專利名稱：一種電渣液態(tài)澆鑄方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電渣重熔技術，具體地說是一種電渣液態(tài)澆鑄方法。
背景技術：
電渣重熔(electroslag remelting)是利用電流通過熔渣時產(chǎn)生的電阻熱作為熱源進行熔煉的方法。其主要目的是提純金屬并獲得潔凈組織均勻致密的鋼錠。經(jīng)電渣重熔的鋼，純度高、含硫低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、潔凈均勻致密、金相組織和化學成分均勻。電渣鋼的鑄態(tài)機械性能可達到或超過同鋼種鍛件的指標。電渣鋼錠的質量取決于合理的電渣重熔工藝和保證電渣工藝的設備條件。 電渣重熔的產(chǎn)品品種多，應用范圍廣。其鋼種有碳素鋼、合金結構鋼、軸承鋼、模具鋼、高速鋼、不銹鋼、耐熱鋼、超高強度鋼、高溫合金、精密合金、耐蝕合金、電熱合金等400多個鋼種。此外，可用電渣法直接熔鑄異形鑄件，可以鑄代鍛，簡化生產(chǎn)工序，提高金屬的利用率。 把平爐、轉爐、電弧爐或感應爐冶煉的鋼鑄造或鍛壓成為電極，通過熔渣電阻熱進行二次重熔的精煉工藝，英文簡稱ESR。 傳統(tǒng)電渣重熔(ESR)是利用電流通過液態(tài)熔渣產(chǎn)生電阻熱加熱和精煉金屬的一種特種熔煉方法。其目的是在初煉的基礎上進一步提純鋼、合金和改善鋼錠的結晶組織，從而獲得高質量的、組織均勻致密的鋼錠。圖1是傳統(tǒng)電渣重熔方法示意圖，其中，l-自耗電
極；2-水冷結晶器；3-渣池；4_金屬熔池；5_渣殼；6_鋼錠；7_底水箱；8_金屬熔滴；9_變壓器；10-大電流導體。具體過程如下 在銅制水冷結晶器內盛有熔融的爐渣，自耗電極一端插入熔渣內。自耗電極、渣池、金屬熔池、鋼錠、底水箱通過短網(wǎng)導線和變壓器形成回路。在通電過程中，渣池放出焦耳熱，將自耗電極端頭逐漸熔化，熔融金屬匯聚成液滴，穿過渣池，落入結晶器，形成金屬熔池，受水冷作用，迅速凝固形成鋼錠。在電極端頭液滴形成階段，以及液滴穿過渣池滴落階段，鋼-渣充分接觸，鋼中非金屬夾雜物為爐渣所吸收。鋼中有害元素(硫、鉛、銻、鉍、錫)通過鋼-渣反應和高溫氣化可以有效地去除。液態(tài)金屬在渣池覆蓋下，基本上避免了再氧化。因為是在銅制水冷結晶器內熔化、精煉、凝固的，這就杜絕了耐火材料對鋼的污染。鋼錠凝固前，在它的上端有金屬熔池和渣池，起保溫和補縮作用，保證鋼錠的致密性。上升的渣池在結晶器內壁上形成一層薄渣殼，不僅使鋼錠表面光潔，還起絕緣和隔熱作用，使更多的熱量向下部傳導，有利于鋼錠自下而上的定向結晶。由于以上原因，電渣重熔生產(chǎn)的鋼錠的質量和性能得到改進，合金鋼的低溫、室溫和高溫下的塑性和沖擊韌性增強，鋼材使用壽命延長。
電渣重熔技術具有以下優(yōu)點 1)產(chǎn)品性能優(yōu)越，純度高、含硫量低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、結晶均勻致密、金相組織和化學成分均勻。 2)生產(chǎn)靈活，電渣重熔設備簡單，操作方便。
3)工藝穩(wěn)定，質量與性能的再現(xiàn)性高。 4)經(jīng)濟合理，設備簡單、操作方便、生產(chǎn)費用低于真空電弧重熔，金屬成材率高。 5)過程可控，過程控制參量較少，目標參量易達到，便于自動化。 傳統(tǒng)電渣爐冶煉過程中，鋼錠重熔速度是依據(jù)熔化速度與重熔錠直徑之比值在1
以下或略大于1的原則來控制的。對于一些易偏析合金(如工具鋼、高溫合金等)，這一比
值低至O. 65 0. 75，這樣，重熔鋼錠時熔化速度就很慢。因而傳統(tǒng)電渣重熔方法的缺點是
生產(chǎn)效率很低、生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)成本高；同時金屬電極的制備不但使得生產(chǎn)成本增加，而
且使得工序復雜、生產(chǎn)周期長。

發(fā)明內容
為了克服傳統(tǒng)電渣重熔方法存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種電渣液態(tài)澆鑄
方法，該電渣液態(tài)澆鑄(ESR LM)方法可以大幅度提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的 —種電渣液態(tài)澆鑄方法，其特征在于該方法包括以下步驟 1)將精煉后的鋼水注入中包中，啟動中包感應加熱電源對鋼水進行加熱； 2)將引錠裝置與結晶器封好后，利用化渣臂在結晶器內化好預定重量的液態(tài)爐
渣，將中包移動至澆注工位，澆注水口與結晶器對中后開始澆注鋼水； 3)當熔渣液面達到設定高度后開始抽錠，同時高壓合閘，使電流通過熔渣，熔渣的電阻占據(jù)了變壓器二次電壓的大部分壓降，在渣池中產(chǎn)生了大量的焦耳熱，使爐渣處于高溫熔融狀態(tài)，抽錠速度與液態(tài)鋼水澆鑄的速度相匹配； 4)鋼錠出結晶器口后開啟二次冷卻裝置，增強冷卻速度以保證凝固質量，完成電渣液態(tài)澆鑄。 本發(fā)明在步驟l)中，轉爐出鋼后將鋼水進行LF爐工位二次精煉。在步驟3)中，所述熔渣液面達到設定高度為渣液面到達導電結晶器位置。在步驟2)中，正常澆注期控制澆注過程鑄坯的金屬熔池形狀恒定和鑄坯表面質量，根據(jù)澆注速度、澆注溫度的變化，實時調整輸入結晶器的功率，使結晶器內的溫度分布保持恒定。 本發(fā)明中，由于液態(tài)電渣澆注速度較傳統(tǒng)連鑄的澆注速度慢很多，一包鋼水的澆注時間要達數(shù)小時，實現(xiàn)中包內鋼水的加熱是必要的，這樣可使?jié)沧㈨樌M行。因此，中包需要采取加熱保溫措施。 為了保證鋼水的精煉和鋼錠的凝固質量，需要對結晶器內渣池進行持續(xù)加熱使其保持高溫熔融狀態(tài)。 由于鋼錠凝固過程中不同階段的冷卻條件不同，所以為保證鋼錠凝固質量需要對澆注速度進行控制調節(jié)。 由于鋼錠澆注速度較電渣重熔速度提高了 5 8倍，所以在結晶器出口處應增加二冷裝置，增強冷卻速度以保證凝固質量。 本發(fā)明具有連續(xù)拉坯功能，能夠將鋼錠平穩(wěn)連續(xù)地按照設定速度將鋼錠拉出結晶器。為了準確地控制澆注速度，中間包需具有連續(xù)稱重功能。具有結晶器液位檢測功能，對結晶器內鋼水液面位置準確檢測，以便確定合理拉坯速度。具有化渣補縮功能，該工藝過程在開始和結束階段與傳統(tǒng)電渣重熔過程基本相似，故在結晶器旁安置一個化渣補縮裝置，以便于在結晶器內造渣和澆鑄結束階段的補縮。 本發(fā)明將精煉后的鋼水由鋼包輸送至澆注平臺上，當中包車移動至接鋼水工位， 利用行車將大包鋼水經(jīng)長水口迅速注入中間包中。啟動中包感應加熱電源對鋼水進行加 熱。 將引錠裝置與結晶器封好后，利用化渣臂在結晶器內化好一定量的液態(tài)爐渣，將 中包車移動至澆注工位，澆注水口與結晶器對中后開始澆注鋼水，當熔渣液面達到一定高 度后開始抽錠，同時高壓合閘，便有電流通過熔渣，熔渣的電阻相對較大，占據(jù)了變壓器二 次電壓的大部分壓降，從而在渣池中產(chǎn)生了大量的焦耳熱，使爐渣處于高溫熔融狀態(tài)。抽錠 速度與液態(tài)鋼水澆鑄的速度相匹配。 由于液態(tài)金屬在流過渣池過程中以及金屬熔池內的金屬和爐渣之間要發(fā)生一系 列的物理化學反應，從而可去除金屬中有害雜質元素和非金屬夾雜物。渣池使結晶器內壁 和鋼錠之間形成一層渣殼，它不僅使鋼錠表面平滑光潔，而且降低了徑向導熱，有利于自下 而上的順序結晶，改善了鋼錠內部的結晶組織。 與傳統(tǒng)電渣重熔相比，本發(fā)明無需采用自耗電極，生產(chǎn)成本低，工序簡單。采用該 方法將生產(chǎn)率提高至5 8倍，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。


圖1是傳統(tǒng)電渣重熔方法示意圖；
圖2是本發(fā)明方法示意圖；
圖3是本發(fā)明工藝流程圖。
具體實施例方式
利用煉鋼廠30噸轉爐提供初煉鋼水，后面利用30噸LF進行精煉。
造渣用原料主要有螢石、工業(yè)氧化鋁和石灰等，具體成分要求如下
1)螢石CaF2 > 95. 0%， Si02《2%， S、P《0. 05%，粒度《5 10mm ;
2)氧化鋁A1203 > 97%，粒度《0. 5mm ; 3)石灰CaO > 90 % ， Si02《2. 5 % ， S、 P《0. 05 % ，粒度10 20mm ;
4)鎂砂MgO > 95%， Si02《2. 0%， S、P《0. 01%，粒度《3 5mm ;
5)硅石Si02 > 95%，粒度1 5mm。
渣料烘烤制度 1)螢石、氧化鋁、鎂砂、硅石的烘烤溫度> 800°C ，保溫時間> 8小時； 2)石灰烘烤溫度^ 80(TC，保溫時間^ 10小時，使用時溫度不小于200°C。
圖2是本發(fā)明方法示意圖；其中，ll-中包；12-結晶器；13_液態(tài)渣池；14_金屬熔
池；15-鋼錠；16-抽錠機構；17-二次冷卻裝置；18_化渣臂；19_中包車。
—種電渣液態(tài)澆鑄方法，該方法包括以下步驟 1)將精煉后的鋼水送至澆注平臺上，將大包鋼水經(jīng)長水口迅速注入中間包中，啟 動中包感應加熱電源對鋼水進行加熱。轉爐出鋼后將鋼水運至進行LF爐工位二次精煉；
2)將引錠裝置與結晶器封好后，利用化渣臂在結晶器內化好預定的重量的液態(tài)爐 渣，將中包車移動至澆注工位，澆注水口與結晶器對中后開始澆注鋼水。由于液態(tài)電渣澆注
5速度較傳統(tǒng)連鑄的澆注速度慢很多，一包鋼水的澆注時間要達數(shù)小時。因此，需要采取加熱 保溫措施。 3)當熔渣液面達到設定高度后開始抽錠，同時高壓合閘，使電流通過熔渣，熔渣的 電阻相對較大，占據(jù)了變壓器二次電壓的大部分壓降，在渣池中產(chǎn)生了大量的焦耳熱，使爐 渣處于高溫熔融狀態(tài)，抽錠速度與液態(tài)鋼水澆鑄的速度相匹配；
4)鋼錠出結晶器口后開啟二次冷卻裝置，完成電渣液態(tài)澆鑄。
本發(fā)明的工藝流程見圖3，具體如下 1)轉爐出鋼后將鋼水運至進行LF爐工位二次精煉；同時進行中包烘烤，和利用化 渣裝置化渣； 2)將鋼包經(jīng)過跨車運到澆注工位 3)行車將大包鋼水經(jīng)長水口迅速注入中間包中 4)蓋好中包蓋，開通中包電源對鋼水進行感應加熱，同時吹氬精煉；
5)控制鋼水流量按照一定的流速澆注到結晶器中； 6)渣液面到達導電結晶器位置，開通結晶器電源對熔渣進行加熱，同時開始抽錠 操作； 7)鋼錠出結晶器口后開啟二次冷卻裝置。 本發(fā)明中包車主要具有移動行走功能。中包車行走由電機驅動，同時中包車具有 稱重功能，以便確定澆鑄速度。為了確定澆鑄速度及中包內的鋼水量，對整個中包系統(tǒng)進行 稱量。稱重傳感器安裝在中包吊耳支架下方，從而實現(xiàn)對整個中包重量的稱量。
中包澆注速度控制范圍80-150kg/min ;精度士5kg/min。 本發(fā)明的結晶器分為兩個部分，其中上部為導電加熱熔渣，下部鋼錠成型作用。采 用鋼和銅組合結構。 為了加速鑄坯的冷卻，提高凝固速度和澆注速度，在鑄坯出結晶器口的約600mm
高度范圍內在圓周方向均勻設置汽霧噴嘴對鑄坯進行進一步強制冷卻。 為了防止冷卻水流入鋼錠下部，采用一個環(huán)形的帶壓縮空氣內封的集水裝置收集
從二冷區(qū)往下流淌的冷卻水，抽出后循環(huán)使用。 抽錠速度以保證結晶器渣金液面位置恒定為原則。通過液面檢測信號，通過PLC 自動調節(jié)拉坯速度。
權利要求
一種電渣液態(tài)澆鑄方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)將精煉后的鋼水注入中包中，啟動中包感應加熱電源對鋼水進行加熱；2)將引錠裝置與結晶器封好后，利用化渣臂在結晶器內化好預定重量的液態(tài)爐渣，將中包移動至澆注工位，澆注水口與結晶器對中后開始澆注鋼水；3)當熔渣液面達到設定高度后開始抽錠，同時高壓合閘，使電流通過熔渣，熔渣的電阻占據(jù)了變壓器二次電壓的大部分壓降，在渣池中產(chǎn)生了大量的焦耳熱，使爐渣處于高溫熔融狀態(tài)，抽錠速度與液態(tài)鋼水澆鑄的速度相匹配；4)鋼錠出結晶器口后開啟二次冷卻裝置，增強冷卻速度以保證凝固質量，完成電渣液態(tài)澆鑄。
2. 根據(jù)權利要求l所述的電渣液態(tài)澆鑄方法，其特征在于在步驟l)中，轉爐出鋼后將鋼水進行LF爐工位二次精煉。
3. 根據(jù)權利要求1所述的電渣液態(tài)澆鑄方法，其特征在于在步驟3)中，所述熔渣液面達到設定高度為渣液面到達導電結晶器位置。
4. 根據(jù)權利要求1所述的電渣液態(tài)澆鑄方法，其特征在于在步驟2)中，正常澆注期控制澆注過程鑄坯的金屬熔池形狀恒定和鑄坯表面質量，根據(jù)澆注速度、澆注溫度的變化，實時調整輸入結晶器的功率，使結晶器內的溫度分布保持恒定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電渣液態(tài)澆鑄方法，將精煉后的鋼水注入中間包中，啟動中包感應加熱電源對鋼水進行加熱；將引錠裝置與結晶器封好后，利用化渣臂在結晶器內化好預定重量的液態(tài)爐渣，將中包車移動至澆注工位，澆注水口與結晶器對中后開始澆注鋼水；當熔渣液面達到設定高度后開始抽錠，同時高壓合閘，使電流通過熔渣，使爐渣處于高溫熔融狀態(tài)，抽錠速度與液態(tài)鋼水澆鑄的速度相匹配；鋼錠出結晶器口后開啟二次冷卻裝置，完成電渣液態(tài)澆鑄。該電渣液態(tài)澆鑄方法可以大幅度提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號C22B9/18GK101748282SQ20091018345
公開日2010年6月23日 申請日期2009年9月22日 優(yōu)先權日2009年9月22日
發(fā)明者單丹陽, 吳小江, 姜周華, 戴洪祥, 朱國慶, 沙駿, 胡道峰, 臧喜民, 蘇龍丹, 鄧鑫, 郎秋燕, 馬軍 申請人:沈陽東大材料先進制備技術工程研究中心;南京鋼鐵股份有限公司