金属电渣重熔用结晶器和电渣重熔装置以及电渣重熔方法与流程

本发明属于金属冶炼技术领域，涉及一种金属电渣重熔用结晶器和电渣重熔装置以及电渣重熔方法。

背景技术：

高速钢是一种含炭(c)、钨(w)、钼(mo)、铬(cr)、钒(v),钴(co)等元素的高合金工具钢，热处理后具有高热耐强硬性，当使用温度高达600℃时，硬度无明显下降。高速钢按化学成分可以分为普通高速钢和高性能高速钢，按制造工艺分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢，熔炼高速钢主要生产工艺为电弧炉冶炼、电渣重熔、锻造、轧制等。粉末冶金高速钢由于技术难度高，国内还没有生产。

高速钢主要应用领域是机械和工具制造业，主要用于制造各种切削工具。如车刀、钻头、滚刀、机用锯条及要求高的模具等。近几年来机械加工普遍采用了高速度的数控机床，既热强硬性、耐磨性、冲击韧性要好，高速钢在工作中承受着很大的压力和磨削作用，传统的高速钢，它的有点是热强性好，缺点是韧性不够易开裂，导热性差，塑性、热疲劳性能均不理想，尤其是大规格(φ60以上)高速钢，它的碳化物不均匀度差，已严重影响到其使用性能，因此国内大多数工具生产厂家生产的(m35)大规格高速钢已纷纷使用进口材料。

经过分析比对国内外大规格高速钢产品后发现：国外高速钢(m35)φ80圆钢的碳化物不均匀度为(3-4)级，国内φ80圆钢的碳化物不均匀度为(5-6)级，其他指标基本相当，而碳化物不均匀度的决定因素是锻造比，国外一般在20-30之间，而国内一般在15左右。锻造比大小是由电渣锭的大小决定的，国内厂家不采取大锻造比的根本原因在于电渣重熔工艺的局限性。以φ80圆钢为例，按20个锻造比计算，其电渣锭的直径必须是φ370大。但国内生产的φ300以上的高速钢电渣锭，由于冷却速度慢，其铸态组织粗大，因此国内的生产经验是用大锭、大锻造比生产的大圆钢的使用性能还不如用中等锭、中等锻造比的大圆钢。大规格电渣锭之所以铸态组织粗大，其根本原因就是锭子大了，冷却慢了。因此要想生产高性能大规格高速钢，就必须要从解决电渣重熔工艺和设备入手。

技术实现要素：

本发明的第一个目的是针对现有的电渣重熔所存在的上述问题，而提出了一种能生产大规格电渣锭的金属电渣重熔用结晶器。

本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：

一种金属电渣重熔用结晶器，其特征在于，它包括至上而下依次叠加的上结晶室、中结晶室和下结晶室，三种结晶室分别具有上下贯穿各自对应结晶室的上熔炼腔、中熔炼腔和下熔炼腔，中熔炼腔呈倒锥形，大端与上熔炼腔对接，小端与下熔炼腔对接。

在上述的一种金属电渣重熔用结晶器，所述的结晶器还包括有快速冷却装置，该快速冷却装置包括多层上下层叠设置的喷淋器，所述的喷淋器包括喷淋管和间隔设置在对应喷淋管上的多个喷头，同一喷淋器中的多个喷头环绕设置。

在上述的一种金属电渣重熔用结晶器，所述喷头的喷射方向均朝内向下倾斜设置，上层喷淋器中喷头的喷射倾斜角度最大，底层喷淋器中喷头的喷射倾斜角度最小。越往下角度越平。

在上述的一种金属电渣重熔用结晶器，三种结晶室均包括结晶器内壁和结晶器外壁，结晶器内壁围成各自对应的结晶室，结晶器内壁和对应的结晶器外壁间形成密闭的间隙空间，并在各间隙空间的上、下部分别设有连通的出水管和进水管。

本发明的第二个目的是针对现有的电渣重熔所存在的上述问题，而提出了一种能生产大规格电渣锭的电渣重熔装置。

本发明的第二个目的可通过下列技术方案来实现：

一种电渣重熔装置，包括上立柱、上升降臂、上升降驱动装置、夹头、结晶器、底水箱、下立柱、下升降驱动装置和下升降臂，底水箱与下升降臂固定连接且与结晶器的下端出口上下正对，下升降驱动装置驱动底水箱和下升降臂沿下立柱上下升降，夹头与上升降臂固定连接且与结晶器的上端进口上下正对，上升降驱动装置驱动上升降臂和夹头沿上立柱上下升降，其特征在于，所述的结晶器包括至上而下依次叠加的上结晶室、中结晶室和下结晶室，三种结晶室分别具有上下贯穿各自对应结晶室的上熔炼腔、中熔炼腔和下熔炼腔，中熔炼腔呈倒锥形，大端与上熔炼腔对接，小端与下熔炼腔对接。

在上述的一种电渣重熔装置中，所述的结晶器还包括有快速冷却装置，该快速冷却装置包括多层上下层叠设置的喷淋器，所述的喷淋器包括喷淋管和间隔设置在对应喷淋管上的多个喷头，同一喷淋器中的多个喷头环绕设置。

在上述的一种电渣重熔装置中，所述喷头的喷射方向均朝内向下倾斜设置，上层喷淋器中喷头的喷射倾斜角度最大，底层喷淋器中喷头的喷射倾斜角度最小。越往下角度越平。

在上述的一种电渣重熔装置中，三种结晶室均包括结晶器内壁和结晶器外壁，结晶器内壁围成各自对应的结晶室，结晶器内壁和对应的结晶器外壁间形成密闭的间隙空间，并在各间隙空间的上、下部分别设有连通的出水管和进水管。

本发明的第三个目的是针对现有的电渣重熔所存在的上述问题，而提出了一种能生产大规格电渣锭的金属电渣重熔方法。

本发明的第三个目的可通过下列技术方案来实现：

一种金属电渣重熔方法，利用上述结晶器和电渣重熔装置进行，其特征在于，该方法包括如下步骤:

1：对电极棒进行退火，消除部分应力(保温温度830℃、时间5～7h，装炉方法：无要求)。

2：对电极棒进行砂磨，保证表面被基本磨白，去除表面的氧化、裂纹等缺陷。

3：将电极棒与假电极进行焊接：

焊接前电极棒的清理：清理成平面，保证导电性

焊接方法&位置：保证假电极与电极棒在一条直线上。

4：选择合理的渣料配比(通过四元渣系的配比使渣料满足电导率γ适中、沸点高、熔点低、化学稳定性好、粘度小和特定表面张力σ的要求)。

5：烘渣(要求：渣料成分符合要求、纯净无杂质、粒度适当)

设备：箱式电阻炉

工艺：烘烤温度550℃、时间：24h。

6：化渣(电流：600a，每个化渣炉的渣量：根据用量决定)

7：电极的夹持：必须夹正夹紧，夹持时将接触面打磨干净，检测导电部位的联结螺栓，确保无松动或接触不良。

8：准备结晶器、快冷装置、引锭板和底水箱：将快冷装置安装在结晶器下方，底水箱面板必须保证水平，将固定引锭板的螺栓涂上导电膏，旋入底水箱的螺纹孔内。

9：将底水箱升至结晶器中心位置，在底水箱边缘加石棉绳密封。

10：将电极棒降至结晶器中心的合理高度，放入渣料，渣量根据电极棒尺寸来决定，同时开启快冷装置。

11：接通电流，先提高渣温，待渣料温度升至合理温度后，开始熔炼。

12：快冷抽锭：通过调整熔炼电流、电压与抽锭速度来控制液面在结晶器内壁的高度，保证抽锭速度与熔炼速度有一个合理的比例，防止出现钢液从结晶器上方溢出、抽锭困难或者漏钢等问题；通过控制快冷装置的水压，控制重熔电渣锭的冷却速度，防止高速钢在熔炼过程中冷却速度不足或者因冷却速度太快而开裂。

13：熔炼完成后，断电断水，将电渣锭卸下，放入箱式电阻炉保温，防止在后续的冷却过程中发生开裂。

14：退火：完全退火，降低应力，调整硬度

15：砂磨，去除表面氧化皮

锻造：电渣锭经锻造，加工成各种锻件。

轧制：锻造的轧坯后再进行热轧或者冷轧，得到各种规格的轧材。

与现有技术相比，本发明是已凝固的电渣锭从结晶器中抽出，不影响整个电渣过程的稳定，对高温电渣锭直接进行水冷，提高冷却速度。特殊的结晶器结构，可以保证电渣锭进行水冷时，产生的大降温不会影响高温熔池熔渣的温度场，使电渣重熔能顺利进行。

附图说明

图1是电渣重熔装置的结构示意图。

图2是结晶器的结构示意图。

图中，1、上立柱；2、上升降臂；3、下立柱；4、夹头；5、结晶器；6、底水箱；7、上结晶室；8、中结晶室；9、下结晶室；10、渣池；11、熔池；12、电极棒；13、下升降臂；14、喷头。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本电渣重熔装置，包括上立柱、上升降臂、上升降驱动装置、夹头、结晶器、底水箱、下立柱、下升降驱动装置和下升降臂，底水箱与下升降臂固定连接且与结晶器的下端出口上下正对，下升降驱动装置驱动底水箱和下升降臂沿下立柱上下升降，夹头与上升降臂固定连接且与结晶器的上端进口上下正对，上升降驱动装置驱动上升降臂和夹头沿上立柱上下升降。

如图2所示，结晶器包括至上而下依次叠加的上结晶室、中结晶室和下结晶室，三种结晶室分别具有上下贯穿各自对应结晶室的上熔炼腔、中熔炼腔和下熔炼腔，中熔炼腔呈倒锥形，大端与上熔炼腔对接，小端与下熔炼腔对接。

结晶器还包括有快速冷却装置，该快速冷却装置包括多层上下层叠设置的喷淋器，所述的喷淋器包括喷淋管和间隔设置在对应喷淋管上的多个喷头，同一喷淋器中的多个喷头环绕设置。

所述喷头的喷射方向均朝内向下倾斜设置，上层喷淋器中喷头的喷射倾斜角度最大，底层喷淋器中喷头的喷射倾斜角度最小。越往下角度越平。

三种结晶室均包括结晶器内壁和结晶器外壁，结晶器内壁围成各自对应的结晶室，结晶器内壁和对应的结晶器外壁间形成密闭的间隙空间，并在各间隙空间的上、下部分别设有连通的出水管和进水管。

一种金属电渣重熔方法：利用上述电渣重熔装置进行，该方法包括如下步骤：

1：对电极棒进行退火，消除部分应力(保温温度830℃、时间5～7h，装炉方法：无要求)。

2：对电极棒进行砂磨，保证表面被基本磨白，去除表面的氧化、裂纹等缺陷。

3：将电极棒与假电极进行焊接：

焊接前电极棒的清理：清理成平面，保证导电性

焊接方法&位置：保证假电极与电极棒在一条直线上。

4：选择合理的渣料配比(通过四元渣系的配比使渣料满足电导率γ适中、沸点高、熔点低、化学稳定性好、粘度小和特定表面张力σ的要求)。通过稀土的复合添加作用(稀土配比：40％的钇族重稀土+20％的铈族轻稀土+40％钙粒)，改善材料的开裂敏感性；

5：烘渣(要求：渣料成分符合要求、纯净无杂质、粒度适当)

设备：箱式电阻炉

工艺：烘烤温度550℃、时间：24h。

6：化渣(电流：600a，每个化渣炉的渣量：根据用量决定)

7：电极的夹持：必须夹正夹紧，夹持时将接触面打磨干净，检测导电部位的联结螺栓，确保无松动或接触不良。

8：准备结晶器、快冷装置、引锭板和底水箱：将快冷装置安装在结晶器下方，底水箱面板必须保证水平，将固定引锭板的螺栓涂上导电膏，旋入底水箱的螺纹孔内。

9：将底水箱升至结晶器中心位置，在底水箱边缘加石棉绳密封。

10：将电极棒降至结晶器中心的合理高度，放入渣料，渣量根据电极棒尺寸来决定，同时开启快冷装置。

11：接通电流，先提高渣温，待渣料温度升至合理温度后，开始熔炼。

12：快冷抽锭：通过调整熔炼电流、电压与抽锭速度来控制液面在结晶器内壁的高度，保证抽锭速度与熔炼速度有一个合理的比例，防止出现钢液从结晶器上方溢出、抽锭困难或者漏钢等问题；通过控制快冷装置的水压，控制重熔电渣锭的冷却速度，防止高速钢在熔炼过程中冷却速度不足或者因冷却速度太快而开裂。

13：熔炼完成后，断电断水，将电渣锭卸下，放入箱式电阻炉保温，防止在后续的冷却过程中发生开裂。

14：退火：完全退火，降低应力，调整硬度

15：砂磨，去除表面氧化皮

锻造：电渣锭经锻造，加工成各种锻件。

轧制：锻造的轧坯后再进行热轧或者冷轧，得到各种规格的轧材。

该工艺中电渣重熔的冷却方式为结晶器外直接水冷，高速钢钢锭从高温很快冷至低温状态，得到细小碳化物组织的电渣锭，普通的电渣重熔为通过结晶器铜壁间接水冷，冷速较慢，碳化物在缓冷过程中发生聚集长大，我司工艺的独特性在与既能实现高速钢电渣重熔的快速冷却，又能避免此过程中易产生的开裂缺陷。

应该理解，在本发明的权利要求书、说明书中，所有“包括……”均应理解为开放式的含义，也就是其含义等同于“至少含有……”，而不应理解为封闭式的含义，即其含义不应该理解为“仅包含……”。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。