CN115044776B - 一种液态电渣重熔装置及冶炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液态电渣重熔装置及冶炼工艺，装置包括带支撑臂的加热电极，加热电极为中空柱形件，中空内腔体上部为锥形腔体，下部为圆柱形腔体，在锥形腔体中套入导流管，导流管上部为台阶，台阶下为与加热电极锥形体配合的锥体，导流管中部为锥形中空腔体，导流管镶在加热电极中心孔，导流管下端高于加热电极下端；加热电极下设结晶器；结晶器进入工位后，在垂直方向不上下移动，在水平方向沿轴心线旋转，前期冶炼好的钢液经钢包转至中间包，通过导流管注入结晶器内，控制结晶器内渣面高度保证加热电极插入熔渣液面下，随着结晶器内下部钢液凝固，承重底座逐渐下移生产出电渣锭，既能满足材料质量要求，又能加快生产效率、降低生产成本和生产周期。
Description
技术领域
本发明属于电渣冶金技术领域，具体涉及一种液态电渣重熔装置及冶炼工艺。
背景技术
电渣重熔技术自1952年诞生以来，因其设备简单、钢锭表面质量良好及其内部组织均匀细密等优点在钢铁冶金领域得到了迅猛的发展。国内抚顺特钢、大冶特钢、长城特钢以及中原特钢等众多特钢企业皆拥有数量不等的进口或国产电渣重熔炉，其它大大小小的民营特钢企业拥有或新建的各种电渣炉设备更是数不胜数。
现阶段模铸或连铸生产的钢锭材料由于其夹杂物级别高、组织粗大及轴心晶间裂纹等问题尚不能满足部分国内外高端高附加值特钢产品质量的需求，所以对于大多数质量要求严格的产品必须经过电渣重熔冶炼生产。
目前，特钢企业电渣冶炼生产全部采用传统的固态电渣重熔技术，即首先把通过各种炼钢工艺冶炼生产的钢液经模铸或连铸浇成固态自耗电极坯，然后将固态自耗电极坯经过“焊接假电极—自耗电极坯清理—自耗电极坯预热—送电化渣—电渣重熔”等一系列工步生产成电渣锭。传统的固态电渣重熔技术虽然具有产品质量优良的特点，但存在生产成本高、生产效率低、生产周期长的缺点，这成为严重制约众多特钢企业电渣产能发展的瓶颈。
因此，迫切需要一种既能满足高端产品材料质量要求，又能加快生产效率、降低生产成本和周期的冶炼工艺，解决电渣产能不足的问题。
发明内容
本发明的目的旨在解决电渣产能不足而提供一种既能满足高端产品材料质量要求，又能加快生产效率、降低生产成本和生产周期的液态电渣重熔装置及冶炼工艺。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种液态电渣重熔装置，包括带有支撑臂的加热电极，所述加热电极为中空柱形件，加热电极中空的内腔体上部为锥形腔体，下部为圆柱形腔体，在锥形腔体中套入有导流管，导流管外形上部为台阶，台阶的下部为与加热电极的锥形体相配合的锥体，导流管的中部为锥形的中空腔体，导流管镶嵌在加热电极中心孔中，在导流管与加热电极中心孔套装之后，导流管的下端面高于加热电极的下端150mm～200mm；在加热电极下面设置有结晶器，结晶器是上下开口、直径相同的桶形结构；渣液在结晶器内的高度为300mm～400mm，工作时加热电极插入渣液80mm～120mm，导流管的下端面高于渣面50mm～100mm。
所述结晶器装配进入工作位后，在垂直方向上不可上下移动，在水平方向上沿轴心线以N r/min的速度旋转，其中N的数值为结晶器直径D（单位mm）的百分之一；承重底座位于结晶器的正下方，起支撑电渣锭的作用，其直径比结晶器内径小2mm～6mm，承重底座上下升降进出结晶器，并且在下降至最底端后可沿水平方向移动；护锭板直接放置在承重底座上面，保护承重底座表面不被高温钢液灼烧，护锭板材料选用同钢种材料或价格低廉的碳钢，其形状为厚度15mm～40mm的一块圆形钢板，其直径约为结晶器直径60%～90%。
加热电极由丝杠带动随着支撑臂上下升降和能围绕立柱的轴心旋转。
所述加热电极采用强度、韧性良好、电导率高且熔点≥1800℃的石墨材料制造，导流管采用耐高温钢液冲刷的高铝质耐火材料制成。
一种液态电渣重熔冶炼工艺，具体冶炼工艺步骤如下：
步骤1）、将导流管镶嵌在加热电极中间，装配好的导流管的下端面高于加热电极的下端面 150mm～200mm；
步骤2）、将结晶器装配进入工作位后，在垂直方向不动，设定在水平方向上沿轴心线以N r/min的速度旋转，其中N的数值为结晶器直径D（单位mm）的百分之一；
步骤3）、在承重底座上表面放置一块护锭板，然后上升进入结晶器内固定位置；
步骤4）、将预先熔化好的渣液导入结晶器内，渣液在结晶器内厚度300～400mm；上下移动加热电极，使其插入渣液中80～120mm，此时导流管的下端面与渣面的距离为50～100mm，送电启动；
步骤5）、经EAF+LF+VD工艺路线炼钢生产的钢液转至炼钢中间包，并控制钢液温度1510～1520℃，然后通过导流管逐渐注入结晶器内；
步骤6）、通过移动承重底座控制设定结晶器内渣面高度，保证加热电极插入渣面下方80mm～120mm；
步骤7）、随着结晶器内金属熔池下层钢液的逐渐凝固，承重底座逐渐下移，从而生产出电渣锭；
步骤8）、生产出来的长电渣锭根据锻造要求切割为数支短电渣锭，除去首尾两端的电渣锭存在一定探伤缺陷外，中间的电渣锭全部作为好料利用。
电渣重熔冶炼阶段承重底座的抽锭速度为13mm/min～7mm/min。
本发明技术方案产生的积极效果如下：
本发明所述的一种液态电渣重熔装置及冶炼工艺，其前期钢液生产的工艺路线可以采取现有的各种冶炼方式，冶炼完成的钢液先经钢包转至炼钢中间包，再经由导流管注入结晶器内。通过上下移动承重底座设定结晶器内渣面高度保证加热电极插入熔渣液面下方。随着结晶器内下部钢液的凝固，承重底座逐渐下移，从而生产出电渣锭。
所述一种液态电渣重熔装置及冶炼工艺，直接采用液态金属注入渣中电渣冶炼，代替传统的采用固态自耗电极重熔的冶炼方式。其免去了固态自耗电极坯的制造、转运、二次熔化等系列工序，生产效率较传统的固态电渣重熔技术提高数倍。
所述一种液态电渣重熔装置及冶炼工艺，由于减少了固态自耗电极坯冷却、退火、转运、清理、焊接等工序，且重熔时为液态金属直接电渣冶炼，热效率及熔化率皆远高于传统电渣技术，能耗、转运、制造等生产成本皆大幅度降低。
金属钢液由钢包直接经中间包、导流管进入结晶器内，避免了传统的固态电渣重熔过程中自耗电极坯表面氧化或者冒口裹渣带入夹杂物的问题，钢锭纯净度得到提升。
导流管采用人工套入加热电极中心孔内，易于更换并保证了加热电极的持续使用。导流管下端面高于渣面50mm～100mm，避免电渣冶炼过程中导流管长时间受高温钢液冲蚀造成耐火材料进入钢液中形成外来夹杂物。
结晶器装配进入工作位后，在水平方向上沿轴心线以N r/min的速度旋转，可以保证结晶器与电渣锭之间不粘连，避免电渣锭向下抽出过程造成粘渣、抽漏等问题产生。
传统的固态电极电渣重熔技术由于受到厂房高度、自耗电极坯长度及天车承重等各种因素的影响，生产大规格电渣锭时交替次数达2～4次，重熔过程交替时冶炼中止给电渣锭表面质量及内部质量控制带来风险，且生产产品的锭型和锭重受限。本发明则不受以上所述各种因素的影响限制，可以生产长2m～15m的电渣锭，其产品质量及材料利用率得到有效保证。
附图说明
图1为本发明的加热电极的主视图。
图2为本发明的加热电极的俯视图。
图3为本发明的加热电极的左视图。
图4为本发明的导流管的主视图。
图5为本发明的导流管的俯视图。
图6为本发明的导流管的左视图。
图7为本发明的整体结构示意图。
图7中标注：1、导流管；2、加热电极；3、渣液；4、金属熔池；5、结晶器；6、电渣锭；7、护锭板；8、承重底座；9、立柱；10、支撑臂；11、丝杠。
具体实施方式
实施例1：钢种：H13；锭重：8.5t；电渣锭直径：Φ800mm。
如图7所示，本发明提供了一种液态电渣重熔装置，包括带有支撑臂10的加热电极2，所述加热电极2为中空柱形件，加热电极2中空的内腔体上部为锥形腔体，下部为圆柱形腔体，在锥形腔体中套入有导流管1，导流管1外形为上部为台阶，台阶的下部为与加热电极2的锥形体相配合的锥体，导流管1的中部为锥形的中空腔体，导流管1镶嵌在加热电极2中心孔中，在导流管1与加热电极2中心孔套装之后，导流管1的下端面高于加热电极2的下端面150mm～200mm；在加热电极2下面设置有结晶器5，结晶器5是上下开口、直径相同的桶形结构；渣液3在结晶器5内的高度为300mm～400mm，工作时加热电极2插入渣液3中的80mm～120mm，导流管1的下端面高于渣面50mm～100mm。
所述结晶器5装配进入工作位后，在垂直方向上不可上下移动，在水平方向上沿轴心线以N r/min的速度旋转，其中N的数值为结晶器直径D（单位mm）的百分之一；承重底座8位于结晶器5的正下方，起支撑电渣锭6的作用，其直径比结晶器5内径小2mm～6mm，承重底座8上下升降进出结晶器5，并且在下降至最底端后可沿水平方向移动；护锭板7直接放置在承重底座8上表面，护锭板材料选用同钢种材料或价格低廉的碳钢，其形状为厚度15mm～40mm的一块圆形钢板，其直径约为结晶器直径60%～90%。
所述加热电极2采用强度、韧性良好、电导率高且熔点≥1800℃的石墨材料制造，导流管1采用耐高温钢液冲刷的高铝质耐火材料制成。
如图1、2、3、7所示，加热电极2带有支撑臂10，加热电极2采用石墨材料制造，所述加热电极2为中空柱形件，加热电极2中空的内腔体上部为锥形腔体，下部为圆柱形腔体，在锥形腔体中套入有导流管（图4~图6）；加热电极2由丝杠11带动随着支撑臂10上下升降和能围绕立柱9的轴心旋转。丝杠11由电机及输出轴带动转动。
如图4、5、6、7所示，导流管1外形为上部为台阶，台阶的下部为与加热电极2的锥形体相配合的锥体，导流管1的中部为锥形的中空腔体，导流管1采用高铝质耐火材料制成。
如图7所示，在加热电极2下面设置有结晶器5，结晶器5的直径为Φ800mm；
承重底座8采用电渣冶金常规设备，其直径为Φ796mm；护锭板7在承重底座8的上表面正中，护锭板7的厚度为18mm，直径为700mm。
电渣生产前：
步骤1）、将导流管1采用人工套入镶嵌在加热电极2的中心孔内，装配好的导流管1的下端面高于加热电极2的下端面150mm。
步骤2）、将结晶器5装配进入工作位后，在垂直方向不动，设定在水平方向上沿轴心线以8r/min速度旋转。
步骤3）、在承重底座8的上表面正中放置护锭板7，然后上升进入结晶器5内中上部某一位置。
电渣生产时：
步骤4）、将预先熔化好的渣液导入结晶器5内，渣液3在结晶器5内厚度350mm。上下移动加热电极2，使其插入渣液3内约100mm，此时导流管1的下端面与渣面的距离约为50mm，送电启动。
步骤5）、经EAF+LF+VD工艺路线炼钢生产的60t H13钢液转至炼钢中间包，钢液温度1510～1520℃，然后通过导流管1逐渐注入结晶器5内。
步骤6）、通过移动承重底座8控制设定结晶器5内的渣液3上表面高度，保证加热电极2插入渣面下方80mm～120mm。
步骤7）、随着结晶器5内金属熔池4下层钢液的逐渐凝固，承重底座8逐渐下移，从而生产出Φ800mm*15000mm规格电渣锭。
电渣结束后：
步骤8）、生产出来的长电渣锭根据锻造要求切割为7支8.5t的电渣锭，除去首尾两端的电渣锭存在一定探伤缺陷外，中间的电渣锭全部作为好料利用。
表1 与固态电极电渣重熔相比
由上表对比可知：采用本发明例中的冶炼装置及工艺电渣生产，工艺流程短、生产效率高、生产成本低，并且产品利用率高。
Claims (3)
1.一种液态电渣重熔冶炼工艺，该工艺是利用一种液态电渣重熔装置来实现的，所述液态电渣重熔装置包括带有支撑臂（10）的加热电极（2），所述加热电极（2）为中空柱形件，加热电极（2）中空的内腔体上部为锥形腔体，下部为圆柱形腔体，在锥形腔体中套入有导流管（1），导流管（1）外形为上部为台阶，台阶的下部为与加热电极的锥形体相配合的锥体，导流管（1）的中部为锥形的中空腔体，导流管（1）镶嵌在加热电极（2）的中心孔中，在导流管（1）与加热电极（2）中心孔套装之后，导流管（1）的下端面高于加热电极（2）的下端面150mm-200mm；在加热电极（2）下面设置有结晶器（5），结晶器（5）是上下开口、直径相同的桶形结构；渣液（3）在结晶器（5）内的高度为300mm-400mm，电渣冶炼时加热电极（2）插入渣液（3）中80mm-120mm，导流管（1）的下端面高于渣面50mm-100mm；加热电极（2）由丝杠（11）带动随着支撑臂（10）上下升降和能围绕立柱（9）的轴心旋转；其特征在于：具体冶炼工艺步骤如下：
步骤1）、将导流管（1）镶嵌在加热电极（2）中间，装配好的导流管（1）的下端面高于加热电极（2）的下端面 150mm-200mm；
步骤2）、将结晶器（5）装配进入工作位后，在垂直方向不动，设定在水平方向上沿轴心线以N r/min的速度旋转，其中N的数值为结晶器直径D（单位mm）的百分之一； 承重底座（8）位于结晶器（5）的正下方，起支撑电渣锭（6）的作用，其直径比结晶器（5）内径小2mm-6mm，承重底座（8）上下升降进出结晶器（5），并且在下降至最底端后可沿水平方向移动；
步骤3）、在承重底座（8）放置一块护锭板（7），然后上升进入结晶器（5）内固定位置；护锭板（7）直接放置在承重底座（8）上面，保护承重底座表面不被高温钢液灼烧，护锭板材料选用同钢种材料或价格低廉的碳钢，其形状为厚度15mm-40mm的一块圆形钢板，其直径为结晶器直径60%-90%；
步骤4）、将预先熔化好的渣液导入结晶器（5）内，渣液（3）在结晶器内厚度300-400mm；上下移动加热电极（2），使其插入渣液（3）中80-120mm，此时导流管（1）的下端面与渣液（3）上表面的距离为50-100mm，送电启动；
步骤5）、经EAF+LF+VD工艺路线炼钢生产的钢液转至炼钢中间包，并控制钢液温度1510～1520℃，然后通过导流管（1）逐渐注入结晶器（5）内；
步骤6）、通过移动承重底座（8）控制设定结晶器（5）内渣面高度，保证加热电极（2）插入渣面下方80mm-120mm；
步骤7）、随着结晶器（5）内金属熔池（4）下层钢液的逐渐凝固，承重底座（8）逐渐下移，从而生产出电渣锭（6）；
步骤8）、生产出来的长电渣锭根据锻造要求切割为数支短电渣锭，除去首尾两端的电渣锭存在一定探伤缺陷外，中间的电渣锭全部作为好料利用。
2.根据权利要求1所述的一种液态电渣重熔冶炼工艺，其特征在于：电渣重熔冶炼阶段承重底座（8）的抽锭速度为13mm/min-7mm/min。
3.根据权利要求1所述的一种液态电渣重熔冶炼工艺，其特征在于：所述加热电极（2）采用强度、韧性良好、电导率高且熔点≥1800℃的石墨材料制造，导流管（1）采用耐高温钢液冲刷的高铝质耐火材料制成。
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