專利名稱：一種保護氣氛電渣連鑄爐的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬電渣重熔設備，
煉過程中。
特別涉及一種電渣連鑄爐，應用在金屬重熔冶
背景技術：
電渣爐是利用電流通過熔渣時產生的電阻熱源進行熔煉的一種冶金設備。經電 渣爐冶煉的鋼，具有純度高、硫含量低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、結晶均勻致 密、金相組織和化學成分均勻的優點。因此，電渣爐設備在國內外鋼鐵、機械等行業得 到了廣泛的應用。隨著電渣設備的發展，在熔煉小直徑鋼錠時存在如下主要缺陷
1、傳統電渣爐冶煉過程中，鋼錠重熔速度是依據熔化速度與重熔錠直徑之比值 在1以下或略大于1的原則來控制的。對于一些易偏析合金(如工具鋼、高溫合金等)， 這一比值低至0.65 0.75，這樣，重熔小直徑鋼錠時熔煉速度就很慢，生產效率很低， 造成冶煉費用相當高。不僅如此，當需要重熔的鋼錠尺寸小于100mm時，由于要保證操 作時的安全間隙，即使自耗電極直徑非常小，實際上也無法正常生產。因此，盡管小直 徑重熔錠具有細小的枝晶結構并且可以直接軋制，但是目前應用推廣直徑小于300mm的 重熔錠仍然很難。 2、電渣重熔鋼錠的枝晶組織與鋼錠直徑有直接關系。一般來說，鋼錠直徑越
大，局部凝固時間越長，枝晶間距越大。當鋼錠尺寸大到一定值時，鋼錠中心會產生偏
折，甚至疏松和縮孔。例如，高速工具鋼，當鋼錠尺寸較大時，即使熔化速度很低，也
會出現碳化物尺寸偏大，偏析超標的問題，因此嚴重影響了鋼材質量。 3、傳統電渣重熔采用一次重熔一個鋼錠的間歇式生產方式，這樣不僅生產效率
低，而且鋼錠在后步鍛造或初軋開坯過程中鋼錠頭尾去除量較大，鋼的成材率很低，因
而生產成本也較高。 為了解決上述存在的問題，國內公開了一種連鑄式電渣爐(專利號為 ZL200620089551.0)該實用新型由交流供電電源、電極升降機構、電極、結晶器及其支撐 機構、鋼水液面檢測裝置、拉坯機構、切割裝置及控制系統構成、電極為雙極串聯、鋼 水液面檢測裝置的放射源為同位素Cs137、結晶器為T形水冷結晶器，上部截面面積大于 下部截面面積，由交流供電電源、電極與爐渣形成供電回路，整個熔煉過程是在開放條 件下進行的。但是，實踐證明上述專利即公開的連鑄電渣爐仍然存在如下不足
1、開放式的電渣連鑄過程會使空氣中的氫、氧、氮等元素混入金屬熔池中造成 鋼水的污染和合金元素的燒損。 2、如果采用液態啟動方式，就需要配備化渣爐和液態熔渣轉移到結晶爐的設 備，加大了設備投入費用。 3、由于采用雙極串聯的熔煉技術，為了熔鑄出小斷面的鋼坯，則結晶器必須限 定為T型結晶器，且鋼坯中有大電流通過，其熱效應使鋼坯的冷卻凝固速度很慢，進而 影響了整體熔煉速度，生產效率較低、熔煉成本較大。
3
4、結晶器的出坯口與鋼坯間常有雜質粘連造成出坯不暢。
發明內容
本發明的目的是提供一種保護氣氛電渣連鑄爐。它不僅綜合采納了電渣重熔和
連續鑄鋼技術的優點，而且具有保護合金鋼中的合金元素免受燒損，鋼的潔凈度高、提 高重熔連鑄速度和生產效率、降低能耗、節約附屬設備的優點。
本發明技術方案是提供一種保護氣氛電渣連鑄爐。它包括交流電源、電極升 降機構、自耗電極、結晶器、氬氣保護罩、支撐機構、振動機構、鋼水液面檢測裝置、 拉坯機構、切割裝置及控制系統。在結晶器的兩側分別固定有電極升降機構，自耗電極 的一端固定在電極升降機構的橫臂上，并通過電纜與交流電源連接，另一端穿過氬氣保 護罩置入結晶器的內部；結晶器為導電水冷結晶器；氬氣保護罩扣置在結晶器的上方， 其下緣口與結晶器的上緣口吻合并密封，頂部設有自耗電極插入孔和渣料補充孔；鋼水 液面檢測裝置設在結晶器的熔煉出坯腔的外部；拉坯機構和切割裝置依次固定在結晶器 出坯口的下方；振動機構固定在支撐機構上，其凸輪與結晶器的外殼緊密接觸；控制系 統分別與電極升降機構的橫臂、鋼水液面檢測裝置、拉坯機構、切割裝置電連接。導 電水冷結晶器的上部渣料腔和下部熔煉出坯腔為夾套式圓筒或方筒，上部渣料腔壁嵌有 一個導電環并通過電纜與交流電源連接，使交流電源-自耗電極-爐渣-導電環-交流電 源形成回路，夾套內輸入冷卻水，冷卻水由純凈水源提供，夾套內水溫保持在25-45t: 間。鋼水液面檢測裝置的設置位置距上部渣料腔與下部熔煉出坯腔交接處的距離h范圍 為0-200mm內，檢測用放射源根據出坯直徑而定，若不小于600mm應選用同位素Co60， 若小于600mm應選用Cs137。為了實現保護氣氛下電渣連鑄，本發明又增設了氬氣保護 罩，并將其設計為夾套水冷式耐腐蝕金屬罩，其下緣與結晶器上緣用砝蘭式緊固密封。 為了出坯順暢本發明增設了振動機構，是由電機帶動一凸輪高速旋轉而使結晶器產生高 頻、小幅、水平方向的振動。拉坯機構包括夾持輥和電機，夾持輥與電機聯動，通過電 纜與交流電源連接，并受控于控制系統，夾持輥的間距由用戶調節。切割裝置為火焰切 割，切割位置由用戶需要設定，并受控于控制系統。本發明的啟動方式為固態啟動。
本發明的控制系統的控制過程，包括以下步驟(1)開始;(2)控制系統通電； (3)輸入工藝參數；包括設定電流下限I"設定電流上限12，橫臂的設定行程L， 允許液面波動的范圍H。，設定的拉出鋼坯長度M; (4)交流供電電源通電；
(5)熔煉開始； (6)選擇熔煉橫臂，檢測過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量， 檢測鋼水液面； (7)判斷實際液面高度與設定液面高度差值的絕對值是否大于等于允許液面被動 的范圍，即lAH一H。，當IAH一H。不成立時，系統返回到第6步的鋼水液面檢測步驟； 其中AH為設定液面高度與實際液面高度的差值；
(8)當IAH一H。，系統進行拉坯速度PID調節；
(9)系統檢測實際鋼坯長度L3 ; (10)判斷L^M是否成立，當L^M時，系統返回到第6步的鋼水液面檢測步 驟； (11)當L3《M不成立時，系統進行切割操作；
(12)切割操作結束后，系統詢問是否繼續工作；
(13)如果是繼續工作，則返回第5步的冶煉開始步驟；
(14)如果不需繼續工作，則系統結束工作。 所述第6步中熔煉橫臂選擇過程為系統進行橫臂電極升降PID調節；檢測橫 臂上電極的實際電流I與設定電流上限L、下限12的關系，即判斷1^1《2是否成立，當 1^1《2不成立時，系統返回到橫臂上的電極升降PID調節步驟；當I^I^成立時，系統 判斷橫臂的實際行程或L2與橫臂的設定行程L的關系，即判斷L^L或L^L是否成 立，當L^L不成立時，系統返回到橫臂I上的電極升降PID調節步驟，當L^L成立時， 系統返回到熔煉橫臂選擇的步驟；或者當L^L不成立時，系統返回到橫臂II上的電極升 降PID調節步驟，當L^L成立時，系統返回到熔煉橫臂選擇的步驟；其中！^為橫臂I 的實際行程，！^為橫臂II的實際行程。 所述第6步中檢測過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量的過程 為首先系統對過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量進行檢測；系統提 示是否報警，如果系統出現故障，則系統通過聲光報警；如果系統不報警，則系統提示 是否停止冶煉；如果不停止冶煉。則返回到過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓 力和流量監測步驟；如果停止冶煉，則切斷交流供電電源，系統工作結束。
本發明的工作過程開始，控制系統通電，輸入工藝參數設定電流下限Ip 設定電流上限12，支臂的設定行程L，允許液面波動的范圍H。，設定的拉出鋼坯長度M; 交流供電電源通電，開啟振動裝置和氬氣氣源，使保護罩內保持微正壓和結晶器保持高 頻、小幅、水平方向的振動。電渣爐熔煉開始在結晶器中加入固態爐渣，系統先選擇 其中一個橫臂上的一個自耗電極進行工作，另一個橫臂上的自耗電極處于準備狀態，即
旋轉一個電極升降機構的橫臂至結晶器上方，將電極穿過氬氣保護罩上部電極插入孔插 入其中，當電極與爐渣結晶器導電環和供電電源形成供電回路時將有電流從供電電源輸 出并通過熔渣。由于熔渣具有一定的電阻，占據了大部分壓降，從而在渣池中形成大量 的熱量，將插入其中的金屬自耗電極熔化。熔化的金屬液滴從電極端部滴落，穿過爐渣 匯聚于金屬熔池內，在結晶器的強制冷卻下逐漸凝固形成鋼坯，同時鋼坯被拉坯機構連 續地拉出結晶器，鋼坯拉到固定長度進行切割。在整個過程中，鋼水液面檢測裝置將鋼 水液面高度的檢測信號傳入控制系統，控制系統通過控制熔速、拉速將金屬熔池的液面 高度始終控制在結晶器上、下腔交接處的下方。待一個橫臂上的電極熔盡后，更換另一 個橫臂上的電極，以保證鋼坯連續不斷地拉出，生產過程中根據需要補充渣料，以實現 連續生產。在生產過程中，控制系統對整個的生產過程進行控制，在工作過程的同時， 對電極升降機構的橫臂進行選擇，以保證爐內的電極熔盡后，及時進行更換；對過程參 數檢測、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量同時進行檢測，當出現故障時，系統 自動報警。
(l)使用本發明與已知生產技術相比，主要具有如下優點省去了開坯、初軋等
5生產工序，縮短了生產周期，提高了生產效率、金屬收得率，節約能耗，減少成本。
(2)采用了導電結晶器避免了大電流通過鋼坯，加快了鋼坯的冷卻速度和出坯速度，大幅提高生產效率，節約了電能。 (3)采用了氬氣保護氣氛熔煉，杜絕了空氣中氫、氧、氮等元素對鋼水的污染和
合金元素氧化，保證了重熔連鑄坯的質量。 (4)采用振動機構，防止出坯口處粘連，有利于抽坯。 (5)實現了交換電極、連續拉坯、在線切割、自動控制等技術保證了穩定連續作業。
圖1是本發明的結構示意圖； 圖2是本發明的控制系統程序控制流程圖； 圖中，l交流電源2橫臂3升降機構4自耗電極5氬氣保護罩6渣料入口 7振動機構8導電環9鋼水液面檢測裝置IO金屬熔池ll拉坯機構12切割裝置13鋼坯14控制系統15導電結晶器16支撐機構，I為實際電流，^為設定電流下限，12為設定電流上限，L為橫臂的設定行程，！^為橫臂I的實際行程，L2為橫臂II的實際行程，H。為允許液面波動的范圍，AH為設定液面高度與實際液面高度差值，M為設定的鋼坯長度，!^為實際鋼坯長度。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步描述 實施例l:如圖1所示，本發明包括交流電源l、橫臂2、升降機構3、自耗電極4、氬氣保護罩5、導電結晶器15、支撐機構16、振動機構7、鋼水液面檢測裝置9、拉坯機構ll、切割裝置12、控制系統14，兩電極一端分別固定在電極升降機構3的橫臂2上，工作時通過電纜與供電電源l連接，另一端置于導電結晶器15的內部，自耗電極4在導電結晶器15上部熔化的同時又在其下部凝固導電結晶器15為導電水冷結晶器，其上部為圓筒形，下部為方筒形，在導電結晶器15的周圍固定有支撐機構16，在導電結晶器15上、下腔截面交接處外置有鋼水液面檢測裝置9，鋼水液面檢測裝置9的放射源為同位素Csl37，采用射線法對鋼水液面進行檢測；拉坯機構11和切割裝置12依次固定在導電結晶器15出坯口下方的支撐機構16上，拉坯機構ll包括夾持輥和電機，夾持輥和電機聯動，由電機來驅動夾持輥運轉，切割裝置12采用火焰切割；控制系統14分別與電極升降機構3、鋼水液面檢測裝置9、拉坯機構11和切割裝置12電連接，控制系統14通過鋼水液面檢測裝置9檢測的信號，對電渣爐連鑄爐的運行進行控制。
其操作過程，按以下步驟
(1)開始；
C2)控制系統通電 (3)輸入工藝參數；包括設定電流下限L為4000A，設定電流上限12為4200A，支臂的設定行程L為3m，允許液面波動的范圍H。為5mm，設定的鋼坯長度M為4m ;
(4)交流供電電源通電，開啟氬氣氣源和振動機構使氬氣保護罩內保持微正壓和
6；
(5)熔煉開始； (6)選擇熔煉橫臂，檢測過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量，檢測鋼水液面； (7)判斷實際液面高度與設定液面高度差值的絕對值是否大于等于允許液面波動的范圍，即lAH一H。是否成立，當IAH一H。不成立時，系統返回到第6步的鋼水液面檢測步驟；其中AH為設定液面高度與實際液面高度的差值；
(8)當I A H一H。時，系統進行拉坯速度PID調節；
(9)系統檢測實際鋼坯長度L3 ; (10)判斷L^M是否成立，當L^M時，系統返回到第6步的鋼水液面檢測步驟； (11)當L^M不成立時，系統進行切割操作；
(12)切割操作結束后，系統詢問是否繼續工作；
(13)如果是繼續工作，則返回第5步的冶煉開始步驟；
(14)如果不需要繼續工作，則系統結束工作。 所述第6步中熔煉橫臂選擇過程為系統進行橫臂電極升降PID調節；檢測橫臂上電極的實際電流I與設定電流上限L、下限12的關系，即判斷1^1《2是否成立，當1^1《2不成立時，系統返回到橫臂上的電極升降PID調節步驟；當I^I^成立時，系統判斷橫臂的實際行程或L2與橫臂的設定行程L的關系，即判斷L^L或L^L是否成立，當L^L不成立時，系統返回到橫臂I上的電極升降PID調節步驟，當L^L成立時，系統返回到熔煉橫臂選擇的步驟；或者當L^L不成立時，系統返回到橫臂II上的電極升降PID調節步驟，當L^L成立時，系統返回到熔煉橫臂選擇的步驟；其中！^為橫臂I的實際行程，！^為橫臂II的實際行程。 所述第6步中檢測過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量的過程為首先系統對過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量進行檢測；系統提示是否報警，如果系統出現故障，則系統通過聲光報警；如果系統不報警，則系統提示是否停止冶煉；如果不停止冶煉，則返回到過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量監測步驟；如果停止冶煉，則切斷交流供電電源，系統工作結束。
實施例2:如圖1所示，本發明包括交流電源l、橫臂2、升降機構3、自耗電極4、氬氣保護罩5、導電結晶器15、支撐機構16、振動機構7、鋼水液面檢測裝置9、拉坯機構ll、切割裝置12、控制系統14，自耗電極4一端固定在電極升降機構3的橫臂2上，并在工作時通過電纜與交流電源l連接，另一端置于導電結晶器15的內部，自耗電極4在導電結晶器15上部熔化的同時又在其下部凝固；導電結晶器15為導電水冷銅制結晶器，其上部和下部均為方筒形，在導電結晶器15的周圍固定有支撐機構16，在導電結晶器15的小截面處置有鋼水液面檢測裝置9，在其位置上、下截面交接處的距離h為200mm，鋼水液面監測裝置9的放射源為同位素Csl37，采用射線法對鋼水液面進行檢測；拉坯機構11和切割裝置12依次固定在導電結晶器15出坯口下方的支撐機構16上，拉坯機構ll包括夾持輥和電機，夾持輥和電機聯動，由電機來驅動夾持輥運轉，切割裝置12采用火焰切割；控制系統14分別與電極升降機構3的橫臂2、鋼水液面檢測裝置9、
7拉坯機構11和切割裝置12電連接，控制系統14通過鋼水液面檢測裝置9檢測的信號，對電渣連鑄爐的運行進行控制。其操作過程同實施例l，輸入工藝參數包括設定電流下限為3800A，設定電流上限12為4000A,支臂的設定行程L為3m，允許液面波動范圍HO為5mm，設定的鋼坯長度為6m。
權利要求
一種保護氣氛電渣連鑄爐，包括交流電源、電極升降機構、自耗電極、結晶器、氬氣保護罩、支撐機構、振動機構、鋼水液面檢測裝置、拉坯機構、切割裝置及控制系統，其特征是在結晶器的兩側分別固定有電極升降機構；自耗電極的一端固定在電極升降機構的橫臂上并通過電纜與交流電源連接，另一端穿過氬氣保護罩置入結晶器的內部；結晶器為上下兩部分組合導電水冷結晶器；氬氣保護罩扣置在結晶器的上方，其下緣口與結晶器的上緣口吻合并密封，頂部設有自耗電極插入孔和渣料補充孔；鋼水液面檢測裝置設在結晶器的熔煉出坯腔的外部；拉坯機構和切割裝置依次固定在結晶器出坯口的下方；振動機構固定在支撐機構上，其凸輪與結晶器的外殼緊密接觸；控制系統與電極升降機構的橫臂、鋼水液面檢測裝置、拉坯機構、切割裝置連接。
2. 根據權利要求1所述一種保護氣氛電渣連鑄爐，其特征是所述的導電水冷結晶器的 上部渣料腔和下部熔煉出坯腔為夾套式圓筒或夾套式方筒；其上部渣料腔壁嵌有導電環 并通過電纜與交流電源連接，使交流電源、自耗電極、爐渣、導電環、交流電源形成回 路；夾套內輸入冷卻水，冷卻水由純凈水源提供，夾套內水溫保持在25t:到45t:之間。
3. 根據權利要求1所述一種保護氣氛電渣連鑄爐，其特征是所述鋼水液面檢測裝置的 設置位置距上部渣料腔與下部熔煉出坯腔交接處的距離h范圍為0 200mm ;檢測用放 射源根據出坯直徑而定，若不小于600mm應選用同位素Co60，若小于600mm應選用同 位素Csl37。
4. 根據權利要求1所述一種保護氣氛電渣連鑄爐，其特征是所述氬氣保護罩為夾套水 冷式耐腐蝕金屬罩，冷水由純凈水源提供；其下緣與結晶器的上緣緊固密封。
5. 根據權利要求1所述一種保護氣氛電渣連鑄爐，其特征是所述振動機構是電機帶動 一凸輪高速旋轉，電機通過電纜與交流電源連接，隨電機旋轉而使結晶器產生高頻、小 幅、水平方向振動。
6. 根據權利要求1所述一種保護氣氛電渣連鑄爐，其特征是所述拉坯機構包括夾持輥 和電機，夾持輥與電機聯動，通過電纜與交流電源連接并受控于控制系統，夾持輥的間 距由用戶調節。
7. 根據權利要求1所述一種保護氣氛電渣連鑄爐，其特征是所述切割裝置為火焰切 割，切割位置由用戶需要設定并受控于控制系統。
8. 根據權利要求1所述一種保護氣氛電渣連鑄爐，其特征是其啟動方式為固態啟動。
全文摘要
一種保護氣氛電渣連鑄爐，屬于金屬電渣重熔設備。包括交流電源、電極升降機構、自耗電極、導電結晶器及支撐機構、鋼水液面檢測裝置、氬氣保護罩、振動機構、拉坯機構、切割裝置和控制系統。在導電結晶器的兩側固定有電極升降機構；自耗電極的一端固定在電極升降機構的橫臂上，并與交流電源連接，另一端穿過氬氣保護罩置入導電結晶器的內部；導電結晶器為上下兩部分組合夾套式水冷結晶器，在上部器壁上嵌有導電環，通過電纜與交流電源連接，使交流電源-自耗電極-爐渣-導電環-交流電源形成回路；振動機構固定在支撐機構上，其凸輪與導電結晶器外殼緊密接觸；在導電結晶器的上、下腔交接處設有鋼水液面檢測裝置；拉坯機構和切割裝置依次固定在導電結晶器出坯口下方；控制系統分別與電極升降機構的橫臂、鋼水液面檢測裝置、拉坯機構和切割裝置電連接。本發明可實現保護氣氛下的電渣連鑄和自動控制。
文檔編號B22D11/14GK101691634SQ20091018728
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月8日 優先權日2009年9月8日
發明者余強, 姜周華, 張天彪, 臧喜民 申請人:沈陽華盛冶金技術與裝備有限責任公司