一种在电渣重熔中导入超声波的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电渣重熔技术领域，更具体地说，涉及一种在电渣重熔中导入超声波的装置。
【背景技术】
[0002]随着机械行业的发展，人们对钢品质的要求越来越高。提高钢的品质主要从以下两个方面:(I)、降低溶解在钢中气体和夹杂物的含量，从而获得洁净度较高的钢；(2)、降低在钢液的凝固过程中所产生的成分偏析、组织不均匀、缩孔和疏松等缺陷，从而获得致密均匀的结晶组织。
[0003]电渣重熔法是目前常用的应用于优质钢生产的一种重熔工艺。由于在重熔过程中金属液滴是一滴一滴通过一定厚度的熔渣层，金属液滴的比表面积大，因此增大了钢-渣界面积，熔渣吸附金属液滴中的非金属杂质和其他夹杂的能力大大增加，起到了渣洗的作用，用一般的方法冶炼的钢，经过重熔处理后可以去除80%?90%的非金属夹杂物；同时由于结晶器与水冷却板的强冷却作用，在熔炼过程中晶粒来不及长大，在钢锭内部呈细小均匀分布，从而达到改善钢锭内部组织结构的作用。而且，电渣重熔法对产品的化学成分、夹杂物的形态、结晶方向、枝晶间距、显微偏析等均可以在不同程度上予以控制，电渣重熔技术在现代工业生产中有着不可替代的作用。
[0004]在现代冶金中，电渣重熔已经成为有效地去除钢中非金属夹杂物的主要手段之一。电渣重熔法炼钢的迅速发展是由于其本身固有的优点决定的。而且电渣炉设备简单，容易制造，因而投资少，逐渐被应用到大型的工业生产中。目前，很多冶金工作者对电渣重熔技术做了进一步改进，发明了真空电渣重熔、高压电渣重熔、导电结晶器、快速电渣重熔等技术。刘喜海、刘景远，单丹阳等曾对真空电渣重熔的冶金性能做了研宄，研宄表明:真空电渣重熔技术在去除钢中的气体和非金属夹杂物方面取得了较好的效果，但是由于增加了真空系统，因此设备比较复杂，造价也比普通的电渣重熔炉高很多，成本较高。
[0005]最新研宄表明，利用超声波所固有的特性，将超声波作为外场对金属液的脱气、凝固组织的晶粒细化以及防止偏析等有很好的促进作用。但现有技术中，对于如何有效的在电渣重熔过程中施加超声波，从而提高冶炼钢种质量一直是困扰冶金行业多年的一个难题。
[0006]中国专利申请号:200610038279.8，申请日:2006年2月14日，发明创造名称为:
多元相增强金属复合材料制造工艺及设备，该申请案公开了一种制造多元相增强金属基复合材料的设备，该设备由原位反应合成增强体设备和外加增强体熔铸设备组成，其中原位反应合成增强体设备由感应炉、压力机和球磨机组成。外加增强体熔铸设备由工作台、电极把持器、水冷结晶器、组合式水冷结晶器、电磁搅拌器、超声波振动器、送料器、金属液体中间包、底水箱和抽锭设备组成。使用该设备生产多元相增强金属基复合材料时，生产工艺简单，生产成本低，工艺易于控制。该申请案的缺点在于:简单地将一个超声波振动器安装在芯棒或水冷结晶器上，单个超声波振动器并不能有效地利用超声波的空化效应、声流效应以及机械效应，从而不能使钢锭的组织致密均匀及去除钢锭中的夹杂物，进而达不到有效提高冶炼钢种质量的目标；同时超声波振动器安装在芯棒上容易受到高温破坏。
【实用新型内容】
[0007]1.实用新型要解决的技术问题
[0008]本实用新型的目的在于克服现有技术中不能有效的在电渣重熔过程中施加超声波提高冶炼钢种质量的不足，提供了一种在电渣重熔中导入超声波的装置，实现了以下功能:(I)、降低钢中气体和夹杂物的含量；(2)、使冶炼钢种获得致密均匀的结晶组织。
[0009]2.技术方案
[0010]为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为:
[0011]本实用新型的一种在电渣重熔中导入超声波的装置，包括变压器、导线、电极夹持器、自耗电极和结晶器，所述的结晶器包括结晶器腔体和结晶器冷却壁，所述的结晶器冷却壁包括结晶器冷却壁侧壁和结晶器冷却壁底部，还包括超声波发生机构、侧壁导波探头和底部导波探头，其中:
[0012]所述的结晶器冷却壁侧壁在高度方向上等间距地安装一排侧壁导波探头，上述一排侧壁导波探头中的一个与一个超声波发生机构的输出端相连；
[0013]所述的结晶器冷却壁底部上安装三个底部导波探头，上述三个底部导波探头在结晶器冷却壁底部安装点的连线呈等边三角形，上述等边三角形的中心与结晶器冷却壁底部的中心在同一点，上述三个底部导波探头分别与三个超声波发生机构的输出端相连；
[0014]所述的超声波发生机构包括超声波电源、超声波换能器和变幅杆，所述的超声波电源的输出端与超声波换能器的输入端相连，超声波换能器的输出端与变幅杆的输入端相连，变幅杆的输出端即为该超声波发生机构的输出端。
[0015]作为本实用新型更进一步的改进，所述的侧壁导波探头通过焊接的方式固定在结晶器冷却壁侧壁上，所述的底部导波探头通过焊接的方式固定在结晶器冷却壁底部。
[0016]作为本实用新型更进一步的改进，所述的电极夹持器在水平方向和竖直方向上设置有移动导轨。
[0017]作为本实用新型更进一步的改进，所述的变压器采用单相交流变压器，变压器有两个输出端，变压器的一个输出端与自耗电极相连，变压器的另一个输出端与结晶器底部相连。
[0018]3.有益效果
[0019]采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0020](I)本实用新型的一种在电渣重熔中导入超声波的装置，侧壁导波探头和底部导波探头配合使用，侧壁导波探头导入超声波，利用超声波的空化效应、声波效应以及机械效应，形成均匀的柱状晶，底部导波探头导入超声波，利用超声波的机械效应，打碎刚刚形成的柱状晶，形成晶核，进而形成等轴晶，促使经过电渣重熔的钢获得致密均匀的结晶组织，明显提高钢的力学性能。
[0021](2)本实用新型的一种在电渣重熔中导入超声波的装置，在电渣重熔过程中，通过侧壁导波探头和底部导波探头导入超声波，由于超声波的空化效应、声流效应以及机械效应的作用，增加了金属液滴与熔渣的接触时间和接触面积，金属液滴与熔渣发生了更彻底的物理化学反应，大大提高了钢中夹杂物的去除率，同时有效地降低钢中气体的含量，从而获得洁净度较高的钢。
[0022](3)本实用新型的一种在电渣重熔中导入超声波的装置，侧壁导波探头安装在结晶器冷却壁侧壁上、底部导波探头安装在结晶器冷却壁底部上，通过结晶器腔体内冷却水的冷却作用能有效地保护侧壁导波探头和底部导波探头，避免侧壁导波探头和底部导波探头遭到高温破坏。
[0023](4)本实用新型的一种在电渣重熔中导入超声波的装置，结构设计合理，实用性强，制造成本低，对提高冶炼钢种质量有明显的改善效果，便于推广使用。
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型的一种在电渣重熔中导入超声波的装置的结构示意图；
[0025]图2为开启不同功率的超声波电源后钢锭中夹杂物的尺寸。
[0026]示意图中的标号说明:
[0027]1、变压器；2、导线；3、电极夹持器；4、自耗电极；5、熔渣；6、钢液熔池；7、结晶器；
8、钢锭；9、超声波电源；10、超声波换能器；11、变幅杆；12、侧壁导波探头；13、底部导波探头。
【具体实施方式】
[0028]为了进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。
[0029]实施例1
[0030]如图1所示，本实施例的一种在电渣重熔中导入超声波的装置，熔炼GCrl5轴承钢钢锭，变压器I容量为100KVA，高压端380V，低压端电压为34V。电渣炉为单立柱单相电渣炉，重熔渣系为30% Al203+70% CaF2，渣量为0.8kg。重熔采用固渣启动，引弧渣为50%CaF2+50% T12，起弧电压为31V，电流为100A0冷却水压力为0.2?0.3MPa。
[0031]本实施例的一种在电渣重熔中导入超声波的装置，包括变压器1、导线2、电极夹持器3、自耗电极4和结晶器7，其中:结晶器7包括结晶器腔体和结晶器冷却壁，结晶器冷却壁包括结晶器冷却壁侧壁和结晶器冷却壁底部。变压器I采用单相交流变压器，变压器I有两个输出端，变压器I的一个输出端与自耗电极4相连，变压器I的另一个输出端与结晶器7底部相连。在通电过程中，熔渣5中产生焦耳热，使侵入熔渣5中的自耗电极4下端头逐渐熔化，熔融金属汇聚成金属液滴，金属液滴穿过熔渣5落入结晶器7形成钢液熔池6，钢液熔池6受冷却水水冷作用，迅速凝固形成钢锭8。在自耗电极4下端头金属液滴形成阶段，以及金属液滴穿过熔渣5滴落阶段，钢-渣充分接触，钢中非金属夹杂物被熔渣5所吸收。钢中有害元素(硫、铅、锑、