CN204417564U

CN204417564U - 一种电渣重熔用的旋转结晶器

Info

Publication number: CN204417564U
Application number: CN201520057353.5U
Authority: CN
Inventors: 彭承松; 常立忠; 王建军
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2025-01-27

Abstract

本实用新型公布了一种电渣重熔用的旋转结晶器，属于电渣重熔冶金技术领域。本实用新型中结晶器本体通过螺栓连接固定于底水箱的上方，结晶器本体的器壁包括内、外两层，该结晶器本体内、外两层器壁之间形成一冷却空腔；结晶器本体上方的电极夹持器上夹持有两个自耗电极；该自耗电极通过电缆与变压器相连，且自耗电极的底部伸入到结晶器本体内部的精炼渣中；旋转机构位于底水箱的下方，且旋转机构的从动轮与底水箱的下方固定连接，该旋转机构用于带动底水箱和结晶器本体进行匀速旋转。本实用新型与现有技术相比，结构简单，方便调节，能够显著降低Al₂O₃夹杂物尺寸和元素偏析度，提高钢锭致密度和表面质量，还能降低能耗，提高重熔效率。

Description

一种电渣重熔用的旋转结晶器

技术领域

本实用新型涉及电渣重熔冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种电渣重熔用的旋转结晶器。

背景技术

电渣重熔工艺是在大气环境下将电流通入自耗电极中，依靠渣池产生的焦耳热将自耗电极熔化，形成的熔融金属液以滴落状穿过熔渣，与熔渣充分接触，通过水冷结晶器的强制冷却即凝固形成钢锭。电渣重熔工艺独具提高金属洁净度，控制凝固组织及最终成型达到毛坯精化三重功能。采用该方法生产的钢锭组织致密、成分均匀、表面光洁，且通过电渣重熔工艺能够显著去除钢中非金属夹杂物含量，降低钢中全氧含量，显著改善钢锭的凝固组织和力学性能。目前，世界各国都在致力于发展该技术，而且发展十分迅速。

电渣重熔工艺是在电渣重熔炉中进行的，电渣重熔炉的结构主要包括炉体和同轴心设置于炉体内并用于形成炉体内腔的结晶器，炉体位于一具有水平底面的安装槽内且安装槽一侧设置有支柱，支柱上方设置有横臂，横臂上正对炉体上端口安装有向下延伸进入结晶器的电极；还包括有和电极相连并用于电气控制的数据控制处理系统。其中，结晶器是电渣重熔炉最重要的部件，电极熔化、熔融金属熔炼和结晶以及铸锭成型都是在结晶器中完成，同时结晶器还起着熔炼室的作用。现有结晶器通常采用紫铜与低碳钢制造，其内层采用紫铜而外层采用低碳钢，二者对焊以后形成冷却水夹层。在电渣重熔过程中，冷却水由结晶器下部进水管流入，经结晶器紫铜内胆与钢板外壳之间的冷却层，冷却结晶器内的钢液，控制钢液的结晶速度并形成电渣钢锭，冷却水从结晶器上部的出水管流出。

但当重熔速度较快、熔池深度较深的情况下，有可能将大颗粒夹杂物带入电渣锭中，还会产生疏松、甚至缩孔等凝固缺陷，降低合金元素在钢中分布的均匀性。

通过专利检索，关于减少电渣重熔过程中的疏松、缩孔等凝固缺陷以及防止成分偏析的技术方案已有公开，如：中国专利申请号：CN89100371.1，发明创造名称：一种低能耗电渣重熔制取细晶锭的方法，该专利申请案中公开了一种低能耗电渣重熔制取细晶锭的方法，采用交流电源变压器单相串联双自耗电极或交流三相联接三根自耗电极插入低熔点熔渣中，该熔渣处于变速旋转的水冷结晶器内，通过强化金属熔体和熔渣之间的动量与热能交换以及金属熔体与已凝固枝晶组织的动量交换，使糊状熔体中晶粒增殖和快速凝固，从而获得细小等轴晶的致密组织。该申请案在一定程度上细化了组织，降低了合金的枝晶偏析程度，缩短了合金锭扩散均匀化所需的时间，但该申请案中的设备结构复杂，电渣锭取出较为麻烦；电极固定安装，不能解决重熔过程中电极偏离的问题；冷却水的结构设置不合理，降低了其冷却速率。

又如，中国专利申请号：201310614338.1，申请日：2013年11月26日，发明专利名称：一种基于真空环境下旋转自耗电极的电渣重熔装置及方法，本发明提供一种基于真空环境下旋转自耗电极的电渣重熔装置及方法，该装置包括结晶器、自耗电极、导电杆、立柱、底水箱、控制电机、电机支座、减速器、皮带传动装置、旋转轴、导电横臂、真空罩和真空泵。真空泵通过管道连接至真空罩；控制电机和减速器固定连接在电机支座上；减速器通过皮带传动装置连接旋转轴；旋转轴通过法兰盘与导电杆连接；导电杆与自耗电极焊接在一起；自耗电极插入结晶器中形成整个重熔装置。该申请案在一定程度上降低了钢锭中氧含量和氢含量，细化了钢锭结晶组织，减少了元素偏析和内部疏松缺陷，但该申请案中只有凝固钢锭的高度达到一定程度时自耗电极才开始旋转，钢锭的冷却速率受到一定限制，不利于组织的细化，且自耗电极不能进行上下和左右调节，能耗较多且易出现电极偏离的问题，操作复杂。

实用新型内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的就是解决现有技术中，传统电渣重熔过程中在重熔速度较快、熔池深度较深的情况下，有可能将大颗粒夹杂物带入电渣锭中，还会产生疏松、甚至缩孔等凝固缺陷，降低合金元素在钢中分布的均匀性等问题，提供了一种电渣重熔用的旋转结晶器，促使电渣重熔过程中形成浅平熔池，以解决以上不足，同时通过对水冷机构的改进，进一步提高了钢锭的冷却速率，从而使所得钢锭的组织和性能得到进一步改善。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种电渣重熔用的旋转结晶器，包括结晶器本体、自耗电极、电极夹持器、水冷机构和旋转机构，该水冷机构包括底水箱，其中：所述的结晶器本体通过螺栓连接固定于所述的底水箱的上方，所述的结晶器本体的器壁包括内、外两层，该结晶器本体内、外两层器壁之间形成一冷却空腔；所述的结晶器本体的上方设有电极夹持器，所述的电极夹持器上夹持有两个自耗电极；所述的自耗电极通过电缆与变压器相连，且该自耗电极的底部伸入到结晶器本体内部的精炼渣中；所述的旋转机构位于所述的底水箱的下方，该旋转机构包括调速电机和皮带传动装置，所述的调速电机的输出端与所述的皮带传动装置的主动轮相连，所述的皮带传动装置的从动轮位于所述的底水箱的下方，且从动轮与底水箱的下方固定连接；所述的调速电机驱动皮带传动装置进行转动，从而带动底水箱和结晶器本体的旋转。

作为本实用新型的更进一步的改进，所述的水冷机构还包括进水管和出水管，所述的底水箱包括中心套管和外层套管，其中：所述的中心套管位于所述的底水箱的内部，所述的外层套管位于所述的底水箱的内、外器壁所形成的空腔内；所述的进水管的一端与所述的中心套管相连，所述的进水管的另一端与所述的结晶器本体的冷却空腔的底端相连；所述的结晶器本体的冷却空腔的顶端还设有出水口，所述的出水管的一端与上述的出水口相连，所述的出水管的另一端与所述的外层套管相连。

作为本实用新型的更进一步的改进，所述的电极夹持器分别与两个单相交流电机相连，所述的两个单相交流电机分别为垂直移动控制电机和水平移动控制电机。

作为本实用新型的更进一步的改进，所述的出水管有两个，且对称设置在所述的结晶器本体的器壁外侧。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种电渣重熔用的旋转结晶器，其结晶器本体通过螺栓连接固定于底水箱的上方，当电渣重熔过程结束后，容易使结晶器本体与底水箱拆卸分离，从而便于电渣重熔后钢锭的取出；同时，在底水箱的下方还设有旋转机构，且该旋转机构的从动轮与底水箱的下方固定连接，该旋转机构能够带动底水箱和结晶器本体进行匀速旋转，从而带动渣池运动，使渣池温度趋于均匀化，同时渣池运动也带动金属液滴在渣池中运动，使小液滴随机滴落于金属熔池中，而不是集中于金属熔池中心部位，因而促进金属熔池温度均匀分布，有利于形成浅平状熔池，防止产生大颗粒夹杂。

(2)本实用新型的一种电渣重熔用的旋转结晶器，其冷却水经进水管流入结晶器本体的冷却空腔内，再由冷却空腔顶端的出水口流向出水管，可以有效地提高钢锭的冷却速率；同时，其出水管有两个且对称设置在结晶器本体的器壁外侧，有利于提高经过冷却空腔的冷却水的排出速率，从而进一步增强水冷机构的冷却效果，使电渣重熔后钢锭的组织和性能得到进一步改善。

(3)本实用新型的一种电渣重熔用的旋转结晶器，其电极夹持器分别与两个单相交流电机相连，此两个单相交流电机除了控制电极夹持器的上下运动外，还可以对电极夹持器进行左右速调与微调，从而可以及时使电极对正，防止电极偏移现象的发生。

(4)本实用新型的一种电渣重熔用的旋转结晶器，结构设计合理，原理简单，便于推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的一种电渣重熔用的旋转结晶器的沿结晶器壁上端出水口中心线剖面示意图。

图2为本实用新型的一种电渣重熔用的旋转结晶器沿结晶器壁下端进水口中心线剖面示意图。

示意图中的标号说明：

1、结晶器本体；2、自耗电极；3、电极夹持器；4、变压器；5、调速电机；601、中心套管；602、外层套管；701、进水管；702、出水管。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图对本实用新型作详细描述。

实施例1

结合图1和图2所示，本实施例的一种电渣重熔用的旋转结晶器，包括结晶器本体1、自耗电极2、电极夹持器3、水冷机构和旋转机构，本实施例中结晶器本体1的器壁包括内、外两层，在该内、外两层器壁之间形成一冷却空腔；其水冷机构包括底水箱、进水管701和出水管702，而底水箱又包括中心套管601和外层套管602，其中：中心套管601位于底水箱的内部，外层套管602位于底水箱的内、外器壁所形成的空腔内；进水管701的一端与中心套管601相连，进水管701的另一端与结晶器本体1的冷却空腔的底端相连；结晶器本体1的冷却空腔的顶端还设有出水口，出水管702的一端与上述出水口相连，出水管702的另一端与外层套管602相连，本实施例中的冷却水由中心套管601经进水管701流入结晶器本体1的冷却空腔，对结晶器内的钢锭进行冷却后再经出水管702后由外层套管602流出，其中，出水管702有两个且对称设置在结晶器本体1的器壁外侧，从而使经过冷却空腔后的冷却水的排出速率增大，增强了水冷机构的冷却效果；同时，如图1、图2所示，本实施例中的中心套管601为T字型，该T字型中心套管601的顶端与结晶器本体1的底部直接接触，可以对结晶器本体1的底部进行冷却，从而进一步提高了钢锭的冷却速率，使电渣重熔后钢锭的组织和性能得到进一步改善。

本实施例中结晶器本体1通过螺栓连接或其他可拆卸连接固定于底水箱的上方，当电渣重熔过程结束后，容易使结晶器本体1与底水箱拆卸分离，从而便于电渣重熔后钢锭的取出。在结晶器本体1的上方设有电极夹持器3，该电极夹持器3上夹持有两个自耗电极2，上述自耗电极2通过电缆与变压器4相连，该自耗电极2的底部伸入到结晶器本体1内部的精炼渣中，且电极夹持器3分别与两个单相交流电机相连，这两个单相交流电机分别为垂直移动控制电机和水平移动控制电机，可以控制电极夹持器3的上下运动，同时还可以对电极夹持器3进行左右速调与微调，从而可以及时使电极对正，防止电极偏移现象的发生。

本实施例中的旋转机构位于底水箱的下方，该旋转机构包括调速电机5和皮带传动装置，调速电机5的输出端与皮带传动装置的主动轮相连，皮带传动装置的从动轮位于底水箱的下方，且从动轮与底水箱的下方固定连接，通过上述的调速电机5驱动皮带传动装置进行转动，从而带动底水箱和结晶器本体1进行匀速旋转，从而带动渣池运动，使渣池温度趋于均匀化，同时渣池运动也带动金属液滴在渣池中运动，使小液滴随机滴落于金属熔池中，而不是集中于金属熔池中心部位，因而促进金属熔池温度均匀分布，有利于形成浅平状熔池，防止产生大颗粒夹杂。

本实施例中电渣重熔的钢种选用GCr15轴承钢，其组成为(％,ω):C 0.96～1.0、Mn0.35～0.4、Si 0.2～0.3、Cr 1.4～5。重熔渣系为70％CaF₂+30％Al₂O₃，起弧渣为50％CaF₂+50％TiO₂。CaF₂、TiO₂、Al₂O₃均为化学试剂。电渣炉为单立柱单相双极串联电渣炉，其基本参数如下：可熔炼钢锭重量10-20kg，变压器容量为100KVA，高压端380V，低压端电压范围为28-40V，最大电流2500A，根据所定电流以手动方式升降电极；结晶器直径100mm，高度350mm。如图1和图2所示，结晶器本体1与底水箱通过螺栓固定在一起，结晶器本体1由旋转机构带动做匀速旋转运动，转速为19r/min。

对比例1

本对比例是作为基准试验，本对比例中的其他参数如实施例1相同，其不同之处在于：结晶器本体不旋转。

通过对实施例1与对比例1的结果对比表明，相对于结晶器固定不动时，当结晶器匀速旋转时，所得电渣重熔后钢锭中的元素分布更加均匀，疏松、缩孔等缺陷明显得到改善，Al₂O₃夹杂物的尺寸得到明显降低，钢锭的致密度大大增加；同时，重熔效率增加、电耗降低；且通过调节电极的上下和左右移动可以防止电极偏移现象的发生，并使经电渣重熔后钢锭的表面质量得到进一步改善。

以上示意性的对本实用新型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实用新型的实施方式之一，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，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，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，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种电渣重熔用的旋转结晶器，包括结晶器本体(1)、自耗电极(2)和电极夹持器(3)，其特征在于还包括水冷机构和旋转机构，该水冷机构包括底水箱，其中：

所述的结晶器本体(1)通过螺栓连接固定于所述的底水箱的上方，所述的结晶器本体(1)的器壁包括内、外两层，该结晶器本体(1)内、外两层器壁之间形成一冷却空腔；所述的结晶器本体(1)的上方设有电极夹持器(3)，所述的电极夹持器(3)上夹持有两个自耗电极(2)；所述的自耗电极(2)通过电缆与变压器(4)相连，且该自耗电极(2)的底部伸入到结晶器本体(1)内部的精炼渣中；

所述的旋转机构位于所述的底水箱的下方，该旋转机构包括调速电机(5)和皮带传动装置，所述的调速电机(5)的输出端与所述的皮带传动装置的主动轮相连，所述的皮带传动装置的从动轮位于所述的底水箱的下方，且从动轮与底水箱的下方固定连接；所述的调速电机(5)驱动皮带传动装置进行转动，从而带动底水箱和结晶器本体(1)的旋转。

2.根据权利要求1所述的一种电渣重熔用的旋转结晶器，其特征在于：所述的水冷机构还包括进水管(701)和出水管(702)，所述的底水箱包括中心套管(601)和外层套管(602)，其中：所述的中心套管(601)位于所述的底水箱的内部，所述的外层套管(602)位于所述的底水箱的内、外器壁所形成的空腔内；所述的进水管(701)的一端与所述的中心套管(601)相连，所述的进水管(701)的另一端与所述的结晶器本体(1)的冷却空腔的底端相连；所述的结晶器本体(1)的冷却空腔的顶端还设有出水口，所述的出水管(702)的一端与上述的出水口相连，所述的出水管(702)的另一端与所述的外层套管(602)相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种电渣重熔用的旋转结晶器，其特征在于：所述的电极夹持器(3)分别与两个单相交流电机相连，所述的两个单相交流电机分别为垂直移动控制电机和水平移动控制电机。

4.根据权利要求2所述的一种电渣重熔用的旋转结晶器，其特征在于：所述的出水管(702)有两个，且对称设置在所述的结晶器本体(1)的器壁外侧。