一种电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置的制作方法

本实用新型涉及冶金及铸造技术领域，特别涉及一种电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置。

背景技术：

双金属不锈钢覆层钢筋是指以不锈钢做覆材，以普碳钢或普通低合金钢做芯部，通过热轧的方式制成的双金属复合材料。这种双金属复合材料兼具不锈钢耐腐蚀性和普通碳钢高强度的优点，与纯不锈钢筋相比，有相同或相近的耐腐蚀性能，但价格便宜且力学性能更优；与普碳钢相比，力学性能相当但耐腐蚀性能优势明显，因此，越来越受到人们的高度重视。

近年来，出现了很不锈钢复合材料的技术。中国专利文献2010105262657公开了一种不锈钢复合耐腐蚀钢筋及其制备方法，内部为普碳钢，外部包覆不锈钢，其工艺为：不锈钢坯与碳钢坯表面处理→碳钢坯穿进不锈钢套筒→端部焊接→加热轧制成材。中国专利文献2016106771628公开了一种包覆轧制复合制备不锈钢复合螺纹钢筋的方法，该方法是先将不锈钢坯与碳钢坯表面处理，再将不锈钢板折弯成U型，然后将钢坯放入U型不锈中封口焊接，最后两端封口后热轧。

由此可见，现有技术中，不锈钢复合钢筋的制备方法基本以物理方法把碳钢用不锈钢管或不锈钢板焊接后直接加热轧制，这类方法制备的不锈钢覆层钢坯，外层不锈钢与芯部之间有间隙，两者之间没有冶金结合，在后续的轧制工艺中会造成成品未复合、结合不良、脱壳、覆层厚度不均匀等缺陷，工艺不可靠，成材率低。

鉴于此，有必要提供一种新的不锈钢复合钢坯生产工艺解决上述技术问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置，不锈钢覆层与碳钢坯通过冶金结合，且界面结合质量好，在后续的轧制工艺中不会产生结合不良、脱壳、覆层厚度不均匀等缺陷。

为了解决上述问题，本实用新型的技术方案如下：

一种电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置，包括基座、设于所述基座且间隔设置的立柱和芯棒支撑架、支撑于所述芯棒支撑架的芯棒、环绕所述芯棒支撑架设置且可沿所述立柱滑动的结晶器支撑架、支撑于所述结晶器支撑架并与所述芯棒同心且间隔设置的结晶器、设于所述结晶器上方且可沿所述立柱滑动的电极支撑架、固定于所述电极支撑架的电极、驱动所述结晶器支撑架上下滑动的第一驱动装置、及驱动所述电极支撑架上下滑动的第二驱动装置，所述电极的正投影位于所述结晶器与所述芯棒之间的间隙内。

进一步地，所述第一驱动装置装包第一驱动电机、由所述第一驱动电机驱动的第一传动丝杆、设于所述结晶器支撑架并与所述第一传动丝杆配合连接的第一螺母。

进一步地，所述第二驱动装置包括第二驱动电机、由所述第二驱动电机驱动的第二传动丝杆、设于所述电极支撑架并与所述第二传动丝杆配合连接的第二螺母。

进一步地，还包括设于所述电极支撑架上方的顶杆支撑架、固定于所述顶杆支撑架并贯穿所述电极支撑架且用于芯棒定位的定位顶杆。

进一步地，所述芯棒的截面形状为圆形或方形。

进一步地，所述电极的数量为至少一根，且电极的截面积与芯棒表面的覆层截面积相同。

进一步地，所述电极的数量为至少三个，其环绕所述芯棒均匀分布。

进一步地，所述结晶器包括内壁、顶壁和底壁，所述内壁包括与所述芯棒间隔设置且间隙不等的第一内壁和第二内壁、及连接所述第一内壁和第二内壁的连接壁，所述第一内壁与所述芯棒的间隙小于所述第二内壁与所述芯棒的间隙，所述第一内壁与所述底壁连接，所述第二内壁与所述顶壁连接，且所述第二内壁与所述芯棒之间的间隙形成渣池，所述第一内壁与所述芯棒之间的间隙形成熔池。

进一步地，所述第一内壁与所述芯棒的间隙厚度与芯棒表面的覆层厚度相当。

进一步地，所述连接壁呈倾斜状，且所述第二内壁与所述连接壁的连接点高于所述第一内壁与所述连接壁的连接点。

与现有技术相比，本实用新型提供的电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置，有益效果在于：

本实用新型提供的电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置，第一驱动装置驱动结晶器支撑架上下滑动，从而带动结晶器上下滑动，第二驱动装置驱动电极支撑架上下滑动，从而带动电极上下滑动；工作时，将电渣倒入结晶器与芯棒形成的间隙内，启动第二驱动装置使电极插入电渣中，依靠电渣重熔原理，使电流在电极、电渣、芯棒支撑架形成电流回路，并利用电流通过熔渣时产生的电阻热加热熔化电极；熔化的电极溶液沉入结晶器与芯棒的间隙中，电渣产生的电阻热同时加热与其接触的芯棒和熔池；随着熔化的电极溶液增加，启动第一驱动装置使结晶器缓慢上升，其上升的速度与电极熔化的速度保持一致，底部的电极溶液开始凝固并附着于芯棒表面，形成覆层钢坯；随着结晶器的缓慢上升，覆层包裹整个芯棒表面。通过本实用新型提供的电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置，使不锈钢覆层与碳钢坯通过冶金结合，且界面结合质量好，在后续的轧制工艺中不会产生结合不良、脱壳、覆层厚度不均匀等缺陷；且不锈钢复合钢坯的制备工艺简单，生产效率高，可应用于不同规格形状的复合钢坯；在复合钢坯制备过程中，电机和芯棒不动而移动结晶器，有助于熔铸长条形的工件，使成品复合钢坯的长度可远大于结晶器的高度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1是本实用新型提供的电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置状态一的结构示意图；

图2是本实用新型提供的电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置状态二的结构示意图；

图3是图2所示电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置中结晶器的结构示意图；

图4是制备圆形复合钢坯的部分结构示意图；

图5是制备方形复合钢坯的部分结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例中的技术方案，并使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请结合参阅图1和图2，其中图1是本实用新型提供的电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置状态一的结构示意图；图2是本实用新型提供的电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置状态二的结构示意图。本实用新型提供的电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置100包括基座1、立柱2、芯棒支撑架3、芯棒4、结晶器支撑架5、结晶器6、电极支撑架7、电极8、第一驱动装置9、第二驱动装置10、顶杆支撑架11、定位顶杆12。

本申请新型提供的电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置100，用于在芯棒4的表面形成覆层15，以制备得到复合钢坯200(参见图4、图5)。以下对本实用新型的电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置100进行详细阐述。

基座1作为支撑体，用于支撑立柱2和芯棒支撑架3，立柱2和芯棒支撑架3间隔设置。其中立柱2呈圆柱形，其顶部设有立柱盖板201，立柱盖板201用于连接其他部件；芯棒支撑架3由导电材料制成。

芯棒4支撑于芯棒支撑架3，其材料可以是碳钢或低合金高强度钢，具有力学性能优等特点，如：HRB400碳钢或HRB500碳钢。在整个工作过程中，要求芯棒4不发生移动，由于芯棒4的体积、重量足够大，因此在不设任何固定装置的情况下在操作上也是可以满足的；但是为了提高操作的可靠性，优选的通过设置定位装置将芯棒4定位并防止其偏移，保证芯棒4与结晶器6同心。具体的，采用定位顶杆12对芯棒4进行定位，芯棒4的端部呈针尖状，在工作过程中，定位顶杆12的针尖状端部顶住芯棒4的顶部，从而防止芯棒4晃动。

本实施方式中，芯棒4的截面形状为圆形或方形，具体根据钢坯的设计规格及形状确定。

本实施方式中，定位顶杆12通过顶杆支撑架11固定，顶杆支撑架11固定与立柱2，并位于电极支撑架7上方；且定位顶杆12贯穿电极支撑架7设置。

结晶器支撑架5环绕芯棒支撑架3设置，并与芯棒支撑架3之间具有一定的间隙；且结晶器支撑架5套设于立柱2外表面，可沿立柱2的延伸方向上下滑动，当结晶器支撑架5向上滑动时，结晶器支撑架5相对于芯棒支撑架3发生移动。

本实施方式中，结晶器支撑架5由第一驱动装置9驱动，第一驱动装置9包括第一驱动电机901、由第一驱动电机901驱动的第一传动丝杆902、设于结晶器支撑架5并与第一传动丝杆902配合连接的第一螺母903，其中第一驱动电机901固定于立柱盖板201上。启动第一驱动电机901，驱动第一传动丝杆902转动，借助第一传动丝杆902与第一螺母903的传动力，实现结晶器支撑架5的上下滑动，且结晶器支撑架5的上下滑动通过第一驱动电机901的正转和反转实现。

结晶器6支撑于结晶器支撑架5并与芯棒4同心且间隔设置。本实施方式中，在芯棒的表面覆层即在结晶器6与芯棒4之间的间隙中形成。结晶器6与芯棒4同心，是为了保证覆层厚度的均匀性。

具体的，结晶器6与芯棒4之间的位置、配合关系如下：

请结合参阅图3，是图2所示电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置中结晶器的结构示意图。结晶器6包括内壁601、顶壁602和底壁603，内壁601包括与芯棒4间隔设置且间隙不等的第一内壁604和第二内壁605、及连接第一内壁604和第二内壁605的连接壁606，第一内壁604与芯棒4的间隙小于第二内壁605与所述芯棒4的间隙，第一内壁604与底壁603连接，第二内壁605与顶壁602连接，且第二内壁605与芯棒4之间的间隙形成渣池607，用于容纳电渣；第一内壁604与芯棒4之间的间隙形成熔池608，用于容纳熔化的电极溶液。

第一内壁604围合形成的内孔与芯棒4的形状一致，且第一内壁604与芯棒4的间隙厚度与芯棒表面的覆层厚度相当，形成的复合钢坯一次成型，可省略后续尺寸加工等工艺。

优选地，连接壁606呈倾斜状，且第二内壁605与连接壁606的连接点高于第一内壁604与连接壁606的连接点，使连接壁606向下倾斜设置，有利于工作中形成的电极溶液流动至熔池内。

本实施方式中，结晶器6为水冷结晶器，其设置有进水口(未标号)和出水口(未标号)，即采用冷却水冷却熔池底部的金属，使之结晶凝固并附着于芯棒4表面而形成覆层；同时，冷却水的流通，能防止结晶器6本身熔化。

电极支撑架7用于固定电极8，且电极支撑架7可沿立柱的延伸方向上下滑动，使电极8下降沉入结晶器6与芯棒4形成的渣池中。

本实施方式中，电极支撑架7由第二驱动装置10驱动，第二驱动装置10包括第二驱动电机1001、由第二驱动电机1001驱动的第二传动丝杆1002、设于电极支撑架7并与第二传动丝杆1002配合连接的第二螺母1003，其中第二驱动电机1001固定于立柱盖板201。启动第二驱动电机1001，驱动第二传动丝杆1002转动，借助第二传动丝杆1002与第二螺母1003的传动力，驱动电极支撑架7上下滑动，且电极支撑架7的上下滑动通过第二驱动电机1001的正转和反转实现。

电极8固定于电极支撑架7，优选的，通过电极夹头13固定。电极夹头13与电极支撑架7固定连接，电极夹头13夹持固定电极8。

电极8的正投影位于结晶器6与芯棒4之间的间隙内，即当驱动电极支撑架7下滑时，电极8下降并沉入渣池607中。电机8为自耗电极，电流通过电渣时产生的电阻热加热、熔化电极，并附着于芯棒4表面形成覆层。

本实施例中，电极8的材料选用SUS304、SUS316或其他耐腐蚀材料。电极8的数量可以为一根，两根，三根或多根，满足电极8的截面积与芯棒表面的覆层截面积相同即可，从而方便控制覆层的厚度，操作过程中，通过控制结晶器6的上升速度与电极熔化速度保持一致。

优选的，电极8的数量为至少三根，其环绕芯棒4均匀分布，进一步确保覆层厚度的均匀性。

本实用新型提供的电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置100，其工作原理如下：

工作时，将电渣倒入结晶器6与芯棒4形成的间隙内，此时，电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置100的结构如图1所示；

启动第二驱动装置10使电极8插入电渣中，依靠电渣重熔原理，使电流在电极8、电渣、芯棒支撑架3形成电流回路，并利用电流通过熔渣时产生的电阻热加热熔化电极8；

熔化的电极溶液沉入结晶器6与芯棒4形成的熔池608中，电渣产生的电阻热同时加热与其接触的芯棒4和熔池608；

随着熔化的电极溶液增加，启动第一驱动装置9使结晶器6缓慢上升，其上升的速度与电极熔化的速度保持一致，底部的电极溶液开始凝固并附着于芯棒4表面，形成覆层钢坯，如图2所示；

随着结晶器6的缓慢上升，覆层包裹整个芯棒表面。制备得到的复合钢坯结构请结合参阅图4和图5，其中图4是制备圆形复合钢坯的部分结构示意图，图5是制备方形复合钢坯的部分结构示意图。

本实用新型中，通电后电流在电极、电渣和芯棒支撑架之间形成回路，因此芯棒支撑架和电极夹头均为导电材料，对应地，在芯棒支撑架3和基座1之间设置绝缘板14，且在电极夹头13与电极支撑架7的连接处设置绝缘板14，以减少电流损耗，且提高装置的安全性。

需要说明的是，本实施方式中，“上”、“下”、“顶”、“底”等方位名词仅表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置也可能相应地改变。

需要说明的是，本实用新型提供的电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置，根据覆层材料的不同，如说明书中所提及的电极的材料可选用SUS304、SUS316或其他耐腐蚀材料，因此制备得到的复合钢坯不限定于不锈钢复合钢坯。

本实用新型提供的电渣熔炼不锈钢复合钢坯的装置，使不锈钢覆层与碳钢坯通过冶金结合，且界面结合质量好，在后续的轧制工艺中不会产生结合不良、脱壳、覆层厚度不均匀等缺陷；且不锈钢复合钢坯的制备工艺简单，生产效率高，可应用于不同规格形状的复合钢坯。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作出详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本实用新型的保护范围之内。