(3)在渣池(5)中熔化；
7、随着自耗电极(3)在渣池(5)内不断熔化，累积的金属熔体在引锭板(18)上方形成金属熔池(8)，金属熔池(8)充满L型结晶器(4)与芯棒(6)之间的空隙，并在芯棒(6)表面处开始复合，在冷却水的作用下凝固形成复合层(7)；在进行复合的同时，启动驱动电机使芯棒(6)旋转，旋转速度与自耗电极(3)的熔化速度相配合，此时限位器(20)随芯棒(6)一同旋转，带动引锭板(18)环绕芯棒(6)运动；引锭板(18)和氧化镁耐火砖(17)在旋转出L型结晶器(4)后，在重力作用下脱落；
8、当芯棒(6)旋转至复合层(7)的前端面浸入金属熔池(8)时，断开回路Ⅱ开关(10)并抬升自耗电极(3)，同时关闭驱动电机，完成复合。
上述方法完成复合后将带有复合层的芯棒自然冷却至常温，清理凝固的渣料，再启动驱动电机反向旋转使带有复合层的芯棒离开L型结晶器(4)，然后卸下制成复合轧辊/复合钢锭。
上述方法中，引锭板(18)的两侧填充铝粉并覆盖氧化镁耐火砖(17)，工作时铝粉保护引锭板不被熔化和粘结，同时利于抽下引锭板。
上述方法中，自耗电极(3)为单个电极或多个电极组成的电极组；当自耗电极(3)为单个电极时，形状为平板且与芯棒(6)轴线平行；当自耗电极(3)为电极组时，电极组中各电极为相同形状，各电极的轴线在位于一平面上且与芯棒(6)轴线平行，当电极数超过两个时，各相邻两个电极轴线的间距相等。
上述的步骤7中，启动驱动电机时，通过供电参数调节自耗电极(3)的熔化速率，使之与芯棒(6)的旋转速度相配合，进而控制渣池(5)与金属熔池(8)的交界面位于液面检测仪(15)的传感器探头的检测位置之内。
上述的步骤6中，通过红外测温仪(14)检测芯棒(6)表面温度；当芯棒(6)表面出现厚度1～2mm的微熔区，该现象所对应的温度，即为芯棒(6)完成预热的温度；当红外测温仪(14)检测达到该温度，即表示芯棒(6)完成预热。
本发明的方法能够通过调整复合钢锭体系中电流的流通路径来改变渣池的高温区位置，使之位于自耗电极与结晶器间的液态渣池中，进而远离芯棒表面及减少液态渣池向芯棒表面的传热；渣池中在芯棒和自耗电极之间的部分，从自耗电极向芯棒方向温度逐渐降低，使靠近自耗电极一侧的渣池形成高温区；通过横臂改变自耗电极与芯棒表面的距离，能有效精确控制高温区与芯棒的距离，进而调节芯棒表面的温度，使其始终处于可控范围内；在熔炼复合的中期将芯棒从供电回路中解放出来，使其免于成为供电回路的一极，以保证自耗电极具有一定熔化速度的前提下，控制芯棒表面的微熔程度，后期能够通过改变自耗电极与芯棒之间的距离，控制熔合层深度，不仅提高了结合界面的均匀性还有效地改善了其结合质量。
液态熔渣在最初浇注到结晶器与辊芯间的空隙时，受到了来自芯棒和结晶器的强冷作用，此时应降低自耗电极并使其底部完全浸入液态渣池内，同时打开芯棒预热供电回路，利用渣池的持续供热将芯棒表面温度提升至一定温度范围；由于此回路路径短、电流大，所产生的电阻热也较大，通过观察红外测温仪，检测芯棒表面的温度变化；在熔炼中期，断开芯棒到短网的开关，使得芯棒从供电回路中脱离出来，自耗电极继续熔化并匹配抽速以实现复合过程；在熔炼后期，能够通过对芯棒表面温度实时检测从而控制自耗电极与芯棒的距离从而精确控制芯棒对热量的吸收，保证熔合层厚度在周向上均匀一致。
本发明的方法能保证整个复合产品在轴向高度上熔合层的均匀性；能够精确控制结合界面的熔化程度，使得熔合层(芯棒表面熔化的深度)尽量保持在相同的径向深度，从而保持在同一截面上的周向性能的稳定性。
本发明的方法，在传统的自耗电极→液态渣池→芯棒→短网回路基础上增加了可改变的电极熔化与复合供电回路；通过改善装置及供电回路的方法合理优化芯棒表面处的温度场；最重要的是通过移动自耗电极距离芯棒表面的位置，使高温区远离芯棒，降低芯棒吸收的热量，控制芯棒熔合层深度；此外，本发明中所使用的液面检测仪可动态实时监测渣金界面的位置，合理调整抽锭速度以确保渣金界面、渣池表面的稳定，保证复合钢锭制备过程稳定进行、制备出结合界面均匀、结合性能良好的复合钢锭。
附图说明
图1为本发明实施例中的电渣熔铸法制备复合轧辊/复合钢锭的结构示意图；
图2为图1中L型结晶器的剖面结构示意图；
图3为图1中限位器和引锭板部分的侧视剖面图；
图中，1、电源，2、短网、3、自耗电极，4、L型结晶器(卧式结晶器)，4-1、上结晶器，4-2、导电石墨板，4-3、耐高温绝缘板，4-4、下结晶器，5、渣池，6、芯棒，7、复合层，8、金属熔池，9、回路Ⅰ开关，10、回路Ⅱ开关，11、电极支臂，12、结晶器支撑体，13、轴承座，14、红外测温仪，15、液面检测仪，16、横臂，17、氧化镁耐火砖，18、引锭板，19、回路Ⅲ开关，20、限位器。
具体实施方式
本发明的自耗电极材质为钢锭复合层材质，形状为长薄板状或多根棒状；当自耗电极为板状时应保证垂直于地面且自耗电极底部平行于地面；当自耗电极为多根棒状时，其夹持时应保证其在与结晶器平行方向上均匀、紧密排列，且垂直性良好，以便在熔炼复合过程中始终保持自耗电极距芯棒表面间距一定。
本发明的导电石墨块具有保温作用，能使液态渣池在内壁处不凝固，因而能够形成良好的导电效果。
本发明实施例中，结晶器法兰与结晶器支撑体通过螺栓连接进行固定。
本发明实施例中导电石墨块的材质为石墨。
本发明实施例中耐高温绝缘板的材质为石棉。
本发明实施例中采用的耐火氧化镁砖为市购产品。
本发明实施例中，氧化镁耐火砖和引锭板与下结晶器内壁相配合的侧面的弧度为20°，与芯棒外表面相配合的侧面的弧度为15°。
实施例1
电渣熔铸法制备复合轧辊/复合钢锭的装置结构如图1所示，包括L型结晶器(4)、电极系统和电源系统；L型结晶器(4)结构如图2所示，主要由上结晶器(4-1)、导电石墨板(4-2)、耐高温绝缘板(4-3)和下结晶器(4-4)组成；下结晶器(4-4)上设置有液面检测仪(15)；电极系统、L型结晶器(4)和轴承座(13)固定在结晶器支撑体(12)上，电极系统的电极支臂(11)上装配有横臂(16)，横臂(16)用于悬挂假电极和自耗电极(3)，轴承座(13)用于放置芯棒(6)的芯棒轴外套的轴承；电源系统包括电源(1)、短网和回路Ⅱ开关(10)；电源(1)的第一极与横臂(16)通过短网连接，电源(1)的第二极与导电石墨板(4-2)通过短网连接，第二极与导电石墨板(4-2)连接的短网上设有回路Ⅱ开关(10)；其中电源(1)的第一极还与电石墨板(4-2)通过带有回路Ⅲ开关(19)的短网连接，电源(1)的第二极还与芯棒轴通过带有回路Ⅰ开关(9)的短网连接；L型结晶器(4)底部设有引锭板(18)，引锭板(18)的上方设有氧化镁耐火砖(17)，引锭板(18)侧面延伸出的销轴搭接在限位器(20)上，限位器(20)的顶部与芯棒轴固定连接，局部结构侧视图如图3所示；
当芯棒(6)设置在L型结晶器(4)内部时当芯棒(6)与L型结晶器(4)装配完成时，氧化镁耐火砖(17)与下结晶器(4-4)、引锭板(18)和芯棒(6)之间的缝隙中填充有铝粉；引锭板(18)与下结晶器(4-4)和芯棒(6)之间的缝隙中填充有铝粉；
电极支臂(11)通过水平旋转装置和升降装置与横臂(16)装配在一起；
结晶器支撑体(12)设有冷却水管分别与上结晶器(4-1)和下结晶器(4-4)内部的冷却水腔连通；
导电石墨板(4-2)覆盖在上结晶器(4-1)的顶面和内壁；耐高温绝缘板(4-3)将上结晶器(4-1)和下结晶器(4-4)隔断；
轴承座(13)顶部的轴承孔内固定有轴承，轴承与芯棒轴滑动密封连接，芯棒轴与芯棒(6)为一体结构；
液面检测仪(15)选用型号为ML0C-2M，液面检测仪(15)的传感器探头穿过下结晶器内壁，传感器探头的前端面位于下结晶器(4-4)的弯曲段顶端，且与弯曲段顶端的内壁平齐；
耐高温绝缘板(4-3)材质为石棉；
当芯棒(6)设置在L型结晶器(4)内部时(当芯棒(6)与L型结晶器(4)装配完成时)，氧化镁耐火砖(17)和引锭板(18)的两个侧面均为弧形，氧化镁耐火砖(17)和引锭板(18)的一个侧面与下结晶器(4-4)内壁相配合，另一个侧面与芯棒(6)外表面相配合；
方法是采用上述装置，包括以下步骤：
自耗电极的材质为Cr7钢，长薄板状，厚度30mm、长度600mm；芯棒为轧辊辊芯；自耗电极距芯棒表面间距10mm；芯棒材质为45#碳钢，直径300mm，长度900mm；
采用的渣料成分按质量百分比为CaF2 40～55％，CaO 15～25％，Al2O3 20～30％，MgO 0～5％，SiO2 0～10％；
L型结晶器中，上结晶器内径(芯棒圆心到结晶器竖直壁垂直距离)为450mm，下结晶器内径为Φ400mm，预期制备的复合轧辊直径为Φ400mm，其复合的工作层厚度50mm；
有衬电渣炉所化熔渣浇入结晶器与辊芯表面间隙后形成的渣池，其液面高度高于导电石墨板下沿70～100mm；
自耗电极(3)为单个电极，形状为平板且与芯棒(6)轴线平行；
本发明的一种电渣熔铸法制备复合轧辊/复合钢锭的方法是采用上述装置，包括以下步骤：
将自耗电极与假电极焊接固定后，悬挂固定在横臂上；
将芯棒的芯棒轴两端分别套上轴承，然后将轴承固定在轴承座上；并且芯棒与驱动电机装配在一起；
将引锭板放入下结晶器和芯棒之间，并搭接在限位板上，使引锭板位于下结晶器底端，再用铝粉填满引锭板周围的缝隙；将氧化镁耐火砖放入下结晶器和芯棒之间，置于引锭板上，再用铝粉填满氧化镁耐火砖周围的缝隙；所述的铝粉在使用前烘干去除水分；使用铝粉的目的是防止跑渣；引锭板的两侧填充铝粉并覆盖氧化镁耐火砖工作时铝粉保护引锭板不被熔化和粘结，同时利于抽下引锭板；
将电渣熔铸渣料加热烘烤去除水分，再用电渣有衬炉中加热熔化形成液态渣，然后沿溜渣槽浇入L型结晶器和芯棒之间；此时L型结晶器的上结晶器和下结晶器内的冷却水腔中流通有冷却水；
液态渣在L型结晶器形成渣池；当渣池的液面高于导电石墨板下沿70～100mm时，通过电极支臂和横臂将自耗电极下降，至自耗电极底端浸入渣池；连通回路Ⅰ开关，使电源、短网、渣池、自耗电极、横臂和电极支臂形成第一芯棒预热供电回路；渣池中不断产生的电阻热一方面使渣池温度继续升高，另一方面对芯棒预热；
当渣池的温度达到设定温度后(渣池的设定温度为自耗电极所用钢材的液相线温度)，芯棒随同完成预热；在回路Ⅰ开关和回路Ⅲ开关都断开的情况下，连通回路Ⅱ开关，使电源、横臂、自耗电极、渣池和导电石墨板形成电极熔化与复合供电回路，使自耗电极在渣池中熔化；通过红外测温仪检测芯棒表面温度；当芯棒表面出现厚度1～2mm的微熔区，该现象所对应的温度，即为芯棒完成预热的温度；当红外测温仪检测达到该温度，即表示芯棒完成预热；
随着自耗电极在渣池内不断熔化，累积的金属熔体在引锭板上方形成金属熔池，金属熔池充满L型结晶器与芯棒之间的空隙，并在芯棒表面处开始复合，在冷却水的作用下凝固形成复合层；在进行复合的同时，启动驱动电机使芯棒旋转，旋转速度与自耗电极的熔化速度相配合，此时限位器随芯棒一同旋转，带动引锭板环绕芯棒运动；引锭板和氧化镁耐火砖在旋转出L型结晶器后，在重力作用下脱落；启动驱动电机时，通过供电参数调节自耗电极的熔化速率，使之与芯棒的旋转速度相配合，进而控制渣池与金属熔池的交界面位于液面检测仪的传感器探头的检测位置之内；
当芯棒旋转至复合层的前端面浸入金属熔池时，断开回路Ⅱ开关并抬升自耗电极，同时关闭驱动电机，完成复合；
完成复合后将带有复合层的芯棒自然冷却至常温，清理凝固的渣料，再启动驱动电机反向旋转使带有复合层的芯棒离开L型结晶器，然后卸下制成复合轧辊；
复合轧辊界面处无气孔、夹杂、裂纹等缺陷，且径向轴向熔合层深度一致均匀，复合界面质量好。
实施例2
装置结构同实施例1；
方法同实施例1，不同点在于：
芯棒预热时，连通回路Ⅰ开关和回路Ⅲ开关，使电源、短网、导电石墨板、渣池和芯棒形成第二芯棒预热供电回路；
复合轧辊界面处无气孔、夹杂、裂纹等缺陷，且径向轴向熔合层深度一致均匀，复合界面质量好。
实施例3
装置结构同实施例1；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)自耗电极的宽度为40mm，长度1000mm，芯棒直径为Φ400mm，长度为1000mm；
(2)上部结晶器内径600mm，下结晶器内径Φ520mm，预期制备的复合轧辊直径为Φ520mm，其复合层厚度60mm；
复合轧辊界面处无气孔、夹杂、裂纹等缺陷，且径向轴向熔合层深度一致均匀，复合界面质量好。
实施例4
装置结构同实施例1；不同点在于：
自耗电极为四个电极组成的电极组，各电极为相同形状，各电极的轴线在位于一平面上且与芯棒(6)轴线平行，各相邻两个电极的轴线的间距相等；
方法同实施例1，不同点在于：
自耗电极与芯棒的材质均为Cr7钢；
通过横臂改变自耗电极与芯棒表面的距离，控制高温区与芯棒的距离，调节芯棒表面的温度；
复合轧辊界面处无气孔、夹杂、裂纹等缺陷，且径向轴向熔合层深度一致均匀，复合界面质量好。
Claims (5)
1.一种电渣熔铸法制备复合轧辊/复合钢锭的装置，其特征在于包括L型结晶器(4)、电极系统和电源系统；L型结晶器(4)主要由上结晶器(4-1)、导电石墨板(4-2)、耐高温绝缘板(4-3)和下结晶器(4-4)组成；下结晶器(4-4)上设置有液面检测仪(15)；电极系统、L型结晶器(4)和轴承座(13)固定在结晶器支撑体(12)上，电极系统的电极支臂(11)上装配有横臂(16)，横臂(16)用于悬挂假电极和自耗电极(3)，轴承座(13)用于放置芯棒(6)的芯棒轴外套的轴承；电源系统包括电源(1)、短网和回路Ⅱ开关(10)；电源(1)的第一极与横臂(16)通过短网连接，电源(1)的第二极与导电石墨板(4-2)通过短网连接，第二极与导电石墨板(4-2)连接的短网上设有回路Ⅱ开关(10)；其中电源(1)的第一极还与导电石墨板(4-2)通过带有回路Ⅲ开关(19)的短网连接，电源(1)的第二极还与芯棒轴通过带有回路Ⅰ开关(9)的短网连接；L型结晶器(4)底部设有引锭板(18)，引锭板(18)的上方设有氧化镁耐火砖(17)，引锭板(18)侧面延伸出的销轴搭接在限位器(20)上，限位器(20)的顶部与芯棒轴固定连接；当芯棒(6)设置在L型结晶器(4)内部时，氧化镁耐火砖(17)与下结晶器(4-4)、引锭板(18)和芯棒(6)之间的缝隙中填充有铝粉；当芯棒(6)设置在L型结晶器(4)内部时，引锭板(18)与下结晶器(4-4)和芯棒(6)之间的缝隙中填充有铝粉；所述的电极支臂(11)通过水平旋转装置和升降装置与横臂(16)装配在一起；所述的轴承座(13)顶部的轴承孔内固定有轴承，轴承与芯棒轴滑动密封连接，芯棒轴与芯棒(6)为一体结构；所述的氧化镁耐火砖(17)和引锭板(18)的两个侧面均为弧形，当芯棒(6)设置在L型结晶器(4)内部时，氧化镁耐火砖(17)和引锭板(18)的一个侧面与下结晶器(4-4)内壁相配合，另一个侧面与芯棒(6)外表面相配合。
2.根据权利要求1所述的一种电渣熔铸法制备复合轧辊/复合钢锭的装置，其特征在于所述的结晶器支撑体(12)设有冷却水管分别与上结晶器(4-1)和下结晶器(4-4)内部的冷却水腔连通。
3.根据权利要求1所述的一种电渣熔铸法制备复合轧辊/复合钢锭的装置，其特征在于所述的导电石墨板(4-2)覆盖在上结晶器(4-1)的顶面和内壁；耐高温绝缘板(4-3)将上结晶器(4-1)和下结晶器(4-4)隔断。
4.一种电渣熔铸法制备复合轧辊/复合钢锭的方法，其特征在于采用权利要求1所述的装置，包括以下步骤：
(1)将自耗电极(3)与假电极焊接固定后，悬挂固定在横臂(16)上；
(2)将芯棒(6)的芯棒轴两端分别套上轴承，然后将轴承固定在轴承座(13)上；并且芯棒(6)与驱动电机装配在一起；
(3)将引锭板(18)放入下结晶器(4-4)和芯棒(6)之间，并搭接在限位板(20)上，使引锭板(18)位于下结晶器(4-4)底端，再用铝粉填满引锭板(18)周围的缝隙；将氧化镁耐火砖(17)放入下结晶器(4-4)和芯棒(6)之间，置于引锭板(18)上，再用铝粉填满氧化镁耐火砖(17)周围的缝隙；所述的铝粉在使用前烘干去除水分；使用铝粉的目的是防止跑渣；
(4)将电渣熔铸渣料加热烘烤去除水分，再用电渣有衬炉中加热熔化形成液态渣，然后沿溜渣槽浇入L型结晶器(4)和芯棒(6)之间；此时L型结晶器(4)的上结晶器(4-1)和下结晶器(4-4)内的冷却水腔中流通有冷却水；
(5)液态渣在L型结晶器(4)形成渣池(5)，当渣池(5)的液面高于导电石墨板(4-2)下沿70～100mm时，通过电极支臂(11)和横臂(16)将自耗电极(3)下降，至自耗电极(3)底端浸入渣池(5)；连通回路Ⅰ开关(9)，使电源(1)、短网(2)、渣池(5)、自耗电极(3)、横臂(16)和电极支臂(11)形成第一芯棒预热供电回路；或者连通回路Ⅰ开关(9)和回路Ⅲ开关(19)，使电源(1)、短网(2)、导电石墨板(4-2)、渣池(5)和芯棒(6)形成第二芯棒预热供电回路；渣池(5)中不断产生的电阻热一方面使渣池(5)温度继续升高，另一方面对芯棒(6)预热；
(6)当渣池(5)的温度达到设定温度后，芯棒(16)随同完成预热；在回路Ⅰ开关(9)和回路Ⅲ开关(19)都断开的情况下，连通回路Ⅱ开关(10)，使电源(1)、横臂(16)、自耗电极(3)、渣池(5)和导电石墨板(4-2)形成电极熔化与复合供电回路，使自耗电极(3)在渣池(5)中熔化；
(7)随着自耗电极(3)在渣池(5)内不断熔化，累积的金属熔体在引锭板(18)上方形成金属熔池(8)，金属熔池(8)充满L型结晶器(4)与芯棒(6)之间的空隙，并在芯棒(6)表面处开始复合，在冷却水的作用下凝固形成复合层(7)；在进行复合的同时，启动驱动电机使芯棒(6)旋转，旋转速度与自耗电极(3)的熔化速度相配合，此时限位器(20)随芯棒(6)一同旋转，带动引锭板(18)环绕芯棒(6)运动；引锭板(18)和氧化镁耐火砖(17)在旋转出L型结晶器(4)后，在重力作用下脱落；
(8)当芯棒(6)旋转至复合层(7)的前端面浸入金属熔池(8)时，断开回路Ⅱ开关(10)并抬升自耗电极(3)，同时关闭驱动电机，完成复合。
5.根据权利要求4所述的电渣熔铸法制备复合轧辊/复合钢锭的方法，其特征在于所述的自耗电极(3)为单个电极或多个电极组成的电极组；当自耗电极(3)为单个电极时，形状为平板且与芯棒(6)轴线平行；当自耗电极(3)为电极组时，电极组中各电极为相同形状，各电极的轴线在位于一平面上且与芯棒(6)轴线平行，当电极数超过两个时，各相邻两个电极轴线的间距相等。
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