CN113667830A

CN113667830A - 一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置及其方法

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Publication number: CN113667830A
Application number: CN202110974612.0A
Authority: CN
Inventors: 施晓芳; 常立忠
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui Fukai Special Materials Co ltd
Priority date: 2021-08-24
Filing date: 2021-08-24
Publication date: 2021-11-19
Anticipated expiration: 2041-08-24
Also published as: CN113667830B

Abstract

本发明公开了一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置及其方法，属于电渣重熔技术领域。它包括结晶器、电源和磁场单元；所述结晶器从上往下依次包括第一结晶器、过渡结晶器和第二结晶器；所述第一结晶器和过渡结晶器绝缘相连，所述过渡结晶器和第二结晶器绝缘相连；在所述渣池中，与第一结晶器的底部对应位置处为第一渣池层，与第二结晶器的顶部对应位置处为第二渣池层，底层为第三渣池层；所述电源包括第一电源和第二电源；所述第一电源将自耗电极与第一渣池层连接；所述第二电源将第二渣池层与第三渣池层连接。本发明能有效避免熔融金属与结晶器的粘接问题，同时提升重熔效率并改善电渣锭的凝固质量。

Description

一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置及其方法

技术领域

本发明属于电渣重熔技术领域，更具体地说，涉及一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置及其方法。

背景技术

很多高质量的材料如高温合金、高速钢、不锈钢等均采用电渣重熔的技术生产。然而，电渣重熔技术也有很多优点，比如重熔效率低、生产成本高，在一定程度上降低了产品的竞争力。为此，开发了快速电渣重熔技术，突破了熔速与电渣锭直径之比不超过1这一规律，重熔速度大大增加。快速重熔的核心在于渣池的直径大于电渣锭的直径。然而，这个技术有两个问题：1)由于渣池的直径较大，自耗电极熔化过程金属熔滴不是滴落于电渣锭结晶器中，而是滴落于渣池结晶器与电渣锭结晶器的过渡处，然后再流向电渣锭结晶器。由于渣池结晶器与电渣锭结晶器的过渡处采用强烈的水冷铜质材质，导致滴落上面的液滴会粘接在上面，不仅影响铜质材质的寿命，还有可能导致重熔的中断。因此如何使金属熔滴从电极中心滴落而不是在整个断面上滴落是解决这一问题的关键；2)尽管重熔速度大大增加，其代价则是金属熔池变深，凝固质量变差。尽管其凝固质量优于模铸或连铸坯，但是不能与传统的电渣锭相提并论。

经检索，中国发明专利CN200910010241.3公开了一种带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置及方法，中国发明专利CN200910050347.6公开了一种磁控电渣重熔高效精炼高温合金的方法及装置，中国实用新型专利CN201320838387.9公开了一种利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，中国发明专利CN201310017421.0公开了一种外加瞬变磁场控制电渣熔铸的方法及电渣熔铸装置，以上专利均是在电渣重熔过程施加交变磁场，通过搅拌来改变凝固组织，而不是使电极末端的液态薄膜向电极芯部迁移，其解决问题的侧重点不同，并不能解决快速重熔的核心问题；而其电磁搅拌的效果类似于传统的电磁搅拌，而传统的电磁搅拌易于引起白亮带，即偏析的发生；另外，重熔过程的电流变化可调范围较小，不能任意调整，因此对重熔过程的影响有限。

经检索，中国发明专利CN201910760149.2公开了一种电磁控制电渣精炼高端轴承钢的装置及方法，中国发明专利CN201410712573.7公开了一种电磁复合控制电渣重熔细晶铸造方法及装置，上述专利均是在在结晶器中施加变化磁场来改善凝固组织，其电磁力的基本原理同传统的连铸电磁搅拌一样，即通过交变磁场产生感应电流，在磁场和电流的交互作用下产生电磁力对渣池和熔池进行搅拌。而渣池的搅拌反而会使金属熔滴分散滴落，电渣过程一般希望金属熔池凝固过程平稳，不希望剧烈的波动。因此正常的重熔过程都避免杂乱磁场的产生，采用剧烈的电磁力搅拌金属熔池有可能产生不利的影响。

经检索，中国发明专利CN201510178541.8公开了一种大型均匀组织合金锭的连铸制备方法及磁控电渣连铸装置，该专利将导电结晶器与竖直磁场相结合，通过分别调节流过渣池和金属熔池的交流电流强度来使重熔过程交流电流的水平分量与外加竖直稳恒磁场相互作用分别产生强度可调的周期反向罗伦磁力，驱使渣池和金属熔池分别获得合适的周期反向旋转运动，从而改善凝固组织。但是该专利采用电磁力使渣池产生周期反向运动，可使渣池温度场均匀，并不能使电极端部金属液滴向芯部聚集；另外该专利中流过渣池和金属熔池的电流共用一个电源，即在电源输出电压一定的情况下，完全依靠短网上的电阻来调整电流，因此增大了在电阻上的无用能量消耗，与快速重熔技术降低能耗的思路相悖。又如中国发明专利CN201610871586.8公开的一种导电结晶器电渣重熔控制铸锭凝固组织方向的方法，该专利在电渣重熔过程中采用导电结晶器，通过开关闭合设定电流路径，控制通过结晶器和底水箱电流的分配比例，改变金属熔池的形状和深度，控制凝固组织的方向，但却起不到异质形核的效果。中国发明专利CN201610606343.1公开的一种连铸坯凝固组织的细晶化和均质化方法及中国发明专利CN201810294788.X公开的一种改善电渣重熔钢锭凝固质量的方法，均是直接在钢水中施加脉冲电流细化凝固组织，这是直接对重熔部分的渣料和金属同时产生扰动，虽然产生的扰动可以在一定程度上改善电渣锭的凝固质量，但是很大程度上影响了重熔的效率，并且这种扰动对电渣锭的凝固质量提升效果一般。

综上所述，虽然现有技术中已经存在一些利用磁场或脉冲电流应用于电渣重熔系统，代替传统的磁力搅拌来改善电渣锭的凝固质量，但是这种搅拌效果一般，而且重熔的效率和电渣锭的凝固质量往往无法同时兼得，另外重熔过程中的金属熔滴也很容易滴落并粘接在结晶器上。因此在目前的快速电渣重熔领域，亟需发明一种新的电渣重熔装置或方法改善重熔效率和电渣锭质量，这对于快速电渣技术的发展具有重要的意义。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中的电渣重熔装置或方法重熔效率低以及电渣锭凝固质量差的问题，本发明提供一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置及其方法；通过在重熔部分的渣池中和形成电渣锭的金属熔池中分别设置磁场作用，并且将用于加热熔渣、熔化电极的电源与细化凝固组织的电源相互独立设置，从而有效解决现有技术中的电渣重熔效率低以及电渣锭凝固质量差的问题。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置，包括结晶器、电源和磁场单元；

所述结晶器内可盛放渣池，结晶器从上往下依次包括第一结晶器、过渡结晶器和第二结晶器；所述第一结晶器内可插入自耗电极并使其没入渣池中；所述第一结晶器和过渡结晶器绝缘相连，所述过渡结晶器和第二结晶器绝缘相连；所述第一结晶器和过渡结晶器绝缘相连是指第一结晶器和过渡结晶之间通过绝缘材料连接，同时第一结晶器与过渡结晶连通；同样地，所述过渡结晶器和第二结晶器之间同理；

在所述渣池中，与第一结晶器的底部对应位置处为第一渣池层，与第二结晶器的顶部对应位置处为第二渣池层，底层为第三渣池层；所述电源包括第一电源和第二电源；所述第一电源将自耗电极与第一渣池层连接，用于向自耗电极以及自耗电极与第一渣池层之间的渣池提供直流电流；所述第二电源将第二渣池层与第三渣池层连接，用于向第二渣池层与第三渣池层之间的部分提供脉冲电流；所述磁场单元包括第一磁场单元和第二磁场单元；所述第一磁场单元设于第一结晶器外部，用于向第一结晶器内提供纵向的磁场；所述第二磁场单元设于第二结晶器的外部，用于向第二结晶器内提供横向的磁场。

需要说明的是，本发明中的渣池为熔融状态的渣料，因此渣池中的第一渣池层、第二渣池层与第三渣池层均为导电层，通过导线与电源电连接可形成通电回路；另外，在后续更优选的方案中，在第一渣池层和第二渣池层周围分别设置导电环，通过导电环与电源相连，以及在第三渣池层底部设置导电层，通过导电层与电源相连，便于第一电源或第二电源与第一渣池层、第二渣池层或第三渣池层进行连接。

优选地，所述第一结晶器和第二结晶器均为圆柱形，所述过渡结晶器为圆台形。

优选地，所述第一结晶器的直径为D1，所述第二结晶器的直径为D2，所述D1/D2＝(3～4)：1；所述过渡结晶器的直径从上至下逐渐降低，其顶端直径为D1，其底端直径为D2。

优选地，所述第一结晶器和过渡结晶器之间设有第一导电环，第一导电环的直径为D1；所述第一导电环分别与第一结晶器的底端和过渡结晶器的顶端对应设置，并分别通过绝缘环与第一结晶器和过渡结晶器连接；所述第一电源通过第一导电环与第一渣池层相连。

优选地，所述第二结晶器和过渡结晶器之间设有第二导电环，第二导电环的直径为D2；所述第二导电环分别与第二结晶器的顶端和过渡结晶器的底端对应设置，并分别通过绝缘环与第二结晶器和过渡结晶器连接；所述第二电源通过第二导电环与第二渣池层相连。

优选地，所述第二结晶器的底部还设有底水箱，底水箱顶部设有导电层；所述第二电源通过导电层与第三渣池层相连。

优选地，所述第一导电环、第二导电环和导电层可采用高纯导电石墨或者铜、铂等金属。

优选地，所述第一磁场单元包括第一磁场发生线圈，所述第一磁场发生线圈通电后可产生稳定的纵向磁场，其磁场强度为0.05T～0.1T；所述第二磁场单元包括第二磁场发生线圈，所述第二磁场发生线圈通电后可产生稳定的横向磁场，其磁场强度为0.01T～0.05T；本发明中的第一磁场发生线圈和第二磁场发生线圈可通过设计其卷绕方式来控制产生的磁场方向；例如将第一磁场发生线圈沿第一结晶器长度方向进行螺旋卷绕，此时对第一磁场发生线圈通电可产生在第一结晶器内部的纵向磁场；又如在第二结晶器的周围设置沿垂直于第二结晶器长度方向卷绕的第二磁场发生线圈，此时对第二磁场发生线圈通电可产生在第二结晶器内部的横向磁场；以上仅是对可产生纵向磁场和横向磁场的线圈进行举例说明，并非对第一磁场发生线圈和第二磁场发生线圈的具体形式进行限制，只要两者能够产生本发明中所限定的磁场方向即可。

优选地，所述第一电源为直流电源，直流电源的正极与自耗电极相连，其负极与第一渣池层相连；所述第二电源为脉冲电源，脉冲电源的正极与第二渣池层相连，其负极与第三渣池层相连，其波形为方波、频率为10kHz～20kHz、电流密度为50A/cm～100A/cm；所述电流密度是将第二电源产生电流的有效值除以第二结晶器的直径D2得到的比值。

本发明的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔方法，基于本发明中所述的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置，其具体重熔步骤为：

(1)将结晶器放于底水箱上，开启第一电源输送直流电流，并将熔渣倒入结晶器中形成渣池，使自耗电极浸入渣池中，开启第一磁场单元向第一结晶器提供磁场，开始重熔；

(2)重熔开始后开启第二电源输送脉冲电流，并打开第二磁场单元向第二结晶器提供磁场，将底水箱向下抽动保证渣池液面保持不动；

(3)当形成的电渣锭达到规定高度时，底水箱停止抽动并关闭电源和磁场停止重熔。

优选地，在所述(1)步骤中，将结晶器放于底水箱上后，先下降所述自耗电极至其距离第一结晶器与第一导电环之间的绝缘环20mm～30mm处，再开启第一电源；所述渣池的液面高于自耗电极的底部距离为20mm～30mm。

优选地，在所述(2)步骤中，当第二结晶器中金属的液面到达距离第二结晶器与第二导电环之间的绝缘环20cm～30cm处时，打开第二电源和第二磁场单元。

优选地，在所述(3)步骤中，底水箱停止抽动时同时关闭第一电源和第一磁场单元，经过20min～60min再关闭第二电源和第二磁场单元，重熔结束。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置，包括结晶器、电源和磁场单元；所述结晶器内可盛放渣池，结晶器从上往下依次包括第一结晶器、过渡结晶器和第二结晶器；所述第一结晶器内可插入自耗电极并使其没入渣池中；所述第一结晶器和过渡结晶器绝缘相连，所述过渡结晶器和第二结晶器绝缘相连；在所述渣池中，与第一结晶器的底部对应位置处为第一渣池层，与第二结晶器的顶部对应位置处为第二渣池层，底层为第三渣池层；所述电源包括第一电源和第二电源；所述第一电源将自耗电极与第一渣池层连接，用于向自耗电极以及自耗电极与第一渣池层之间的渣池提供直流电流；所述第二电源将第二渣池层与第三渣池层连接，用于向第二渣池层与第三渣池层之间的部分提供脉冲电流；所述磁场单元包括第一磁场单元和第二磁场单元；所述第一磁场单元设于第一结晶器外部，用于向第一结晶器内提供纵向的磁场；所述第二磁场单元设于第二结晶器的外部，用于向第二结晶器内提供横向的磁场；通过上述设置，在所述第一磁场单元的磁场和直流电流作用下，第一结晶器中自耗电极熔融形成的金属液滴受到的是稳定的向自耗电极内芯的力，而非常规的搅拌力，因此可使金属熔滴向自耗电极芯部聚集并向下滴落于结晶器的中心，避免了金属熔滴滴落于结晶器的侧壁上，减少了对结晶器的损坏，保证了重熔过程的稳定进行；在第二结晶器内的金属熔池部分，在第二磁场单元和第二电源施加的电流作用下，两相区合金溶质受到的是脉冲微振动力，替代了传统的电磁搅拌力，从而促进两相区合金溶质的扩散、抑制偏析，提升电渣锭的凝固质量；因此，本发明使得重熔过程在第一结晶器中稳定高效地进行，从结晶器中心滴落的金属熔滴在第二结晶器中产生有效的微振动力，既提升了重熔效率又改善了电渣锭的凝固质量。

(2)本发明的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔方法，基于本发明中所述的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置，其具体重熔步骤为：将结晶器放于底水箱上，开启第一电源输送直流电流，并将熔渣倒入结晶器中形成渣池，使自耗电极浸入渣池中，开启第一磁场单元向第一结晶器提供磁场，开始重熔；重熔开始后开启第二电源输送脉冲电流，并打开第二磁场单元向第二结晶器提供磁场，将底水箱向下抽动保证渣池液面保持不动；当形成的电渣锭达到规定高度时，底水箱停止抽动并关闭电源和磁场停止重熔；通过上述方法，本发明能够实现快速高效的电渣重熔，并形成偏析程度小、凝固质量高的电渣锭。

附图说明

图1为本发明的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置的重熔启动示意图；

图2为本发明的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置的正常重熔过程示意图；

图3为对比例1的一种常规的电渣重熔装置示意图；

图4为本发明实施例1制得的电渣锭凝固组织示意图；

图5为对比例1制得的电渣锭凝固组织示意图。

图中：

100、自耗电极；110、金属液滴；120、渣池；121、第一渣池层；122、第二渣池层；123、第三渣池层；130、金属熔池；140、电渣锭；

200、第一结晶器；210、第一磁场发生线圈；

300、第一导电环；

400、过渡结晶器；

500、第二导电环；

600、第二结晶器；610、第二磁场发生线圈；

700、底水箱；710、导电层；

800、绝缘环；

910、第一电源；920、第二电源；930、交流电源。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例，其中本发明的特征由附图标记标识。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，当元件被称为“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“横向”、“纵向”、“顶部”、“底部”以及类似的表述只是为了说明的目的。

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

本实施例提供一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置，如图1和图2所示，其包括结晶器、电源、磁场单元和底水箱700。所述结晶器设于底水箱700上，底水箱700用于向结晶器中提供冷量，将金属凝固形成电渣锭；底水箱700顶部设有导电层710。

所述结晶器从上往下依次包括第一结晶器200、过渡结晶器400和第二结晶器600，本实施例中的第一结晶器200为圆柱形，其直径为D1＝600mm，所述第二结晶器200为圆柱形，其直径为D2＝200mm，所述D1/D2＝3.5：1；作为本发明的其他实施方式，所述D1/D2可采用3：1或者4：1；由于第一结晶器200的直径较大，因此自耗电极100的直径也能够同步增大，从而有效提升自耗电极100在第一结晶器200中的重熔效率，当熔融金属落入直径较小的第二结晶器600中时，在本实施例的脉冲微振动力作用下产生高效的震动，从而有效地避免了偏析的问题。所述过渡结晶器400为圆台形，其直径从上至下逐渐降低，其顶端直径为D1，其底端直径为D2；所述第一结晶器200内可插入自耗电极100并使其没入渣池120中，所述自耗电极100的直径为400mm。所述第一结晶器200和过渡结晶器400绝缘相连，所述过渡结晶器400和第二结晶器600绝缘相连，具体的绝缘相连方式为：所述第一结晶器200和过渡结晶器400之间设有第一导电环300，第一导电环300的直径为D1，所述第一导电环300分别与第一结晶器200的底端和过渡结晶器400的顶端对应设置，并分别通过绝缘环800与第一结晶器200和过渡结晶器400连接；所述第二结晶器600和过渡结晶器400之间设有第二导电环500，第二导电环500的直径为D2，所述第二导电环500分别与第二结晶器600的顶端和过渡结晶器400的底端对应设置，并分别通过绝缘环800与第二结晶器600和过渡结晶器400连接。

需要说明的是，本实施例中的第一导电环300、第二导电环500和导电层710均采用高纯导电石墨。作为本发明的其他实施方式，第一导电环300、第二导电环500和导电层710也可采用铜，或者不参与重熔和结晶过程的惰性金属如铂等。

在本实施例中，所述结晶器内可盛放渣池120，在所述渣池120中，与第一结晶器200的底部对应位置处为第一渣池层121，与第二结晶器600的顶部对应位置处为第二渣池层122，其底层为第三渣池层123。

所述电源包括第一电源910和第二电源920。所述第一电源910为直流电源，直流电源的正极与自耗电极100相连，其负极通过第一导电环300与第一渣池层121相连，用于向自耗电极100以及自耗电极100与第一渣池层121之间的渣池120提供直流电流。所述第二电源920为脉冲电源，脉冲电源的正极通过第二导电环500与第二渣池层122相连，其负极通过导电层710与第三渣池层123相连，其波形为方波、频率为10kHz、电流为1000A，计算得到电流密度为50A/cm，脉冲电源用于向第二渣池层122与第三渣池层123之间的部分提供脉冲电流。

所述磁场单元包括第一磁场单元和第二磁场单元；所述第一磁场单元包括第一磁场发生线圈210，第一磁场发生线圈210设于第一结晶器200外部，第一磁场发生线圈210通电后可向第一结晶器200内提供稳定的纵向磁场，其磁场强度为0.07T；所述第二磁场单元包括第二磁场发生线圈610，第二磁场发生线圈610设于第二结晶器600的外部，第二磁场发生线圈610通电后可向第二结晶器600内提供稳定的横向磁场，其磁场强度为0.02T。

本实施例还提供一种防止重熔合金偏析的电渣重熔方法，基于本发明中所述的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置，本实施例重熔钢种为9Cr18Mo不锈轴承钢。其中自耗电极100将直流电流通向渣池120，再通过第一导电环300返回直流电源变压器的负极，第一磁场发生线圈210施加的纵向稳定磁场同直流电源作用对自耗电极100熔融产生的金属液滴110产生向心力，使自耗电极100端部的熔融层向芯部移动并剥落，避免了金属液滴110滴落并粘接到过渡结晶器400上。第二导电环500将脉冲电源的电流引入正在凝固的金属熔池130中，并从底水箱700返回，脉冲电流与稳定横向磁场作用产生高频脉冲微振动，促进两相区溶质的移动，从而减少偏析。其具体重熔步骤为：

(1)如图1所示，重熔开始前，先将底水箱700与第二结晶器600底部密切接触，然后下降自耗电极100，直至自耗电极100距离第一结晶器200与第一导电环300之间的绝缘环800为20mm处；接着开启开启第一电源910，将炉外熔化好的熔渣倒入结晶器中形成渣池120，使自耗电极100浸入渣池120中30mm；重熔正式开始，此时将第一结晶器200外部的第一磁场发生线圈210通电，磁场强度设为0.07T。

(2)随着重熔的进行，由于自耗电极100逐步熔化，渣池120的液面逐渐上升，当第二结晶器600中金属的液面上升至距离第二结晶器600与第二导电环500之间的绝缘环800为20cm处时，打开第二电源920送电，其频率为10kHz，电流为1000A；将第二磁场发生线圈610通电，磁场强度为0.02T；然后底水箱700按照一定的速度向下抽动，使渣池120液面始终保持不变。需要说明的是，如图2所示，图中箭头方向为底水箱700抽动方向，当底水箱700按照一定的速度向下抽动时，第二结晶器600内部出现金属熔池130，而结晶器底部逐渐形成电渣锭140，因此第二电源920的通电回路演变成：脉冲电源的正极通过第二导电环500与金属熔池130连接，其负极通过导电层710与电渣锭140连接，从而在第二导电环500、金属熔池130、电渣锭140和导电层710之间形成闭合的导电通路。

(3)当形成的电渣锭140达到规定高度时，底水箱700停止抽动，同时关闭第一电源910并对第一磁场发生线圈210断电，经过20min后再关闭第二电源920和断电第二磁场发生线圈610，重熔结束。

经过上述电渣重熔操作后，其中结晶器铜板上以及高纯导电石墨上均肉眼可见无任何金属粘接，说明本发明的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置及其方法能够有效避免重熔金属的粘接问题；另外，最终形成的电渣锭凝固组织致密，如图4所示，其二次枝晶间距在60μm～80μm，可见其偏析程度小，凝固质量高。

对比例1

本对比例提供一种常规的电渣重熔装置及方法，其大致结构如图3所示，重熔钢种为9Cr18Mo不锈轴承钢，本对比例采用的结晶器、电极几何尺寸基本同实施例1，与实施例1的主要区别在于：直接采用交流电源930对整个渣池120通电，而不采用脉冲电源和磁场作用，其操作方法为：

(1)如图3所示，重熔开始前，先将底水箱700与结晶器底部密切接触，然后下降自耗电极100至预定渣池120液面以下100mm时，将液渣倒入结晶器中，送电，重熔开始；

(2)随着自耗电极100的熔化，渣池120液面逐渐上升，当上升至规定高度时，底水箱700按照一定的速度向下抽动；

(3)当形成的电渣锭140达到规定高度时，底水箱700停止抽动，关闭交流电源930，重熔结束。

经过上述电渣重熔操作后，其中结晶器铜板上肉眼可见有明显的金属粘接，而且枝晶间距为90μm～120μm，如图5所示，凝固质量一般。

通过将实施例1与对比例1对比可知，本发明的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置及其方法不但能够有效避免重熔金属的粘接问题，还能够同时提升电渣重熔效率以及形成的电渣锭凝固质量。

更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。“直径、磁场强度、频率、时间、电流、电流密度、距离或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，1-50的范围应理解为包括选自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50的任何数字、数字的组合、或子范围、以及所有介于上述整数之间的小数值，例如，1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9。关于子范围，具体考虑从范围内的任意端点开始延伸的“嵌套的子范围”。例如，示例性范围1-50的嵌套子范围可以包括一个方向上的1-10、1-20、1-30和1-40，或在另一方向上的50-40、50-30、50-20和50-10”。

Claims

1.一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置，其特征在于，包括结晶器、电源和磁场单元；

所述结晶器内可盛放渣池(120)，结晶器从上往下依次包括第一结晶器(200)、过渡结晶器(400)和第二结晶器(600)；所述第一结晶器(200)内可插入自耗电极(100)并使其没入渣池(120)中；所述第一结晶器(200)和过渡结晶器(400)绝缘相连，所述过渡结晶器(400)和第二结晶器(600)绝缘相连；

在所述渣池(120)中，与第一结晶器(200)的底部对应位置处为第一渣池层(121)，与第二结晶器(600)的顶部对应位置处为第二渣池层(122)，底层为第三渣池层(123)；

所述电源包括第一电源(910)和第二电源(920)；所述第一电源(910)将自耗电极(100)与第一渣池层(121)连接，用于向自耗电极(100)以及自耗电极(100)与第一渣池层(121)之间的渣池(120)提供直流电流；所述第二电源(920)将第二渣池层(122)与第三渣池层(123)连接，用于向第二渣池层(122)与第三渣池层(123)之间的部分提供脉冲电流；

所述磁场单元包括第一磁场单元和第二磁场单元；所述第一磁场单元设于第一结晶器(200)外部，用于向第一结晶器(200)内提供纵向的磁场；所述第二磁场单元设于第二结晶器(600)的外部，用于向第二结晶器(600)内提供横向的磁场。

2.根据权利要求1所述的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置，其特征在于，所述第一结晶器(200)的直径为D1，所述第二结晶器(600)的直径为D2，所述D1/D2＝(3～4)：1；所述过渡结晶器(400)的直径从上至下逐渐降低，其顶端直径为D1，其底端直径为D2。

3.根据权利要求2所述的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置，其特征在于，所述第一结晶器(200)和过渡结晶器(400)之间设有第一导电环(300)，第一导电环(300)的直径为D1；所述第一导电环(300)分别与第一结晶器(200)的底端和过渡结晶器(400)的顶端对应设置，并分别通过绝缘环(800)与第一结晶器(200)和过渡结晶器(400)连接；所述第一电源(910)通过第一导电环(300)与第一渣池层(121)相连。

4.根据权利要求2所述的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置，其特征在于，所述第二结晶器(600)和过渡结晶器(400)之间设有第二导电环(500)，第二导电环(500)的直径为D2；所述第二导电环(500)分别与第二结晶器(600)的顶端和过渡结晶器(400)的底端对应设置，并分别通过绝缘环(800)与第二结晶器(600)和过渡结晶器(400)连接；所述第二电源(920)通过第二导电环(500)与第二渣池层(122)相连。

5.根据权利要求4所述的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置，其特征在于，所述第二结晶器(600)的底部还设有底水箱(700)，底水箱(700)顶部设有导电层(710)；所述第二电源(920)通过导电层(710)与第三渣池层(123)相连。

6.根据权利要求1所述的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置，其特征在于，所述第一磁场单元包括第一磁场发生线圈(210)，所述第一磁场发生线圈(210)通电后可产生稳定的纵向磁场，其磁场强度为0.05T～0.1T；所述第二磁场单元包括第二磁场发生线圈(610)，所述第二磁场发生线圈(610)通电后可产生稳定的横向磁场，其磁场强度为0.01T～0.05T。

7.根据权利要求1所述的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置，其特征在于，所述第一电源(910)为直流电源，直流电源的正极与自耗电极(100)相连，其负极与第一渣池层(121)相连；所述第二电源(920)为脉冲电源，脉冲电源的正极与第二渣池层(122)相连，其负极与第三渣池层(123)相连，其波形为方波、频率为10kHz～20kHz、电流密度为50A/cm～100A/cm。

8.一种防止重熔合金偏析的电渣重熔方法，其特征在于，基于权利要求1～7任一项所述的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔装置，其具体重熔步骤为：

(1)将结晶器放于底水箱(700)顶部的导电层(710)上，开启第一电源(910)输送直流电流，并将熔渣倒入结晶器中形成渣池(120)，使自耗电极(100)浸入渣池(120)中，开启第一磁场单元向第一结晶器(200)提供磁场，开始重熔；

(2)重熔开始后开启第二电源(920)输送脉冲电流，并打开第二磁场单元向第二结晶器(600)提供磁场，将底水箱(700)向下抽动保证渣池(120)液面保持不动；

(3)当形成的电渣锭(140)达到规定高度时，底水箱(700)停止抽动并关闭电源和磁场停止重熔。

9.根据权利要求8所述的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔方法，其特征在于，在所述(1)步骤中，将结晶器放于底水箱(700)上后，先下降所述自耗电极(100)至其距离第一结晶器(200)与第一导电环(300)之间的绝缘环(800)20mm～30mm处，再开启第一电源(910)；所述渣池(120)的液面高于自耗电极(100)的底部距离为20mm～30mm。

10.根据权利要求8所述的一种防止重熔合金偏析的电渣重熔方法，其特征在于，在所述(2)步骤中，当第二结晶器(600)中金属的液面到达距离第二结晶器(600)与第二导电环(500)之间的绝缘环(800)20cm～30cm处时，打开第二电源(920)和第二磁场单元；

在所述(3)步骤中，底水箱(700)停止抽动时同时关闭第一电源(910)和第一磁场单元，经过20min～60min再关闭第二电源(920)和第二磁场单元，重熔结束。