发明内容
1、发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中大钢锭凝固质量较差的问题,提供了一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩装置,本发明在钢锭模中设置有金属自耗电极和石墨电极,控制石墨电极位于中心,2根金属自耗电极关于石墨电极对称设置,且在补缩的过程中,驱动金属自耗电极顺时针、逆时针交替运动,使整个渣池的温度更加均匀,对大钢锭进行热补缩,改善凝固质量,提高金属收得率。
2、技术方案
为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
本发明的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩装置,包括钢锭模、金属自耗电极和石墨电极,所述石墨电极设置在钢锭模的中心;所述金属自耗电极设有2根,该金属自耗电极的材质与大钢锭的材质相同,且2根对称设置在石墨电极的两侧,所述金属自耗电极以石墨电极为旋转中心进行转动,且金属自耗电极顺时针、逆时针交替运动。
作为本发明的更进一步改进,所述金属自耗电极插入渣池的深度大于石墨电极插入渣池的深度。
作为本发明的更进一步改进,所述石墨电极在渣池的插入深度为20mm-30mm,所述金属自耗电极在渣池的插入深度为30-60mm。
作为本发明的更进一步改进,所述金属自耗电极的转动角度为±20°。
作为本发明的更进一步改进,所述金属自耗电极的转速控制为2-9r/min。
作为本发明的更进一步改进,所述渣池内的重熔渣的组分按质量百分比为80%的CaF2、15%的CaO以及5%的Al2O3,且控制渣层的厚度为250mm-300mm。
作为本发明的更进一步改进,还包括驱动机构,所述驱动机构包括升降单元以及转动单元,其中,所述转动单元设置在升降单元上,所述转动单元用于驱动2根金属自耗电极转动,所述升降单元用于控制金属自耗电极升降。
作为本发明的更进一步改进,2根金属自耗电极通过导电小横臂相连,所述导电小横臂中点处垂直安装有导电铜柱,该导电铜柱与转动单元活动相连;所述转动单元包括正反转电机和齿条,其中,所述正反转电机安装在升降单元上,该正反转电机的的转轴上安装有主动齿轮,该主动齿轮与齿条相啮合,所述导电铜柱上设有从动齿轮,所述从动齿轮与齿条相啮合。
作为本发明的更进一步改进,所述升降单元包括一号电机、滚珠丝杆一、横臂一和立柱一,其中,所述一号电机与滚珠丝杆一之间通过减速器相连,所述立柱一与滚珠丝杆一相平行,所述立柱一沿着垂直方向设置;所述横臂一垂直设置在滚珠丝杆一上,所述横臂一可沿滚珠丝杆一的长度方向移动,且横臂一活动设置在立柱一上。
作为本发明的更进一步改进,还包括升降机构,所述升降机构包括二号电机滚珠丝杠二横臂二和立柱二,其中,所述二号电机与滚珠丝杠二之间通过减速器相连,所述滚珠丝杠二与立柱二相平行,且立柱二沿着垂直方向设置,所述横臂二垂直设置在滚珠丝杠二上,所述横臂二可沿滚珠丝杠二的长度方向移动,所述横臂二52活动设置在立柱二53上。
3、有益效果
采用本发明提供的技术方案,与已有的公知技术相比,具有如下显著效果:
(1)本发明的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩装置,通过在钢锭模中设置有金属自耗电极和石墨电极,控制石墨电极位于中心,2根金属自耗电极关于石墨电极对称设置,金属自耗电极熔化带入的金属液滴滴落在四周,从而提高了液相穴四周的温度,且在补缩的过程中,驱动金属自耗电极顺时针、逆时针交替运动,带动金属液滴运动,使整个渣池的温度更加均匀,对大钢锭进行热补缩,改善凝固质量,提高金属收得率;
(2)本发明的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩装置,控制金属自耗电极以及石墨电极插入渣池的深度,且金属自耗电极插入渣池的深度大于石墨电极插入渣池的深度,在补缩过程中,渣池的高温区域位于边缘区域,并不是芯部,有利于改善凝固质量;此外,合理控制两种电极的插入深度,能够有效控制热源的位置,保证渣层拥有足够的温度,同时也有效避免金属液滴发生二次氧化而影响钢锭质量;
(3)本发明的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩装置,在进行补缩过程中,控制金属自耗电极的转动速度以及转动角度,一方面,金属自耗电极产生的金属液滴随着金属自耗电极一起转动,有利于温度的均匀化,另一方面,能够使得熔池的整体较浅,熔池坡度平缓,在凝固的过程中,晶粒沿着钢锭的轴向进行生长,此外,控制金属自耗电极的转速能够避免钢锭在凝固的过程产生晶间裂纹、成分偏析以及夹杂物聚集的问题,保证钢锭的质量;
(4)本发明的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩装置,通过控制渣池中重熔渣的各组分含量,一方面,金属自耗电极所产生金属液滴在渣层中移动,重熔渣对金属液滴进行脱硫、脱磷以及去除非金属夹杂物,另一方面,由于金属液滴本身与重熔渣之间的接触面积较大,除杂效果较为好,通过进一步的搅拌使得金属液滴在渣层中的移动时间更长,从而增加金属液滴与重熔渣之间的接触时间,进一步提高除杂效果。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容,结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1和图2,本实施例的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩装置,包括钢锭模70、金属自耗电极40和石墨电极60,其中,所述石墨电极60设置在钢锭模70的中心;金属自耗电极40设有2根,且2根金属自耗电极40对称设置在石墨电极60的两侧,值得说明的是,本实施例中的金属自耗电极40与大钢锭的材质相同,在进行补缩的过程中,2根金属自耗电极40进行转动,且金属自耗电极40的旋转中心为石墨电极60。
更进一步的,本实施例中的金属自耗电极40在转动过程中控制其进行顺时针、逆时针交替运动。
现有技术中在进行电渣补缩过程中,所采用的电极为一般为1根金属自耗电极,通过金属自耗电极熔化形成的金属液滴进行补缩,由于钢液在冷却过程中,其钢锭的中心会最后冷却,因此会钢锭中心会向下凹陷,影响后续钢锭的凝固质量,为了改善钢锭的质量,控制金属自耗电极位于钢锭模的中心,通过产生的金属液滴对中心区域进行补缩,从而提高钢锭的质量。
而本实施例中,通过设有2根金属自耗电极40,2根金属自耗电极40位于钢锭模70的边缘区域,且控制2根金属自耗电极40以钢锭模70的中心为旋转中心进行顺时针、逆时针交替转动,通关转动使得渣池73的温度更加均匀,同时,转动的过程中金属自耗电极40熔化形成的金属液滴会滴落在液相穴的四周,提高液相穴四周的温度,不会造成高温区域集中在中心,后续钢锭凝固时其晶粒沿着钢锭轴向进行生长,从而提高钢锭的质量,提高金属收得率。
值得说明的是,2根金属自耗电极40在转动过程中,如果只是沿着同一个方向进行转动,虽然在一定程度上能够使渣层的温度更加均匀化,但是,容易造成钢液71也随着渣层一起移动,后续钢液71在凝固过程中,钢液71容易沿着运动方向进行凝固,造成晶粒生长方向发生偏移,从而会降低钢锭的质量。
本实施例的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法,采用一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩装置,其步骤为:
步骤a、将冶炼完成的钢液71注入钢锭模70内,将熔化好的重熔渣迅速倒入保温冒72内;
步骤b、控制金属自耗电极40、石墨电极60插入渣池73中,然后通电开始补缩;
步骤c、启动正反转电机21,驱动2根金属自耗电极40顺时针、逆时针交替运动;
步骤d、待热补缩结束后,控制金属自耗电极40、石墨电极60脱离渣池73;
步骤e、待保温冒72中液渣完全凝固后,将钢锭模小车开出,进行脱模。
实施例2
本实施例的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩装置,基本同实施例1,更进一步的:如图1所示,本实施例中金属自耗电极40插入渣池73的深度大于石墨电极60插入渣池73的深度。
具体的,本实施例中石墨电极60在渣池73的插入深度为20mm-30mm,可以为20mm、22mm、23mm、25mm……28mm或30mm;
金属自耗电极40在渣池73的插入深度为30-60mm,可以为30mm、36mm、40mm、……50mm……或60mm。
由于在实际生产过程中,保温冒72外部喷有冷却水,必然使四周的温度低于芯部的温度,为此,控制石墨电极60和金属自耗电极40插入深度的不同,能够提高熔渣四周的温度,同时,降低中心的温度,从而进一步使得渣池的温度均匀化。
本实施例的金属自耗电极40插入相对于石墨电极60插入的深度较大,金属自耗电极40与石墨电极60所在的区域存在一定的温差,从而促使渣池自发流动,同时,金属自耗电极40也进行相应转动,二者相互配合,使得渣池的温度更加均匀化,从而保证钢锭的质量。
值得说明的是,本实施例通过合理控制金属自耗电极40以及石墨电极60插入渣池73的深度,控制热源的位置,为整个钢锭凝固过程中提供充足的热量,同时,熔化的金属熔滴更容易滴落于金属熔池四周,有利于金属熔池温度的均匀,从而改善钢锭的质量。如果本实施例中金属自耗电极40插入深度较浅,金属自耗电极40在转动的过程中,其熔化形成的金属液滴可能会运动至渣层表面上,使得金属液滴与空气相接触,造成金属液滴的二次氧化,后续在补缩过程中,严重影响钢锭的质量;如果金属自耗电极40插入深度较深,造成热源下移,导致整个渣层的温度较低,容易产生V形熔池,产生夹杂物聚集以及中心疏松,降低钢锭的质量。
此外,本实施例中金属自耗电极40在转动的过程中,控制金属自耗电极40的转动角度为±20°,即当金属自耗电极40顺时针转动至20°时,停止移动,然后控制金属自耗电极40逆时针运动至-20°,之后顺时针运动……在补缩过程中,金属自耗电极40沿着该运动方式进行移动。
更进一步的,本实施例中金属自耗电极40在转动的过程中,控制其转速为2-9r/min,可以为2r/min、4r/min、5r/min……8r/min或9r/min。
值得说明的是,本实施例通过控制控制金属自耗电极40的转动速度以及转动角度,首先,对于金属自耗电极40的转动角度而言,如果转动角度较大,容易造成钢液71也会发生一定的转动,将渣带入钢液71中,从而影响后续钢锭的凝固,降低钢锭的质量,如当转速为30r/min时,钢液71中T.O的含量达到80ppm左右,因此,严重影响钢锭的质量;如果转动角度过小,金属自耗电极40所产生的金属液滴分散不均,同时,渣层的温度不均,从而影响钢锭的质量。对于金属自耗电极40的转动速度而言,如果转动速度较大,同样会带动底部的钢液71随之移动,影响钢锭的质量;金属自耗电极40的转动速度较小,使得温度分布不均,从而影响钢锭的质量。因此,通过对二者进行合理控制,由二者相互配合,保证渣层温度更加均匀化;此外,通过合理控制电极的插入深度,使得渣池73能够提供充足的温度,保证钢锭顺利凝固。
实施例3
本实施例的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩装置,基本同实施例2,更进一步的:位于渣池73中的重熔渣组分按质量百分比为80%的CaF2、15%的CaO以及5%的Al2O3,且渣层的厚度为250mm-300mm,可以为250mm、260mm、280mm……295mm或300mm。通过重熔渣对金属液滴进行脱硫、脱磷以及去除非金属夹杂物等,实现对金属液滴的净化。
值得说明的是,本实施例中通过控制重熔渣组中Al2O3的含量,使得钢液71中的T.O的含量达到15ppm-20ppm,能够有效提高钢锭的质量。现有技术中由于Al2O3能明显降低渣的电导率,减少电耗,因此,现有技术中的Al2O3的含量较高,一般其含量至少控制在10%。
此外,控制重熔渣组分以及控制金属自耗电极40的转动角度、转速,金属自耗电极40熔化所产生的金属液滴在渣层中停留的时间更长,使得重熔渣与金属液滴之间接触的时间越久,从而有利于重熔渣对金属液滴进行脱硫、脱磷以及去除非金属夹杂物等的净化效果,提高钢锭的凝固质量。
实施例4
本实施例的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩装置,基本同实施例3,更进一步的:如图1所示,为了便于控制金属自耗电极40的插入以及转动,本实施例通过驱动机构对其进行2根金属自耗电极40进行控制。
本实施例的驱动机构包括升降单元以及转动单元,其中转动单元设置在升降单元上,用于控制2根金属自耗电极40转动。
具体的:本实施例中的升降单元包括一号电机10、滚珠丝杆一11、横臂一12、和立柱一14,其中,一号电机10与滚珠丝杆一11之间通过一减速器相连,立柱一14平行于滚珠丝杆一11设置,且本实施例中的立柱一14沿着垂直方向进行设置,从而便于控制金属自耗电极40的升降。
横臂一12垂直设置在滚珠丝杆一11上,同时,横臂一12活动设置在立柱一14上,当一号电机10启动时,驱动滚珠丝杆一11转动,在立柱一14的限位以及导向作用下,使得横臂一12沿着滚珠丝杆一11长度方向移动,从而实现横臂一12的上下运动。本实施例的转动单元设置在横臂一12上。
如图1所示,本实施例的转动单元包括正反转电机21和齿条22,其中,所述正反转电机21垂直安装在横臂一12的表面,且该正反转电机21的转轴上安装有主动齿轮,该主动齿轮与齿条22相啮合,当正反转电机21驱动主动齿轮转动,在轮齿啮合的作用下,带动齿条22沿着横臂一12的长度方向移动,即控制齿条22左右移动。
本实施例中为了便于同时控制2根金属自耗电极40转动,在2根金属自耗电极40的上端设有导电小横臂32,通过该导电小横臂32将2根金属自耗电极40相连,此外,在导电小横臂32上垂直安装有一导电铜柱31,该导电铜柱31位于导电小横臂32的中点,使2根金属自耗电极40关于导电铜柱31对称,从而使2根金属自耗电极40转动时,带动渣层运动程度相同,有利于渣层温度的均匀化。
本实施例的导电铜柱31穿过横臂一12,且在该导电铜柱31上设有从动齿轮,该从动齿轮与齿条22相啮合,当齿条22移动时,在轮齿啮合的作用下,带动导电铜柱31转动,从而控制金属自耗电极40转动。
优选的,本实施例在横臂一12与导电铜柱31之间设有轴承13,即轴承13套设在导电铜柱31上,该轴承13设置在横臂一12上,当导电铜柱31转动时,不会影响横臂一12。
此外,本实施例中在导电铜柱31上设有电刷30,该电刷30与一导线相连,通过导线为金属自耗电极40供电。石墨电极60也与一导线相连。
同样的,本实施例中为了便于控制石墨电极60插入,石墨电极60安装在升降机构上,如图1所示,该升降机构包括二号电机50、滚珠丝杠二51、横臂二52和立柱二53,其中,二号电机50与滚珠丝杠二51之间通过减速器相连,所述滚珠丝杠二51与立柱二53相平行,且立柱二53沿着垂直方向设置,所述横臂二52垂直设置在滚珠丝杠二51上,且该横臂二52活动设置在立柱二53上,当二号电机50启动时,驱动滚珠丝杠二51转动,从而控制横臂二52沿着滚珠丝杠二51的长度方向移动,本实施例的石墨电极60上端与横臂二52相连。
值得说明的是,本实施例主要是针对于大型钢锭,当保温冒72的内径为800mm-1200mm时,其金属自耗电极40的直径为120mm,石墨电极60的直径为160mm,且控制金属自耗电极40距保温冒72内壁的距离为80-100mm;当保温冒72的内径为1201mm-2000mm时,其金属自耗电极40的直径为200mm,石墨电极60的直径为400mm,金属自耗电极40距保温冒72内壁的距离为101-120mm;当保温冒72的内径为2001mm-3000mm时,金属自耗电极40的直径为400mm,石墨电极60的直径为650mm,且金属自耗电极40距保温冒72内壁的距离为121-140mm。
值得说明的是,本实施例中保温冒72的内径与钢锭模70上沿的内径相等。
为了保证提供足够热量的基础上,降低生产成本,当保温冒72的内径为800mm-1200mm时,控制电压为40-50V;当保温冒72的内径为1201mm-2000mm时,控制电压为51-60V;当保温冒72的内径为2001mm-3000mm时,控制电压为61-70V。
本实施例的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法,以保温冒72的内径1000mm为例,其过程为:
步骤a、将冶炼完成的钢液71注入钢锭模70内,将熔化好的重熔渣迅速倒入保温冒72内,控制钢液71注入完成到重熔渣倒入时间间隔不超过2min;
该过程中的重熔渣的渣层厚度为210mm;
步骤b、一号电机10和二号电机50启动,控制横臂一12和横臂二52同时下降,使金属自耗电极40、石墨电极60插入至渣池73中,然后通电开始补缩;
该过程中金属自耗电极40在渣池73中的插入深度为35mm,且金属自耗电极40距离保温冒72的内壁为90mm;石墨电极60在渣池73中的插入深度为20mm;
本实施例在补缩过程中设定电压为42V;
步骤c、通电5min后,设定转速为5r/min,启动正反转电机21,驱动2根金属自耗电极40顺时针、逆时针交替运动;
步骤d、待热补缩结束后,控制金属自耗电极40、石墨电极60脱离渣池73,关闭电源;
为了便于判断补缩结束的终点,本实施例中采用外衬耐火材料的钢筋进行判断,控制该钢筋直接从保温冒72插入钢液71中,检测液相穴的深度,当钢锭模70中钢水的液相穴深度达到保温冒72内径的2/3时,开始计时,两个小时后热补缩结束。
步骤e、待保温冒72中液渣完全凝固后,将钢锭模小车开出,进行脱模。
值得说明的是,当保温冒72的内径为800mm-1200mm时,120min后将钢锭模小车开出,脱模;当保温冒72的内径为1201mm-2000mm时,180min后将钢锭模小车开出,脱模;当保温冒72的内径为2001mm-3000mm时,300min后将钢锭模小车开出,脱模。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。