专利名称：一种保护气氛电渣连铸炉的制作方法
技术领域：
本发明属于金属电渣重熔设备，
炼过程中。
特别涉及一种电渣连铸炉，应用在金属重熔冶
背景技术：
电渣炉是利用电流通过熔渣时产生的电阻热源进行熔炼的一种冶金设备。经电 渣炉冶炼的钢，具有纯度高、硫含量低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、结晶均匀致 密、金相组织和化学成分均匀的优点。因此，电渣炉设备在国内外钢铁、机械等行业得 到了广泛的应用。随着电渣设备的发展，在熔炼小直径钢锭时存在如下主要缺陷
1、传统电渣炉冶炼过程中，钢锭重熔速度是依据熔化速度与重熔锭直径之比值 在1以下或略大于1的原则来控制的。对于一些易偏析合金(如工具钢、高温合金等)， 这一比值低至0.65 0.75，这样，重熔小直径钢锭时熔炼速度就很慢，生产效率很低， 造成冶炼费用相当高。不仅如此，当需要重熔的钢锭尺寸小于100mm时，由于要保证操 作时的安全间隙，即使自耗电极直径非常小，实际上也无法正常生产。因此，尽管小直 径重熔锭具有细小的枝晶结构并且可以直接轧制，但是目前应用推广直径小于300mm的 重熔锭仍然很难。 2、电渣重熔钢锭的枝晶组织与钢锭直径有直接关系。一般来说，钢锭直径越
大，局部凝固时间越长，枝晶间距越大。当钢锭尺寸大到一定值时，钢锭中心会产生偏
折，甚至疏松和縮孔。例如，高速工具钢，当钢锭尺寸较大时，即使熔化速度很低，也
会出现碳化物尺寸偏大，偏析超标的问题，因此严重影响了钢材质量。 3、传统电渣重熔采用一次重熔一个钢锭的间歇式生产方式，这样不仅生产效率
低，而且钢锭在后步锻造或初轧开坯过程中钢锭头尾去除量较大，钢的成材率很低，因
而生产成本也较高。 为了解决上述存在的问题，国内公开了一种连铸式电渣炉(专利号为 ZL200620089551.0)该实用新型由交流供电电源、电极升降机构、电极、结晶器及其支撑 机构、钢水液面检测装置、拉坯机构、切割装置及控制系统构成、电极为双极串联、钢 水液面检测装置的放射源为同位素Cs137、结晶器为T形水冷结晶器，上部截面面积大于 下部截面面积，由交流供电电源、电极与炉渣形成供电回路，整个熔炼过程是在开放条 件下进行的。但是，实践证明上述专利即公开的连铸电渣炉仍然存在如下不足
1、开放式的电渣连铸过程会使空气中的氢、氧、氮等元素混入金属熔池中造成 钢水的污染和合金元素的烧损。 2、如果采用液态启动方式，就需要配备化渣炉和液态熔渣转移到结晶炉的设 备，加大了设备投入费用。 3、由于采用双极串联的熔炼技术，为了熔铸出小断面的钢坯，则结晶器必须限 定为T型结晶器，且钢坯中有大电流通过，其热效应使钢坯的冷却凝固速度很慢，进而 影响了整体熔炼速度，生产效率较低、熔炼成本较大。
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4、结晶器的出坯口与钢坯间常有杂质粘连造成出坯不畅。
发明内容
本发明的目的是提供一种保护气氛电渣连铸炉。它不仅综合采纳了电渣重熔和
连续铸钢技术的优点，而且具有保护合金钢中的合金元素免受烧损，钢的洁净度高、提 高重熔连铸速度和生产效率、降低能耗、节约附属设备的优点。
本发明技术方案是提供一种保护气氛电渣连铸炉。它包括交流电源、电极升 降机构、自耗电极、结晶器、氩气保护罩、支撑机构、振动机构、钢水液面检测装置、 拉坯机构、切割装置及控制系统。在结晶器的两侧分别固定有电极升降机构，自耗电极 的一端固定在电极升降机构的横臂上，并通过电缆与交流电源连接，另一端穿过氩气保 护罩置入结晶器的内部；结晶器为导电水冷结晶器；氩气保护罩扣置在结晶器的上方， 其下缘口与结晶器的上缘口吻合并密封，顶部设有自耗电极插入孔和渣料补充孔；钢水 液面检测装置设在结晶器的熔炼出坯腔的外部；拉坯机构和切割装置依次固定在结晶器 出坯口的下方；振动机构固定在支撑机构上，其凸轮与结晶器的外壳紧密接触；控制系 统分别与电极升降机构的横臂、钢水液面检测装置、拉坯机构、切割装置电连接。导 电水冷结晶器的上部渣料腔和下部熔炼出坯腔为夹套式圆筒或方筒，上部渣料腔壁嵌有 一个导电环并通过电缆与交流电源连接，使交流电源-自耗电极-炉渣-导电环-交流电 源形成回路，夹套内输入冷却水，冷却水由纯净水源提供，夹套内水温保持在25-45t: 间。钢水液面检测装置的设置位置距上部渣料腔与下部熔炼出坯腔交接处的距离h范围 为0-200mm内，检测用放射源根据出坯直径而定，若不小于600mm应选用同位素Co60， 若小于600mm应选用Cs137。为了实现保护气氛下电渣连铸，本发明又增设了氩气保护 罩，并将其设计为夹套水冷式耐腐蚀金属罩，其下缘与结晶器上缘用砝兰式紧固密封。 为了出坯顺畅本发明增设了振动机构，是由电机带动一凸轮高速旋转而使结晶器产生高 频、小幅、水平方向的振动。拉坯机构包括夹持辊和电机，夹持辊与电机联动，通过电 缆与交流电源连接，并受控于控制系统，夹持辊的间距由用户调节。切割装置为火焰切 割，切割位置由用户需要设定，并受控于控制系统。本发明的启动方式为固态启动。
本发明的控制系统的控制过程，包括以下步骤(1)开始;(2)控制系统通电； (3)输入工艺参数；包括设定电流下限I"设定电流上限12，横臂的设定行程L， 允许液面波动的范围H。，设定的拉出钢坯长度M; (4)交流供电电源通电；
(5)熔炼开始； (6)选择熔炼横臂，检测过程参数、变压器事故报警量、出水温度压力和流量， 检测钢水液面； (7)判断实际液面高度与设定液面高度差值的绝对值是否大于等于允许液面被动 的范围，即lAH一H。，当IAH一H。不成立时，系统返回到第6步的钢水液面检测步骤； 其中AH为设定液面高度与实际液面高度的差值；
(8)当IAH一H。，系统进行拉坯速度PID调节；
(9)系统检测实际钢坯长度L3 ; (10)判断L^M是否成立，当L^M时，系统返回到第6步的钢水液面检测步 骤； (11)当L3《M不成立时，系统进行切割操作；
(12)切割操作结束后，系统询问是否继续工作；
(13)如果是继续工作，则返回第5步的冶炼开始步骤；
(14)如果不需继续工作，则系统结束工作。 所述第6步中熔炼横臂选择过程为系统进行横臂电极升降PID调节；检测横 臂上电极的实际电流I与设定电流上限L、下限12的关系，即判断1^1《2是否成立，当 1^1《2不成立时，系统返回到横臂上的电极升降PID调节步骤；当I^I^成立时，系统 判断横臂的实际行程或L2与横臂的设定行程L的关系，即判断L^L或L^L是否成 立，当L^L不成立时，系统返回到横臂I上的电极升降PID调节步骤，当L^L成立时， 系统返回到熔炼横臂选择的步骤；或者当L^L不成立时，系统返回到横臂II上的电极升 降PID调节步骤，当L^L成立时，系统返回到熔炼横臂选择的步骤；其中！^为横臂I 的实际行程，！^为横臂II的实际行程。 所述第6步中检测过程参数、变压器事故报警量、出水温度压力和流量的过程 为首先系统对过程参数、变压器事故报警量、出水温度压力和流量进行检测；系统提 示是否报警，如果系统出现故障，则系统通过声光报警；如果系统不报警，则系统提示 是否停止冶炼；如果不停止冶炼。则返回到过程参数、变压器事故报警量、出水温度压 力和流量监测步骤；如果停止冶炼，则切断交流供电电源，系统工作结束。
本发明的工作过程开始，控制系统通电，输入工艺参数设定电流下限Ip 设定电流上限12，支臂的设定行程L，允许液面波动的范围H。，设定的拉出钢坯长度M; 交流供电电源通电，开启振动装置和氩气气源，使保护罩内保持微正压和结晶器保持高 频、小幅、水平方向的振动。电渣炉熔炼开始在结晶器中加入固态炉渣，系统先选择 其中一个横臂上的一个自耗电极进行工作，另一个横臂上的自耗电极处于准备状态，即
旋转一个电极升降机构的横臂至结晶器上方，将电极穿过氩气保护罩上部电极插入孔插 入其中，当电极与炉渣结晶器导电环和供电电源形成供电回路时将有电流从供电电源输 出并通过熔渣。由于熔渣具有一定的电阻，占据了大部分压降，从而在渣池中形成大量 的热量，将插入其中的金属自耗电极熔化。熔化的金属液滴从电极端部滴落，穿过炉渣 汇聚于金属熔池内，在结晶器的强制冷却下逐渐凝固形成钢坯，同时钢坯被拉坯机构连 续地拉出结晶器，钢坯拉到固定长度进行切割。在整个过程中，钢水液面检测装置将钢 水液面高度的检测信号传入控制系统，控制系统通过控制熔速、拉速将金属熔池的液面 高度始终控制在结晶器上、下腔交接处的下方。待一个横臂上的电极熔尽后，更换另一 个横臂上的电极，以保证钢坯连续不断地拉出，生产过程中根据需要补充渣料，以实现 连续生产。在生产过程中，控制系统对整个的生产过程进行控制，在工作过程的同时， 对电极升降机构的横臂进行选择，以保证炉内的电极熔尽后，及时进行更换；对过程参 数检测、变压器事故报警量、出水温度压力和流量同时进行检测，当出现故障时，系统 自动报警。
(l)使用本发明与已知生产技术相比，主要具有如下优点省去了开坯、初轧等
5生产工序，縮短了生产周期，提高了生产效率、金属收得率，节约能耗，减少成本。
(2)采用了导电结晶器避免了大电流通过钢坯，加快了钢坯的冷却速度和出坯速度，大幅提高生产效率，节约了电能。 (3)采用了氩气保护气氛熔炼，杜绝了空气中氢、氧、氮等元素对钢水的污染和
合金元素氧化，保证了重熔连铸坯的质量。 (4)采用振动机构，防止出坯口处粘连，有利于抽坯。 (5)实现了交换电极、连续拉坯、在线切割、自动控制等技术保证了稳定连续作业。
图1是本发明的结构示意图； 图2是本发明的控制系统程序控制流程图； 图中，l交流电源2横臂3升降机构4自耗电极5氩气保护罩6渣料入口 7振动机构8导电环9钢水液面检测装置IO金属熔池ll拉坯机构12切割装置13钢坯14控制系统15导电结晶器16支撑机构，I为实际电流，^为设定电流下限，12为设定电流上限，L为横臂的设定行程，！^为横臂I的实际行程，L2为横臂II的实际行程，H。为允许液面波动的范围，AH为设定液面高度与实际液面高度差值，M为设定的钢坯长度，!^为实际钢坯长度。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步描述 实施例l:如图1所示，本发明包括交流电源l、横臂2、升降机构3、自耗电极4、氩气保护罩5、导电结晶器15、支撑机构16、振动机构7、钢水液面检测装置9、拉坯机构ll、切割装置12、控制系统14，两电极一端分别固定在电极升降机构3的横臂2上，工作时通过电缆与供电电源l连接，另一端置于导电结晶器15的内部，自耗电极4在导电结晶器15上部熔化的同时又在其下部凝固导电结晶器15为导电水冷结晶器，其上部为圆筒形，下部为方筒形，在导电结晶器15的周围固定有支撑机构16，在导电结晶器15上、下腔截面交接处外置有钢水液面检测装置9，钢水液面检测装置9的放射源为同位素Csl37，采用射线法对钢水液面进行检测；拉坯机构11和切割装置12依次固定在导电结晶器15出坯口下方的支撑机构16上，拉坯机构ll包括夹持辊和电机，夹持辊和电机联动，由电机来驱动夹持辊运转，切割装置12采用火焰切割；控制系统14分别与电极升降机构3、钢水液面检测装置9、拉坯机构11和切割装置12电连接，控制系统14通过钢水液面检测装置9检测的信号，对电渣炉连铸炉的运行进行控制。
其操作过程，按以下步骤
(1)开始；
C2)控制系统通电 (3)输入工艺参数；包括设定电流下限L为4000A，设定电流上限12为4200A，支臂的设定行程L为3m，允许液面波动的范围H。为5mm，设定的钢坯长度M为4m ;
(4)交流供电电源通电，开启氩气气源和振动机构使氩气保护罩内保持微正压和
6；
(5)熔炼开始； (6)选择熔炼横臂，检测过程参数、变压器事故报警量、出水温度压力和流量，检测钢水液面； (7)判断实际液面高度与设定液面高度差值的绝对值是否大于等于允许液面波动的范围，即lAH一H。是否成立，当IAH一H。不成立时，系统返回到第6步的钢水液面检测步骤；其中AH为设定液面高度与实际液面高度的差值；
(8)当I A H一H。时，系统进行拉坯速度PID调节；
(9)系统检测实际钢坯长度L3 ; (10)判断L^M是否成立，当L^M时，系统返回到第6步的钢水液面检测步骤； (11)当L^M不成立时，系统进行切割操作；
(12)切割操作结束后，系统询问是否继续工作；
(13)如果是继续工作，则返回第5步的冶炼开始步骤；
(14)如果不需要继续工作，则系统结束工作。 所述第6步中熔炼横臂选择过程为系统进行横臂电极升降PID调节；检测横臂上电极的实际电流I与设定电流上限L、下限12的关系，即判断1^1《2是否成立，当1^1《2不成立时，系统返回到横臂上的电极升降PID调节步骤；当I^I^成立时，系统判断横臂的实际行程或L2与横臂的设定行程L的关系，即判断L^L或L^L是否成立，当L^L不成立时，系统返回到横臂I上的电极升降PID调节步骤，当L^L成立时，系统返回到熔炼横臂选择的步骤；或者当L^L不成立时，系统返回到横臂II上的电极升降PID调节步骤，当L^L成立时，系统返回到熔炼横臂选择的步骤；其中！^为横臂I的实际行程，！^为横臂II的实际行程。 所述第6步中检测过程参数、变压器事故报警量、出水温度压力和流量的过程为首先系统对过程参数、变压器事故报警量、出水温度压力和流量进行检测；系统提示是否报警，如果系统出现故障，则系统通过声光报警；如果系统不报警，则系统提示是否停止冶炼；如果不停止冶炼，则返回到过程参数、变压器事故报警量、出水温度压力和流量监测步骤；如果停止冶炼，则切断交流供电电源，系统工作结束。
实施例2:如图1所示，本发明包括交流电源l、横臂2、升降机构3、自耗电极4、氩气保护罩5、导电结晶器15、支撑机构16、振动机构7、钢水液面检测装置9、拉坯机构ll、切割装置12、控制系统14，自耗电极4一端固定在电极升降机构3的横臂2上，并在工作时通过电缆与交流电源l连接，另一端置于导电结晶器15的内部，自耗电极4在导电结晶器15上部熔化的同时又在其下部凝固；导电结晶器15为导电水冷铜制结晶器，其上部和下部均为方筒形，在导电结晶器15的周围固定有支撑机构16，在导电结晶器15的小截面处置有钢水液面检测装置9，在其位置上、下截面交接处的距离h为200mm，钢水液面监测装置9的放射源为同位素Csl37，采用射线法对钢水液面进行检测；拉坯机构11和切割装置12依次固定在导电结晶器15出坯口下方的支撑机构16上，拉坯机构ll包括夹持辊和电机，夹持辊和电机联动，由电机来驱动夹持辊运转，切割装置12采用火焰切割；控制系统14分别与电极升降机构3的横臂2、钢水液面检测装置9、
7拉坯机构11和切割装置12电连接，控制系统14通过钢水液面检测装置9检测的信号，对电渣连铸炉的运行进行控制。其操作过程同实施例l，输入工艺参数包括设定电流下限为3800A，设定电流上限12为4000A,支臂的设定行程L为3m，允许液面波动范围HO为5mm，设定的钢坯长度为6m。
权利要求
一种保护气氛电渣连铸炉，包括交流电源、电极升降机构、自耗电极、结晶器、氩气保护罩、支撑机构、振动机构、钢水液面检测装置、拉坯机构、切割装置及控制系统，其特征是在结晶器的两侧分别固定有电极升降机构；自耗电极的一端固定在电极升降机构的横臂上并通过电缆与交流电源连接，另一端穿过氩气保护罩置入结晶器的内部；结晶器为上下两部分组合导电水冷结晶器；氩气保护罩扣置在结晶器的上方，其下缘口与结晶器的上缘口吻合并密封，顶部设有自耗电极插入孔和渣料补充孔；钢水液面检测装置设在结晶器的熔炼出坯腔的外部；拉坯机构和切割装置依次固定在结晶器出坯口的下方；振动机构固定在支撑机构上，其凸轮与结晶器的外壳紧密接触；控制系统与电极升降机构的横臂、钢水液面检测装置、拉坯机构、切割装置连接。
2. 根据权利要求1所述一种保护气氛电渣连铸炉，其特征是所述的导电水冷结晶器的 上部渣料腔和下部熔炼出坯腔为夹套式圆筒或夹套式方筒；其上部渣料腔壁嵌有导电环 并通过电缆与交流电源连接，使交流电源、自耗电极、炉渣、导电环、交流电源形成回 路；夹套内输入冷却水，冷却水由纯净水源提供，夹套内水温保持在25t:到45t:之间。
3. 根据权利要求1所述一种保护气氛电渣连铸炉，其特征是所述钢水液面检测装置的 设置位置距上部渣料腔与下部熔炼出坯腔交接处的距离h范围为0 200mm ;检测用放 射源根据出坯直径而定，若不小于600mm应选用同位素Co60，若小于600mm应选用同 位素Csl37。
4. 根据权利要求1所述一种保护气氛电渣连铸炉，其特征是所述氩气保护罩为夹套水 冷式耐腐蚀金属罩，冷水由纯净水源提供；其下缘与结晶器的上缘紧固密封。
5. 根据权利要求1所述一种保护气氛电渣连铸炉，其特征是所述振动机构是电机带动 一凸轮高速旋转，电机通过电缆与交流电源连接，随电机旋转而使结晶器产生高频、小 幅、水平方向振动。
6. 根据权利要求1所述一种保护气氛电渣连铸炉，其特征是所述拉坯机构包括夹持辊 和电机，夹持辊与电机联动，通过电缆与交流电源连接并受控于控制系统，夹持辊的间 距由用户调节。
7. 根据权利要求1所述一种保护气氛电渣连铸炉，其特征是所述切割装置为火焰切 割，切割位置由用户需要设定并受控于控制系统。
8. 根据权利要求1所述一种保护气氛电渣连铸炉，其特征是其启动方式为固态启动。
全文摘要
一种保护气氛电渣连铸炉，属于金属电渣重熔设备。包括交流电源、电极升降机构、自耗电极、导电结晶器及支撑机构、钢水液面检测装置、氩气保护罩、振动机构、拉坯机构、切割装置和控制系统。在导电结晶器的两侧固定有电极升降机构；自耗电极的一端固定在电极升降机构的横臂上，并与交流电源连接，另一端穿过氩气保护罩置入导电结晶器的内部；导电结晶器为上下两部分组合夹套式水冷结晶器，在上部器壁上嵌有导电环，通过电缆与交流电源连接，使交流电源-自耗电极-炉渣-导电环-交流电源形成回路；振动机构固定在支撑机构上，其凸轮与导电结晶器外壳紧密接触；在导电结晶器的上、下腔交接处设有钢水液面检测装置；拉坯机构和切割装置依次固定在导电结晶器出坯口下方；控制系统分别与电极升降机构的横臂、钢水液面检测装置、拉坯机构和切割装置电连接。本发明可实现保护气氛下的电渣连铸和自动控制。
文档编号B22D11/14GK101691634SQ20091018728
公开日2010年4月7日 申请日期2009年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者余强, 姜周华, 张天彪, 臧喜民 申请人:沈阳华盛冶金技术与装备有限责任公司