CN114289704A - 一种电渣重熔锭坯生产装置及生产系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电渣重熔锭坯生产装置及生产系统，其中电渣重熔锭坯生产装置包括：控制单元、变压器、母排、自耗电极以及结晶器，所述结晶器包括渣池及金属熔池；所述变压器与所述母排、所述自耗电极、所述渣池中的熔渣、所述金属熔池中的钢液与下部凝固的钢锭以及所述结晶器构成钢锭电流回路；所述渣池连接有电流调节装置，所述变压器与所述电流调节装置、所述结晶器以及所述渣池中的熔渣构成渣池电流回路；所述钢锭电流回路与所述控制单元电连接，所述渣池电流回路中的电流通过所述电流调节装置可调。本发明中的电渣重熔锭坯生产装置，能够分别控制自耗电极熔化、钢锭凝固以及熔渣的温度，满足电渣重熔锭坯生产中工艺过程的具体需要。

Description

一种电渣重熔锭坯生产装置及生产系统

技术领域

本申请涉及冶金设备技术领域，具体而言，涉及一种电渣重熔锭坯生产装置及生产系统。

背景技术

电渣重熔是利用电流通过熔渣时产生的电阻热使自耗电极不断熔化、与熔渣反应得到精炼后在水冷结晶器中凝固成组织均匀致密钢锭的一种金属提纯工艺。通过电渣重熔技术，可以提纯金属并获得洁净、组织均匀致密的铸锭。

传统电渣重熔采用直筒形结晶器，其电流回路为变压器→母排→自耗电极→熔渣→钢锭→母排→变压器。为防止自耗电极触碰结晶器发生短路，传统电渣重熔工艺的自耗电极直径通常为钢锭直径的0.3-0.8倍。

当采用传统电渣工艺生产超小断面尺寸锭坯(直径小于100mm)时，自耗电极直径小(＜80mm)、重熔电流小，生产效率低。

另外，由于结晶器容积小，熔渣量少、渣温低，易造成锭坯表面质量差、夹渣等问题。

如何有效控制超小断面尺寸锭坯在电渣重熔生产过程中的自耗电极熔化、钢锭凝固以及维持合适的渣温，提高超小断面尺寸锭坯的质量是亟待解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种电渣重熔锭坯生产装置及生产系统，能够调节熔渣温度，分别满足自耗电极熔化、钢锭凝固以及维持合适渣温的需要。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种电渣重熔锭坯生产装置，包括：控制单元、变压器、母排、自耗电极以及结晶器，所述结晶器包括渣池及金属熔池；

所述变压器与所述母排、所述自耗电极、所述渣池中的熔渣、所述金属熔池中的钢液与下部凝固的钢锭以及所述结晶器构成钢锭电流回路；

所述渣池连接有电流调节装置，所述变压器与所述电流调节装置、所述结晶器以及所述渣池中的熔渣构成渣池电流回路；

所述钢锭电流回路与所述控制单元电连接，所述渣池电流回路中的电流通过所述电流调节装置可调。

在可选的实施方式中，所述电流调节装置包括成对的晶闸管以及与所述晶闸管电连接的控制显示装置，所述晶闸管反向并联设置。

在可选的实施方式中，所述晶闸管与所述控制显示装置之间设置有触发板，所述渣池电流回路与所述控制显示装置之间设置有渣池电流互感器及渣池电流变送器。

在可选的实施方式中，所述控制单元与所述自耗电极电连接，所述钢锭电流回路与所述控制单元之间设置有钢锭电流互感器及钢锭电流变送器。

在可选的实施方式中，所述电流调节装置设置在所述渣池与所述钢锭电流回路之间，所述渣池电流回路与所述钢锭电流回路并联设置。

在可选的实施方式中，所述渣池及所述金属熔池均为直筒状结构，上下分布与所述结晶器的内部，所述金属熔池的直径小于所述渣池的直径，所述渣池与所述金属熔池之间连接有锥斗。

在可选的实施方式中，所述渣池及所述金属熔池的外部套设有不锈钢壳体，所述不锈钢壳体上连接有用于向所述结晶器与所述不锈钢壳体间隙通入冷却水的进水管及出水管。

在可选的实施方式中，所述金属熔池的外侧壁上连接有螺旋肋板，所述螺旋肋板设置在所述金属熔池的顶部并与所述不锈钢壳体的内侧壁相接。

在可选的实施方式中，所述结晶器的顶部连接有中心开口的水冷导电铜盖，所述水冷导电铜盖与所述结晶器之间设置有绝缘密封圈，所述电流调节装置通过渣池母线与所述水冷导电铜盖连接。

第二方面，本发明提供一种电渣重熔锭坯生产系统，包括前述实施方式中任一项所述的电渣重熔锭坯生产装置，所述结晶器的底部设置有抽锭装置，所述抽锭装置与所述控制单元电连接；

所述结晶器的顶部扣盖设置有真空室，所述自耗电极的至少一部分插入所述真空室，外露于所述真空室的另一部分与所述控制单元电连接。

本发明中的电渣重熔锭坯生产装置，通过对熔渣电流以及钢锭电流的独立调节，能够分别控制自耗电极熔化、钢锭凝固以及熔渣的温度，满足电渣重熔锭坯生产中工艺过程的具体需要，有效避免了超小断面尺寸锭坯生产中的表面质量差以及夹渣等问题。

本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的原理。

图1为本申请提供的电渣重熔锭坯生产装置的结构示意图；

图2为图1中的A-A剖视结构示意图；

图3为图1中的B-B剖视结构示意图；

图4为本申请提供的电渣重熔锭坯生产系统的结构示意图。

图标：

1-结晶器；11-结晶器安装板；12-绝缘隔热材料；13-绝缘密封圈；14-渣池母线；15-进水管；16-出水管；17-不锈钢壳体；18-螺旋肋板；19-水冷导电铜盖；

2-电流调节装置；21-晶闸管；22-触发板；23-控制显示装置；24-渣池电流互感器；25-渣池电流变送器；

3-变压器；4-PLC控制器；5-钢锭电流互感器；6-钢锭电流变送器；7-熔渣；8-真空室；9-抽锭平台；10-自耗电极；20-重熔锭坯；30-母排；40-渣池；50-金属熔池；60-无冷却导电元件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参见图1，并结合图4，本申请提供了一种电渣重熔锭坯生产装置，包括：控制单元、变压器3、母排30、自耗电极10以及结晶器1，所述结晶器1包括渣池40及金属熔池50；所述变压器3与所述母排30、所述自耗电极10、所述渣池40中的熔渣7、所述金属熔池50中的钢液与下部凝固的重熔锭坯20以及所述结晶器1构成钢锭电流回路；所述渣池40连接有电流调节装置2，所述变压器3与所述电流调节装置2、所述结晶器1以及所述渣池40中的熔渣7构成渣池电流回路；所述钢锭电流回路与所述控制单元电连接，所述渣池电流回路中的电流通过所述电流调节装置2可调。

本申请中的电渣重熔锭坯生产装置，主要用于生产超小断面尺寸锭坯，具体通过在钢锭生产电流回路基础上增加渣池电流回路的形式，实现对渣池40熔渣7温度以及自耗电极10熔化速度的分别控制。

现有超小断面尺寸锭坯的生产中，由于重熔电流小，并且结晶器1的容积小，导致熔渣7温度整体不高，且不能实现有效控制渣温，容易出现锭坯表面质量差以及内部夹渣等问题。

通过分别设置钢锭电流回路以及渣池电流回路的形式，能够实现两个电流回路的独立调节，基于对于熔渣7温度的控制，在控制单元与钢锭电流回路构成的作为主线的重熔电流控制的基础上，增设渣池电流回路以实现对渣池40中熔渣7温度的调节控制。

钢锭电流回路的电流主要保证电渣重熔的正常进行，而变压器3、电流调节装置2、结晶器1以渣池40中的熔渣7构成的渣池电流回路则是具体进行渣池40中熔渣7温度的控制调节，钢锭电流回路中的电流通过生产装置整体的控制单元进行控制，而渣池电流回路中的电流则是通过电流调节装置2进行控制调整，从而实现主线的钢锭电流回路与渣池电流回路的独立控制，从而间接地对自耗电极10的熔化速度以及在渣池40中的熔渣7温度进行控制。

本实施例中的电流调节装置2包括成对设置的晶闸管21，晶闸管21具体与控制显示装置23电连接，在对熔渣7温度进行调节时，通过改变反向并联设置的晶闸管21的导通角，在一定范围内控制渣池电流回路的电流大小，从而调节熔渣7温度。

渣池电流回路中的电流调节具体是通过控制显示装置23进行的，控制显示装置23包括电流调节按钮以及显示器，能够进行主动调整操作以及渣池电流回路中电流大小的实时反馈。

在晶闸管21与控制显示装置23之间设置有触发板22，触发板22具体为晶闸管触发板，能够实现全数字控制，在渣池电流回路与控制显示装置23之间设置有渣池电流互感器24及渣池电流变送器25，渣池电流互感器24能够将渣池电流回路中的实时电流数据通过渣池电流变送器25传输至控制显示装置23上的显示器，并通过数字化表征来展示电流数据。通过反向并联的晶闸管21、触发板22、渣池电流互感器24及渣池电流变送器25构成了电流调节装置2中的电流控制以及数据传输的功能部件，并结合对电路大小的主动调节，保证了对渣池电流回路中电流调节的精准度。

钢锭电流回路中的电流主要用于控制自耗电极10的熔化速度，具体地，控制自耗电极10在熔渣7中的插入深度，能够控制钢锭电流回路中的电流大小，进而控制自耗电极10的熔化速度。同时，在钢锭电流回路上同样设置电流数据的传输功能组件，具体包括设置在钢锭电流回路与控制单元之间的钢锭电流互感器5及钢锭电流变送器6，通过钢锭电流互感器5能够实时感知钢锭电流回路中电流的实时数据，并将电流的实时数据传输到控制单元，从而形成控制单元与钢锭电流回路之间的可靠控制回路。控制单元基于接收到的钢锭电流回路中的电流数据，实时调整自耗电极10中电流的大小，保证对作为主线的钢锭电流回路的可靠控制。

本实施例中电流调节装置2设置在渣池40与钢锭电流回路之间，且渣池电流回路与钢锭电流回路相当于变压器3并联设置，通过该种设置方式，能够进一步确保渣池电流回路与钢锭电流回路的分别独立控制，实现了针对性地调整自耗电极10的熔化速度以及渣池40中的熔渣7温度。

针对现有结晶器的容积小，熔渣量小的问题，本发明中针对性地对结晶器的结构进行了改进，具体地，通过将结晶器的空间区分为渣池40以及金属熔池50的形式，能够针对调节不同部位的温度。其中渣池40主要进行自耗电极10的熔化和精炼，自耗电极10在熔渣7中熔化后下落穿过渣池40形成金属熔池50，随着抽锭平台9向下运动，金属熔池50中的钢液在结晶器1下部凝固生成重熔锭坯20。

渣池40及金属熔池50均为直筒状结构，上下分布在结晶器1的内部，基于上文已述的对于熔渣7温度的调整，为了增大熔渣量，渣池40的直径大于金属熔池50的直径，能够保证结晶器1上的熔渣7空间，提高熔渣7量，并结合电流调节装置2保证熔渣7温度处于合适的范围内，避免因熔渣7量的提高而导致出现渣温低的问题。同时为了能够使熔渣7在渣池40以及金属熔池50之间无缝衔接，在渣池40与金属熔池50之间连接有锥斗，优选地，渣池40、锥斗以及金属熔池50为一体结构，保证自耗电极10在重熔后顺畅进入凝固阶段。

金属熔池50中钢液的凝固具体是以水冷形式进行的，渣池40及金属熔池50的外部套设有不锈钢壳体17，不锈钢壳体17构成了结晶器1外部的水冷夹套，通过在金属熔池50与不锈钢壳体17之间空隙中通入冷却水，完成重熔锭坯20的凝固产出。

结合图2-图3，不锈钢壳体17上连接有用于向结晶器1与不锈钢壳体17间隙通入冷却水的进水管15及出水管16。具体地，冷却水在水冷夹套上为下进上出的关系，进水管15连接在不锈钢壳体的底部，出水管16连接在不锈钢壳体17的上部，且进水管15及出水管16均与不锈钢壳体17相切的方向进行连接，能够降低冷却水在进出水时的阻力，提高流速并增强冷却效果。

基于结晶器1锥斗部位热负荷大，易过热烧损的特点，在金属熔池50的外侧壁上连接有螺旋肋板18，且螺旋肋板18设置在金属熔池50的顶部并与不锈钢壳体17的内侧壁相接，能够增大结晶器1在锥斗部位的散热面积，并且提高冷却水的流速，增强渣池40与金属熔池50喇叭口连接位置的冷却强度。

结晶器1的顶部连接有中心开口的水冷导电铜盖19，水冷导电铜盖19扣盖在结晶器1的顶部开口上，在操作中自耗电极10穿过水冷导电铜盖19的中心开口插入熔渣，并在电流作用下熔化，水冷导电铜盖19与结晶器1之间设置有绝缘密封圈13，能够保证两者连接部位的密封性及钢锭与熔渣两个回路间的电气绝缘，方便构成重熔锭坯生产过程中位于结晶器1上部的封闭空间。电流调节装置2通过渣池母线14与水冷导电铜盖19连接，水冷导电铜盖19又与无冷却导电元件60连接，通过自耗电极10、熔渣7、无冷却导电元件60、水冷导电铜盖19及渣池母线14引出结晶器渣池回路电流。

本发明中的电渣重熔锭坯生产装置，通过独立调节的两个电流回路以及结晶器1上水冷组件以及螺旋肋板18的设置，能够实现自耗电极10的熔化、渣池40中的熔渣7的温度以及重熔锭坯20凝固温度的调整，分别满足了自耗电极10熔化、重熔锭坯20凝固以及维持合适熔渣7温度的具体操作需要。

本发明还提供了一种包括上述电渣重熔锭坯生产装置的电渣重熔锭坯生产系统，结晶器1的底部设置有抽锭装置，抽锭装置与控制单元电连接，通过控制单元控制抽锭装置对钢锭的抽取速度，保证产品质量。

结晶器1的顶部扣盖设置有真空室8，自耗电极10的至少一部分插入真空室8，真空室8可以抽真空或充入惰性气体。外露于真空室8的另一部分与控制单元电连接，位于真空室8内部的自耗电极10在熔渣7中电流产生的焦耳热的作用下熔化并与渣液进行反应。

本发明针对传统电渣设备生产超小断面尺寸锭坯存在的问题，通过增大结晶器1上部即渣池40的直径以扩大渣量，结晶器1下部即金属熔池50直径则需要满足锭坯尺寸要求，在不同工况下具体设置。为保持熔渣具备足够的温度与冶金活性，必须增大熔渣电流。为避免重熔锭坯20中的电流密度过大影响凝固，针对性地在结晶器1渣池40部分增加了渣池电流回路，通过熔渣7、结晶器1(渣池40)、渣池母线14、变压器3构成渣池电流回路，并通过电流调节装置2实时调整熔渣电流大小。

冶炼时，变压器3与母排30、自耗电极10、渣池40中的熔渣7、金属熔池50中的钢锭以及结晶器1构成的钢锭电流回路中的电流，以及变压器3与电流调节装置2、自耗电极10、渣池40中的熔渣7、无冷却导电元件60及水冷铜盖19构成的渣池电流回路中的电流可独立调节，以分别满足自耗电极10熔化、钢锭凝固以及维持合适渣温的需要。本发明中结晶器1的主体为紫铜套，方便电流的传导。

图1中电渣重熔锭坯生产装置包括不锈钢壳体17即水冷夹套、紫铜套形式的结晶器1壳体、紫铜套上连接的螺旋肋板18、结晶器安装板11、水冷导电铜盖19、绝缘元件、无冷却导电元件60、绝缘隔热材料12、绝缘密封圈13、渣池母线14、电流调节装置2、出水管16以及进水管15。

本发明工作原理包括：水冷导电铜盖19、无冷却导电元件60及紫铜套上部大直径部分组成了渣池40，电流由自耗电极10出发，经渣池40中的熔渣7、无冷却导电元件60、水冷导电铜盖19及电流调节装置2返回变压器3。本装置的电流调节装置2由一对反并联大功率晶闸管21、触发板22、渣池电流互感器24、渣池电流变送器25以及控制显示装置23等组成，通过改变晶闸管21的导通角，可在很大的范围内控制结晶器回路的电流大小，从而调节熔渣温度。

渣池40的直径可根据自耗电极10的直径确定，通常其为自耗电极10直径的1.2-3倍。重熔锭坯20凝固在紫铜套下部较小直径的金属熔池50下部的结晶器1中，鉴于紫铜套变径部位的锥斗处热负荷大、紫铜套易过热烧损的特点，在紫铜套的外侧壁上加设了螺旋肋板，通过加大散热面积和增大水流速度两方面来提高喇叭口处的冷却强度。

工作时，电流由自耗电极10出发，经熔渣7、金属熔池50、重熔锭坯20返回电源。该回路电流可通过自耗电极10的插深来控制。该装置结构简单合理，安装维修方便，运行可靠。由于采用水冷导电铜盖19引出渣池回路电流，结合水冷导电铜盖19与结晶器1之间的绝缘密封圈13，能够使装置本身构成整体的气密结构，便于在结晶器1与电渣炉的真空室8及抽锭装置之间形成密封，满足抽真空或充入惰性气体保护的需要。

以下结合具体示例对本发明的技术方案进一步描述。

将本发明的电渣重熔锭坯生产装置安装在一台380kVA双立柱双横臂底抽锭式真空/惰性气体保护电渣炉上。冶炼材料为45#钢，自耗电极10直径100mm，渣池40直径130mm，结晶器1下部直径56mm，渣料为CaF₂-CaO-Al₂O₃三元精炼渣。电渣炉的电流回路及控制示意图参见图4，包括PLC控制器4、结晶器1、自耗电极10、重熔锭坯20、抽锭平台9、反并联晶闸管21、渣池电流互感器24、渣池电流变送器25、触发板22、控制显示装置23、钢锭电流互感器5、钢锭电流变送器6、变压器3、熔渣7以及真空室8。冶炼时首先将安装在抽锭平台9上的引锭杆放置在结晶器1锥斗部位下部约50mm处；其次将事先熔化的渣液倒入结晶器1的上部形成渣池40；然后将自耗电极10插入渣池40；再将真空室8放下、抽出空气并充入保护气体；最后接通电源，钢锭回路电流按恒电流模式由PLC控制器4控制电极升降调节，调节范围0-5000A。渣池回路电流则由触发板22、渣池电流互感器24、渣池电流变送器25、控制显示装置23等组成的闭环控制回路通过改变晶闸管21的导通角调节，调节范围0-2500A。

自耗电极10在渣池40中熔化后滴落在引锭杆上形成金属熔池50，抽锭平台9向下移动，金属液逐渐在金属熔池50下部的结晶器1中凝固形成重熔锭坯20。通过合理组合钢锭回路和渣池回路的电流大小及控制抽锭速度，成功地生产出直径53mm、长2m的钢锭，并且钢锭表面以及内部质量良好，均能满足产品要求。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电渣重熔锭坯生产装置，其特征在于，包括：控制单元、变压器、母排、自耗电极以及结晶器，所述结晶器包括渣池及金属熔池；

所述变压器与所述母排、所述自耗电极、所述渣池中的熔渣、所述金属熔池中的钢液与下部凝固的钢锭以及所述结晶器构成钢锭电流回路；

所述渣池连接有电流调节装置，所述变压器与所述电流调节装置、所述结晶器以及所述渣池中的熔渣构成渣池电流回路；

所述钢锭电流回路与所述控制单元电连接，所述渣池电流回路中的电流通过所述电流调节装置可调。

2.根据权利要求1所述的电渣重熔锭坯生产装置，其特征在于，所述电流调节装置包括成对的晶闸管以及与所述晶闸管电连接的控制显示装置，所述晶闸管反向并联设置。

3.根据权利要求2所述的电渣重熔锭坯生产装置，其特征在于，所述晶闸管与所述控制显示装置之间设置有触发板，所述渣池电流回路与所述控制显示装置之间设置有渣池电流互感器及渣池电流变送器。

4.根据权利要求1所述的电渣重熔锭坯生产装置，其特征在于，所述控制单元与所述自耗电极电连接，所述钢锭电流回路与所述控制单元之间设置有钢锭电流互感器及钢锭电流变送器。

5.根据权利要求1所述的电渣重熔锭坯生产装置，其特征在于，所述电流调节装置设置在所述渣池与所述钢锭电流回路之间，所述渣池电流回路与所述钢锭电流回路并联设置。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电渣重熔锭坯生产装置，其特征在于，所述渣池及所述金属熔池均为直筒状结构，上下分布与所述结晶器的内部，所述金属熔池的直径小于所述渣池的直径，所述渣池与所述金属熔池之间连接有锥斗。

7.根据权利要求6所述的电渣重熔锭坯生产装置，其特征在于，所述渣池及所述金属熔池的外部套设有不锈钢壳体，所述不锈钢壳体上连接有用于向所述结晶器与所述不锈钢壳体间隙通入冷却水的进水管及出水管。

8.根据权利要求7所述的电渣重熔锭坯生产装置，其特征在于，所述金属熔池的外侧壁上连接有螺旋肋板，所述螺旋肋板设置在所述金属熔池的顶部并与所述不锈钢壳体的内侧壁相接。

9.根据权利要求7所述的电渣重熔锭坯生产装置，其特征在于，所述结晶器的顶部连接有中心开口的水冷导电铜盖，所述水冷导电铜盖与所述结晶器之间设置有绝缘密封圈，所述电流调节装置通过渣池母线与所述水冷导电铜盖连接。

10.一种电渣重熔锭坯生产，包括权利要求1-9中任一项所述的电渣重熔锭坯生产装置，其特征在于，所述结晶器的底部设置有抽锭装置，所述抽锭装置与所述控制单元电连接；

所述结晶器的顶部扣盖设置有真空室，所述自耗电极的至少一部分插入所述真空室，外露于所述真空室的另一部分与所述控制单元电连接。

Images