確定單電源雙回路電渣重熔過程中工藝參數(shù)的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金技術領域，具體涉及一種確定單電源雙回路電渣重熔過程中工藝參數(shù)的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]電渣重熔因其生產(chǎn)的鑄錠縮孔、疏松、宏觀偏析等缺陷較少，并且具有成分均勻、組織致密以及夾雜物細小彌散分布等特點，因此被廣泛的應用于多種材料的終端冶煉工藝。電渣重熔的金屬熔池形狀和深度直接決定材料的凝固質量，一般“V”字形的金屬熔池往往會導致鑄錠表面質量不好，并且材料的結晶方向往往為徑向結晶，這對凝固質量不利。眾多研究者普遍認為，“U”字形的金屬熔池對鑄錠表面質量和內部質量的控制更為有利。然而，電渣重熔過程金屬熔池的控制往往受到電流、電極插入深度、渣池高度等工藝參數(shù)的影響。
[0003]電流電壓過高，渣溫升高，元素的氧化加重；電壓過高，電極埋入渣池的深度減小，增加電極的氧化，使鋼中的夾雜物數(shù)量增加;合適的電流有利于形成良好表面質量的鑄錠，但電流過大會使電壓過低，電極插入渣池太深，造成渣池表面的溫度太低，反而不利于表面質量的控制。
[0004]Holly學者曾經(jīng)指出，為了獲得良好的電渣鋼錠表面質量，需要金屬熔池具有圓柱段高度10_以上。由于電渣重熔過程中大部分電流在渣池中都是在渣金界面的中心區(qū)域通過的，而渣金界面靠近結晶器內壁的位置電流很小，這就會導致這個區(qū)域焦耳生熱率很低，金屬熔池成“V”形，使渣金界面靠近結晶器內壁位置基本不能獲得圓柱段。綜上，傳統(tǒng)的電渣重熔過程工藝參數(shù)設置不合理，就無法獲得金屬熔池的圓柱段高度。究其原因是傳統(tǒng)的電渣重熔過程，電流主要集中于自耗電極下方，導致渣金界面結晶器內壁位置渣池發(fā)熱量不足。因此，良好的鑄錠表面質量和淺平狀的金屬熔池很難同時實現(xiàn)。
[0005]采用導電結晶器的電渣重熔過程，不僅具有傳統(tǒng)電渣重熔系統(tǒng)的電流回路:變壓器—自耗電極—渣池—金屬熔池—底水箱—變壓器，而且還具有靠近結晶器側的電流回路:變壓器—導電結晶器—渣池—金屬熔池—底水箱—變壓器。導電結晶器側的電路供電為渣金界面圓周位置提供了更大的電流密度，有利于結晶器內壁周圍渣池的生成熱傳遞給金屬熔池，從而有利于獲得比較理想的“U”字形的金屬熔池，進而有利于得到結晶質量良好的電渣鑄錠。
[0006]文南犬(Investigat1n of the implicat1ns of the current conductive moldtechnology with respect to the internal and surface quality of ESR ingots,Liquid Metal Processing and Casting 2011, 57-64.)提出了一種米用雙電源雙回路導電結晶器冶煉X12CrNiMoV鋼的方法，并指出采用導電結晶器雙電源雙回路進行冶煉后，金屬熔池成“U”形;元素的偏析程度降低，且當電流的分配比為1:1，且熔速較快的情況下，鑄錠的表面質量最好。但雙電源雙回路的兩個電源在處理過程很容易發(fā)生相互干擾而影響最終的實施效果。而單電源雙回路不僅能夠達到雙電源雙回路的冶煉效果，而且只是用一個變壓器供電，因此有利于國內現(xiàn)有電渣爐技術的改造。但采用單電源雙回路供電后，兩條回路的電流分配情況以及總回路工藝參數(shù)將存在一定的依賴關系，如果電流分配比不合理，所冶煉鑄錠的表面質量和凝固質量均較差。對于合適的電流分配，鑄錠的表面質量和內部凝固質量均能夠得到較大的提高。如果采用真正的電渣爐摸索這種依賴關系，則需要浪費大量的人力物力。
[0007]CN104330411公開了一種動態(tài)觀測模擬電渣重熔過程熔滴行為的裝置，該裝置可模擬傳統(tǒng)單電源單回路電渣重熔過程中熔滴滴落過程，并未考慮導電結晶器對電渣重熔過程的作用，且未考慮導電溶液液面高度的影響。

【發(fā)明內容】

[0008]針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種確定單電源雙回路電渣重熔過程中工藝參數(shù)的裝置及方法，所述裝置及方法采用物理模擬實際單電源雙回路電渣重熔生產(chǎn)過程的熔煉體系，確定其中的渣池高度、電極插入深度、電流分配比等主要工藝參數(shù)，為實際生產(chǎn)過程提供有利參考。本發(fā)明的技術方案如下:
一種確定單電源雙回路電渣重熔過程中工藝參數(shù)的裝置，包括絕緣支架、石英燒杯、調壓器、金屬電極、模擬導電體的導電金屬片和模擬底部銅板的導電金屬片;絕緣支架上設有支撐平臺，石英燒杯和用于測量導電溶液高度及金屬電極插入導電溶液深度的刻度尺位于支撐平臺上；金屬電極上部通過導線與調壓器的一極相連，下部浸入至石英燒杯內部的導電溶液中；模擬導電體的導電金屬片形狀為環(huán)形，固定于石英燒杯內壁上，并部分浸入導電溶液中，模擬導電體的導電金屬片暴漏在導電溶液外的部分通過導線與調壓器的一極相連;模擬底部銅板的導電金屬片設置在石英燒杯底部，通過導線與調壓器的另一極相連。
[0009]所述裝置中，還設有溫度計，插入石英燒杯內部的導電溶液中。
[0010]所述裝置中，還設有數(shù)顯電壓表，且數(shù)顯電壓表與調壓器并聯(lián)。
[0011]所述裝置中，還設有數(shù)顯電流表，數(shù)量為2，分別位于模擬導電體的導電金屬片與調壓器連接的導線上以及金屬電極與調壓器連接的導線上。
[0012]所述裝置中，金屬電極以及模擬導電體的導電金屬片與調壓器的同一極連接。
[0013]所述裝置中，金屬電極的尺寸與石英燒杯的尺寸關系按照電渣重熔過程中直徑充填比的要求設置。
[0014]所述裝置中，金屬電極的材質為伍德合金、不銹鋼，用于模擬電極。
[0015]所述裝置中，導電金屬片的材質選用不和導電溶液起反應的金屬材料，包括鉬片、銅片、鎳片、錫片和鉑片，用于模擬導電體。
[0016]所述的調壓器為接觸式自耦調壓器。
[0017]采用所述裝置確定單電源雙回路電渣重熔過程中工藝參數(shù)的方法，按照以下工藝步驟進行:
(1)按照1600?1800°C含氟渣系的電導率參數(shù)范圍配置導電溶液，并將導電溶液裝入石英燒杯中，調整導電溶液的液面高度在30?60mm;
(2)調整模擬導電體的導電金屬片在導電溶液中的插入深度在5?20mm，以及金屬電極在導電溶液中的插入深度在5?10mm;
(3)接通電源，調節(jié)調壓器的電壓值在10~36V，金屬電極、導電溶液、模擬底部銅板的導電金屬片和調壓器以及模擬導電體的導電金屬片、導電溶液、模擬底部銅板的導電金屬片和調壓器構成兩條通電回路；
(4)待數(shù)顯電壓表讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄在50?80°C下兩個數(shù)顯電流表的多組電流示數(shù)，并分別得到相應溫度下雙回路的電流分配比，求取電流分配比的總平均值。
[0018]所述方法中，導電溶液為氯化鈉溶液或氯化鉀溶液，濃度為0.1221?0.4884mol/L。
[0019]所述方法中，通過調節(jié)導電溶液在石英燒杯中的液面高度來模擬電渣重熔的渣池高度。
[0020]所述方法中，通過導電溶液自身的電阻加熱導電溶液至不同的溫度，使導電溶液的電導率同電渣重熔高溫熔渣電導率相匹配的情況下，得到雙回路的功率分配情況。
[0021]所述方法中，根據(jù)步驟(4)獲得的電流分配比例、導電溶液的高度、電極充填比以及模擬導電體的導電金屬片插入導電溶液的深度，進而推導出工業(yè)上電渣重熔過程中在一定充填比的前提下，適合此結晶器進行冶煉的其他工藝參數(shù)。
[0022]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明利用可視化的微型單電源雙回路電渣重熔模擬系統(tǒng)對工業(yè)生產(chǎn)上電渣重熔過程中的電流分配比、電極插入深度、導電溶液高度、導電體插入深度進行探索，并且本發(fā)明系統(tǒng)所采用的氯化鈉或氯化鉀導電溶液，與1600?1800°C含氟渣系的電導率參數(shù)范圍相近，實現(xiàn)了實驗室范圍的電渣重熔冶煉過程模擬，可以有效獲得適合大型單電源雙回路電渣重熔的冶煉工藝參數(shù)。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例1的確定單電源雙回路電渣重熔過程中工藝參數(shù)的裝置的結構示意圖；其中1、絕緣支架，2、橫梁、3溫度計，4、模擬導電體的鉬片，5、石英燒杯，6、模擬底部銅板的鉬片，7、支撐平臺，8、刻度尺，9、模擬熔渣的導電溶液，10和11、數(shù)顯電流表，12、接觸式自耦調壓器，13、數(shù)顯電壓表，14、伍德合金電極；
圖2為本發(fā)明裝置的電路原理圖，其中Αι和A2表不電流表，V表不電壓表，R表不電阻。
【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明實施例中采用的接觸式自耦調壓器型號為德力西TDGC2-3KVA系列調壓器。
[0025]實施例1
一種確定單電源雙回路電渣重熔過程中工藝參數(shù)的裝置，包括絕緣支架1、溫度計3、石模擬導電體的鉬片4、石英燒杯5、模擬底部銅板的鉬片6、數(shù)顯電流表10和11、接觸式自耦調壓器12、數(shù)顯電壓表13、以及伍德合金電極14;絕緣支架2上設有懸掛金屬電極的橫梁2和支撐平臺7;石英燒杯5的直徑為80mm，其和用于測量導電溶液高度及金屬電極插入導電溶液深度的刻度尺8位于支撐平臺7上;溫度計3插入石英燒杯5內部的導電溶液中；模擬導電體的鉬片4形狀為環(huán)形，固定于石英燒杯內壁上，并部分浸入導電溶液中，模擬導電體的鉬片4暴漏在導電溶液外的部分通過導線與接觸式自耦調壓器12的一極相連;模擬底部銅板的鉬片6設置在石英燒杯5底部，通過導線與接觸式自耦調壓器12的另一極相連;數(shù)顯電流表10和11分別位于模擬導電體的鉬片4與接觸式自耦調壓器13連接的導線上以及伍德合金電極14與接觸式自耦調壓器12連接的導線上;數(shù)顯電壓表13與接觸式自耦調壓器12并聯(lián);伍德合金電極14上部通過導線與接觸式自耦調壓器12的一極相連，下部浸入至石英燒杯5內部的導電溶液中，且伍德合金電極14以及模擬導電體的鉬片4與接觸式自耦調壓器12的同一極連接。
[0026]上述裝置中，充填比設置為0.5。
[0027]采用上述裝置確定單電源雙回路電渣重熔過程中工藝參數(shù)的方法，按照以下工藝步驟進行:
(1)按照1700°C含氟渣系的電導率參數(shù)范圍配置濃度為0.1221mol/L的氯化鈉溶液，并將氯化鈉溶液裝入石英燒杯中，調整氯化鈉溶液的液面高度在40mm;
(2)調整模擬導電體的鉬片在導電溶液中的插入深度在20mm，以及金屬電極在導電溶液中的插入深度分別為5mm、7mm和8.5mm；
(3)接通電源，調節(jié)調壓器的電壓值在10V，金屬電極、導電溶液、模擬底部銅板的鉬片和調壓器以及模擬導電體的鉬片、導電溶液、模擬底部銅板的鉬片和調壓器構成兩條通電回路；
(4)待數(shù)顯電壓表讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄在50°C、55°C、60°C、65°C、70°C、75°C和80°C下，兩個數(shù)顯電流表在相同溫度下的多組電流示數(shù)。
[0028]根據(jù)步驟(4)的電流讀數(shù)獲得兩條回路在金屬電極在導電溶液中的插入深度分別為5mm、7mm和8.5mm時的電流分配比總平均值分別為1.205,1.276和1.884，根據(jù)電流分配比例，電極充填比0.5，導電溶液的高度40mm，模擬導電體的鉬