专利名称：电渣铸造设备及方法
技术领域：
本发明所涉及的是电渣精炼工艺。
简单地说，该电渣精炼工艺包括在一金属槽中形成一导电的熔渣渣池，该渣池中置入一自耗电极，通过该电极向渣池供电以使渣池保持熔态。在金属精炼期间，随着渣滓及杂质浮向渣池顶部，金属由电极上熔下，并一滴一滴地沉落于熔池底部。通常，被精炼的金属全部来自于电极，但并不是必需如此，在另外的一些实例中，除电极外也可将棒料或类似物送入渣池。
如果该槽池的底与一冷却的出口通道相连(以下将电渣池与限定这样一种通道的结构统称为“模”)并从中可抽出凝固了的金属体，则可借助对电极馈入速度、抽锭速度及电流强度的调节及控制而得到精炼金属锭的连续铸造。所形成的锭子的截面形状取决于该通道的形状。
类似地，如果一个基本上已插入但又未完全塞满该通道的热芯体以合适的速度移动穿过该模子，则与该芯体一起进入该通道的精炼金属会熔合于芯体上，在其上形成一层对应于通道形状的表层。
本发明利用上述的两种工艺模式，或由原金属棒材制造铸锭例如适于用作轧辊的锭子;或者在一芯体上形成一层表层，该芯体可以是一个须经修复的磨损轧辊。
澳大利亚专利说明书466334(英国钢铁研究协会TheBritishIronandSteelResearchAssociation)公开了用电渣工艺生产空心钢锭及进行辊状芯轴的表面包覆。在后一例子中，芯轴和模子的相对运动是通过向芯轴上方提模而实现。但其并未提及自耗电极相对于模子的运动，除了为保持电流通过熔渣电极所进行的上升或下降运动。随包覆过程的进行，芯轴可绕其轴线转动。模子上绕有一个线圈，据报道其可“促进模中熔渣和金属熔池的搅动”，但没提供线圈的进一步细节或参数。由于在电渣设备中加热电流的途径总是趋于取电极至模子间的最短路程，因此，对于该现有文献(说明书)所示的电极设置，可以认为实际上是无法达到为在整个熔池中产生基本上均匀的温度所必需的搅动程度。
澳大利亚专利说明书535772(日钢公司NipponSteelCorPoration)也公开了用电渣法对柱状芯体进行包覆的方法。该说明书还公开了一种模子可相对于芯体上提的设备。芯体绕其轴线旋转，据说是为了获得“在渣中形成均匀的环形温度分布”。模子最好与芯体同步旋转，“以减少模子和工件间的摩擦”。
该两份现有文献(说明书)(就申请人所知，它们是最相关的文献)均点明了渣中温度均匀分布的必要性，而且均公开了一种模子可被提升以使模子和引出产品间产生相对运动的(精炼)设备。
实际上，为获得完全成型的锭子或完全成型并正确粘合的表层需要同时设定或调节数个参数。这些参数包括模子和产品间的相对运动速度、电流值、芯体温度、电极馈入速度、模中液态金属-熔渣界面的水平以及熔渣层的厚度，所有这些参数都是相互依赖的。若想到必须在电极至熔池间保持很大的电流、大量的模冷却水供应必须被维持、以及必须从一分隔的漏斗一次次地向熔池中添加补充熔渣，则已知的设备及用于移动并伺服锭模的控制系统是异常的复杂也就不足为怪了。
实际情况中，现有技术的另一重大不足来自于熔体、金属池、芯体及引出产品(如果存在)中的温度分布变化及过热点的产生，其起源是熔渣中低电阻途径的波动导致并影响到电极的异常熔化。这种温度变化导致了终产品形状的畸变，使之不适于用作轧辊。在导出本发明的实验中我们发现，使产品单独地或与锭模同步地转动，即使是在所有点上电极与锭模壁间的标称间隙都相同的情况下也不能完全解决这一问题。
本发明的目的在于克服或改进上述现有技术之不足。
第一个问题，也就是说该设备及其操作的简化，是通过提供特定的设备来获得解决，在所提供的设备中，锭模保持在一固定的高度和位置上，而凝固的产品从中向下抽出。
本发明借助下述手段解决了上述的第二个问题，即，使产品、芯体(如果存在)、及模协同一致地摆动，借此消除(eveningout)模与电极间的空间状态(电流通道)上的变化，并借助由摆动构件旋转方向的逆转所引起的粘滞切应力方向的改变及惯性波动可对熔融金属池及熔渣进行有效的搅拌。
一方面，本发明重点在于一种电渣连铸设备，其包括一电渣模、适于将原金属自耗电极送入熔池中的电极承载装置，以及由电极经熔渣池提供加热电流以熔化电极的电源装置，所说的电渣模本身又包括一个适于盛放熔融熔渣的池以及一个在其下的精炼液态金属熔池和一个向下延伸的引出口通道，其以下述装置为特征(a)用于将铸造产品由模中向下抽出的产品输送装置，及
(b)使模、输送装置及产品绕产品轴相对于电极作同步旋转摆动的驱动装置。
另一方面，本发明之重点在于一种制造铸品的方法，其包括下列步骤将熔化的熔渣装入电渣模中，将原金属自耗电极连续地馈入该熔渣中，由电极经该熔渣通以电流使其保持熔态并逐渐地将电极熔化(尽)，以及经模底抽出凝固产品，该方法的特征在于使模子和产品绕产品轴相对于电极作同步旋转摆动。
在本发明的一个优选实施例中，锭模靠一个承重回转台支撑，且输送装置刚性地悬挂在该回转台的底面下。另外，这些装置不仅能随产品铸造过程的进行将产品从模中向下抽出，而且还能将待包覆芯体提升穿过锭模。
借助实施例并参考附图，下面将对上述发明的实行作更详细的描述。
图1是本发明的电渣铸造设备的锭模和井下构件的正视图。
图2是图1设备的井上构件的正视图。
图3是图2按3-3线所取的剖面图。
图4是图1移去了锭模后的构件的平面图。
图5是按图1中5-5线所取的剖面图。
图6是按图1中6-6线所取的剖面图。
图7是起重螺旋(以下称丝杠)及其承重构架的纵剖面图，其是放大的图1构件。
图8是放大的、与图2设备配合使用的电极保持器和连接器的正剖面图。
图9是与图1设备配合使用的类似于图8的产品保持器和连接器的视图。
图10～15所含内容是对图1～9的设备的示意，用来表示用本发明的方法进行包覆芯体操作中的某些步骤。
所示的设备适于用来进行芯体(如大型轧辊)表面包覆，下面将对其进行相应的描述。无论怎样，应该指出的是，通过恰当地选择锭模尺寸、电极和连接器，其也可不经其它改变而用于新产品的连续铸造。
所示的设备包括一电渣模7。模7本身是常规的，因而在此就不作详细的描述。简言之，它包括一个空心有壁的、水冷的铜制圆柱形构件，该结构限定了一个腔膛，该腔膛的上部直径较大，下部直径较小，而中间部分长度较短并呈锥形。使用时，熔渣池处于该腔膛的上部，电极伸入其中，而在下部则塞着已凝固的铸造成品。来自电极的熔融金属聚集于锥形部位，和芯体一起进入下部并随着产品逐步被抽出，该熔融金属于下部腔膛中以表层的形式凝固在产品上。在本发明的另外的实施中，可使用复合模子;该模子具有耐热石墨或耐热陶瓷的用铜或任何导热材料制成的上部和水冷的下部。在各例中，锭模最好是多段水冷铜模，各段由支撑装置划分为两个单元，该支撑装置可使划分的(两)单元旋开或合并以打开或闭合该锭模。作为一种选择，单件的锭模亦可被使用。为便于生产中空产品，可在模的中心加入一附加的水冷型芯。
锭模7被支撑在一个加强的装配式回转台8上，该回转台8的底面上设置有削斜的圆边，其构成了一条与三个锥形支撑辊9相接触的轨道。支撑辊9又被钢构件10所支撑。辊9中的两个是从动的，第三个由齿轮电机11所驱动。为绕固定竖轴旋转在邻近支撑辊9处设置有导辊(未示出)，其紧靠在回转台8的边沿上以确保当回转台8由驱动辊9驱动旋转时能被保持对中。根据本发明，可逆电机11的控制装置能使回转台8来回地旋摆。对于大规格设备，如现在所谈的设备，回转台可以例如每分1转或1转左右的速度摆动，转过360°或稍大于360°的角。
在该例中，产品输送装置刚性地悬于回转台8下，其不仅适于将制成品向下沉降，而且适于将芯体如直立的大轧辊向上提升。该输送装置包括4根柱状支杆12、一个十字形底座13及一个提升承座14。
底座13有一根中心短轴，其插入设有止推轴承15的底板中(反之亦然)，以防止输送装置的横向移动，并使回转台8、输送装置、锭模7及芯体的重量由辊9承担。
底座13带有一台可逆转齿轮电机16，利用传动轴17和变速箱18，该齿轮电机使两根丝杠19同步转动。该丝杠19分别从基座13上各自的轴承套20一直延伸到回转台8上相应的轴承套21中。
丝杠19穿过设置于提升承座14上的低摩擦螺母22，该螺母22与丝杠19相配合但又不与其一起转动。每个螺母22均具有一外壳和啮合于丝杠螺纹上的减摩擦辊。这种螺母是常见的，在此无须进一步描述。如此，根据电机16的转动方向，丝杠19的旋转就能使承座14上升或下降。
利用跨骑在作为轨道的两个支撑杆12上的轮23，承座上的行走机构引导承座14的移动。行走机构上的轮23为侧辊(未示出)所扶持，以阻止承座14在任何方向上的侧向移动。承座14装有产品保持器24，保持器是以可拆卸的方式用液压驱动销栓25固定在承座上。
正如参照图9所见，由一底部法兰26、一管状杆27、一顶板28及套管型塞29构成的产品连接器(由衬垫30)及凸缘螺栓(未示出)固定于产品保持器24的一端。通过将定位螺栓32旋入磨损轧辊31的短轴33的一端以使套管塞29实际成为辊31主体的共轴延长，可将该轧辊31固定在连接器上。套管塞29的外径等于需修复的轧辊所要求的外径，并在模7的下部腔中处于紧配合。套管塞29用于在包覆作业开始时堵住锭模。
轧辊31的对端短轴具有一保护罩筒34，罩筒上有一吊环35，用它可在操作开始时使轧辊就位，而在结束时将其取出。
当承座14提升芯体时，例如在修复作业开始时，螺母22将负荷向下施加在丝杠19上。然而，随修复过程的进行，需用承座14向下抽拉铸成品，在本例中亦即新包覆的芯体，以使其从锭模7中抽出，而且丝杠19上的负荷方向是相反的。
细长的丝杠19不适于承受压负荷，为确保随负荷方向改变应力总以拉伸载荷的形式传至承座14上方和下方的丝杠部分，应慎重设置丝杠对应于回转台8和底座13的有限轴间距，以保证所有加在每个丝杠上的轴向负荷都被负载方向一端的轴承所承受，以形成轴承与螺母间的丝杠部分处于拉伸而其余部分处于无应力状况。
因此，每个轴承套20和21(见图7)都包括一固定的外套36和一自由转动的内套37。每个内套37都有一个容纳锥形滚子轴承38的中心空腔，用来承受径向载荷及来自丝杠19的轴向推力。轴承38亦是常用的。通过装在丝杠轴上的常规支座螺母39防止其从丝杠19的端部脱落。
每个内套37包括一个可在间隙范围内滑动的管端，该间隙处于杯状外套36的较厚底板上方。
如图7所示，图中给出的是内套37和丝杠19的中央或中间部位及内套36和外套37的底板间的间隙A和B，但该图只是对完全抵消丝杠19上的轴向推力状态的人为假定。实际上，丝杠19和内套37是处于可能行程的一端或另一端位置，两端的间隙之中，一个被消除而另一个等于A和B之和。
在本例中，每根丝杠19的自由长度可以是大约6～7米，而总间隙(A+B)为大约4mm。这不仅足以保证由螺母22压在丝杠19上的载荷可被一个轴承38所承受(取决于载荷方向)，而且还足以保证丝杠在运转中可能发生的热膨胀不会使丝杠本身产生弯曲。
为防止随时卸载后轴承38中的轴承座圈和滚子间产生不希望的松动，利用例如一组套在栓43上并被压紧于底板41和上述轴承套内套37上的圆型凸台之间的Belleville垫圈42，使每个轴承被加上初负荷。栓43可在垫圈42中滑动。
电极承载装置是用来支持电极，并把电极送入模7的熔池中。该承载装置(见图2和3)实质上是一种旋式起重吊臂，它包括一固定的塔形结构36，支撑着一个竖直设置的关键部件立杆37，立杆37是垂直桁架38的主弦杆，而另一根主弦杆是一个基本呈槽形断面的轨道构件39，电极支撑承座可沿其移动。
通过操纵回转拖动装置40可使该桁架摆动，以便将电极支撑座带到模7上方的工作位置。在本例中，该电极承载装置可供两套沉井构件和锭模使用，如图3所示的位置B和C，而且还可被旋摆与提取和拆除电极的位置A和D相对准。
所说的电极支撑承座包括一个其轮和辊夹在轨道构件39内的行走机构41，及一个带有管状电极保持器43的凸臂42，该保持器43带有液压驱动的锁定销栓44，以使可对电极连接器45进行可拆式固定。
电极连接器45包含一个管状体46，用于锁定销44咬合的定位法兰47，一个被锁定于体46上但又与其绝缘的配制基座构件48，以及一个锥形座套49。锥形座套49适于用来容纳一个锥形短轴50，该轴是从焊接在一纵向开口管状电极51一端的端盘上伸出。锥形座套49和短轴50上都有贯通的销孔，经销孔推入一锥形销使该锥形座套和短轴的表面以高压接触的方式匹配在一起。使用中，可将柔性水冷电缆的接线板销紧在底座构件48上以便向电极51供电。
当对一芯体进行包覆时，需用一管状电极，或者在作优选情况下，用一组环列的象电极一样的棒，以便为芯体提供空间使其对准锭模中心线。然而，如果要铸的是一个实心坯料，则可使用布置于中心的条状或棒状的单根电极。在某些例子中，当要修复的是一根小直径轧辊时，可用旧辊作电极。这样，事实上是旧辊被熔化并被再成形。在另外的例子中，即使使用了一根附加的管状电极，也可以把一根小直径的旧轧辊全部熔掉。
借助于起自变速箱53并延展于构件39有效长度间的丝杠52，以可控的速率使电极支承座沿轨道构件39移动。齿轮变速箱53是由变速电机54通过电极支承座上的低摩擦螺母驱动的，所有这些与输送承座14的相应布置几乎一样。
为在起始时熔化熔渣并向模中加料，设置有一台常规的倾动式感应加热炉55。
桁架38还可带有一个罩(未示出)，该罩可被置于模7的上方作为吸风排烟系统的一部分。
芯体的予热最好包括在其将进入锭模7时对其进行表层感应加热处理。通过就位于模7上方的一个感应加热线圈可完成这一操作。这使得芯体表层的予热程度，由此该层的熔化程度和所施加的覆层对它的熔透程度能够随包覆过程的进行被控制。如果采用常规深度的予热，则发现随芯体被包覆，芯体中的热积累有时会引起过分的熔渗，而且当施用的是特种合金层时，会产生芯体基金属使包覆合金产生不希望的稀释的情况，但是当采用在芯体将进入锭模时用感应加热使芯体表层予热的方法时，予热的程度可视需要很容易地降低以避免产生那些不希望有的结果。由其自身的供电变压器将该感应予热线圈支持于由该变压器伸出的悬臂凸台上，并穿过为此目的而设的，电极51中的轴向延伸开口。
现借助图10～15可很容易地理解上述实例的操作过程。
图10所示的是一个与图9所示的连接器和罩筒相匹连的磨损轧辊，其正被一天车沉降于图1所详示的输送装置的提升承座14上。为能达到这点，将模7的两部分分开，而一个感应加热线圈56正被旋在一旁。
图11所示的是模的两部分被合在一起，感应线圈就位，而被图2，3和8的电极输送装置所啮合的开口管状电极51被置于模的上方。
在图12中，磨损轧辊已被提升，并开始对其予热。
图13所示的是由倾动炉55向模中装入予熔的熔渣。
图14所示的是包覆过程在进行。电极正下降进入模内的熔渣中，被修复的轧辊正被向下抽出，并且根据本发明特有的优点，回转台8和所有由它承担的部件包括被修复的轧辊正来回地旋摆。
图15所示的是包覆完成，电极的余体正被吊离。
权利要求
1.一种电渣连续铸造设备，包括一电渣模(7)，用于将初金属自耗电极(51)馈入溶池的电极承载装置(图2)、以及由电极经过熔渣池提供加热电流以熔化该电极的电源装置，所说的电渣模(7)本身包括一个用于容纳所说的熔融熔渣渣池和处于渣池下的精炼液态金属的熔池，以及一个向下延伸的出口通道，其以下述装置为特征(a)自模中向下抽出铸品的产品输送装置(图1)，以及(b)使模、输送装置和产品相对于电极绕产品轴作同步旋转摆动的驱动装置(9、11)。
2.根据权利要求1的设备，其进一步特征在于具有一个回转台(8)，模支撑于其上，输送装置挂于回转台上，而且还在于所说的驱动装置作用于该回转台。
3.根据权利要求2的设备，其进一步特征在于回转台系由三个或多个辊(9)支撑以及驱动装置包括一台可逆电机(11)，用以驱动那些辊中的至少一个。
4.根据权利要求2的设备，其进一步的特征在于输送装置包括一组从回转台向下延伸的柱状悬杆(12)、一个固定在悬杆下端的底座(13)、一个跨骑在那些悬杆中的至少两根上并可上下运动的提升承座(14)、至少两根丝杆(19)，每根丝杠(19)均分别延展于回转台和底座上的轴承套(20、21)间，并穿过该承座上的螺母(22)，该装置还包括向丝杠提供动力以便使其同步旋转的可逆电机16和在承座上的产品保持器(24)。
5.根据权利要求4的设备，其进一步的特征在于每根丝杠的轴承套可允许该丝杠在其轴向作有限的运动。
6.根据权利要求1的设备，其进一步的特征在于该输送装置包括一个产品保持器(24)、该保持器和产品连接器(26、27、28、29)连在一起，其特征还在于该产品连接器包括一个锭模塞(29)。
7.根据权利要求1的设备，其进一步的特征在于它装置有一个感应加热线圈(56)，当将其置于邻近该锭模上方时该线圈被用来环套在芯体上。
8.根据权利要求1的设备，其进一步的特征在于该电极承载装置是可摆动的，以使其能用于一组分隔开的锭模及其连带的输送装置。
9.一种制造铸造产品的方法，其包括下述步骤将熔融熔渣装入一个电渣模(7)中，连续地将初金属自耗电极(51)馈入该熔渣，将电流从电极经熔渣通入以使其保持熔态并逐步地将该电极熔掉，以及经过模底抽出凝固了的产品，其特征在于使模和产品绕产品的中心轴相对该电极作同步旋转摆动。
10.根据权利要求9的方法，其中芯体(31)经过该锭模向下移动，以及该铸品包括芯体和一层熔合于其上的电极金属覆层。
11.根据权利要求10的方法，其进一步的特征在于对该芯体的表层进行予热。
12.根据权利要求11的方法，其中予热是用感应加热线圈(56)进行的。
13.根据权利要求12的方法，其中所说的加热线圈位于邻近所说的锭模上方，以在芯体进入熔化金属池之前的短暂时刻内对其表层进行予热。
14.根据权利要求9～13中任一项的方法所制成的铸造产品。
全文摘要
电渣铸造设备及方法。该设备包括电渣模(7)，将自耗电极馈入模中的运载机构和支撑模的回转台(8)，一感应炉以向模中加入熔渣，还包括用于将磨损轧辊穿过模子并随包覆过程的进行将产品从模中向下抽出的产品输送装置，和使模、输送装置和产品相对于电极绕产品轴作同步旋转摆动的驱动装置(9、11)。所述输送装置包括一组刚性悬杆(12)，提升承座(14)；含有一模塞的连接器，以及用于升降承座(14)的驱动丝杠(19)。
文档编号B21B28/02GK1037290SQ8910215
公开日1989年11月22日 申请日期1989年3月30日 优先权日1988年3月31日
发明者约翰·迪恩·布兰布利特 申请人:布罗肯希尔有限公司