專利名稱：連鑄式電渣爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬電渣重熔設備技術領域，特別涉及一種連鑄式電渣爐，應用在金屬重熔冶煉過程中。
背景技術：
電渣爐是利用電流通過熔渣時產生的電阻熱作為熱源進行熔煉的一種冶金設備。經電渣爐冶煉的鋼，具有純度高、硫含量低、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的優(yōu)點。因此，電渣爐設備在國內外鋼鐵、機械等行業(yè)得到了廣泛的應用。隨著電渣設備的發(fā)展，在熔煉小直徑鋼錠時存在如下主要缺陷1、傳統(tǒng)電渣爐冶煉過程中，鋼錠重熔速度是依據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0.65～0.75，這樣，重熔小直徑鋼錠時熔煉速度就很慢，生產效率很低，造成冶煉費用相當高。不僅如此，當需要重熔的鋼錠尺寸小于100mm時，由于要保證操作時的安全間隙，即使電極直徑非常小，實際上也無法正常生產。因此，盡管小直徑重熔錠具有細小的枝晶結構并且可以直接軋制，但是目前應用推廣直徑小于300mm的重熔錠仍然很難。
2、電渣重熔鋼錠的枝晶組織與鋼錠直徑有直接關系。一般來說，鋼錠直徑越大，局部凝固時間越長，枝晶間距越大。當鋼錠尺寸大到一定值時，鋼錠中心會產生偏析，甚至疏松和縮孔。例如，高速工具鋼，當鋼錠尺寸較大時，即使熔化速度很低，也會出現碳化物尺寸偏大，偏析超標的問題，因此嚴重影響了鋼材質量。
3、傳統(tǒng)電渣重熔采用一次重熔一個鋼錠的間歇式生產方式，這樣不僅生產效率低，而且鋼錠在后步鍛造或初軋開坯過程中鋼錠頭尾去除量較大，鋼的成材率很低，因而生產成本也較高。

發(fā)明內容
為了解決上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種連鑄式電渣爐。它是結合了電渣重熔技術和連鑄技術，即具有電渣爐的冶煉優(yōu)點，同時又具有連續(xù)鑄鋼技術的高效節(jié)能、工序簡單等優(yōu)點。
本發(fā)明包括交流供電電源、電極升降機構、電極、結晶器及其支撐機構、鋼水液面檢測裝置、拉坯機構、切割裝置及控制系統(tǒng)，在結晶器的兩側分別固定有電極升降機構，電極升降機構包括兩個橫臂和立柱，橫臂固定在立柱上，可繞立柱轉動，每個橫臂上均固定有兩個電極，電極為雙極串聯，兩側的電極及其升降機構交替工作，工作過程中，兩電極的一端分別固定在電極升降機構的橫臂上，并分別通過電纜與供電電源連接，另一端置于結晶器的內部，電極在結晶器內部熔化的同時又在其下部凝固；在結晶器的周圍固定有支撐機構，在結晶器的小截面處置有鋼水液面檢測裝置，其位置距上、下截面交接處的距離h范圍為0～200mm，鋼水液面檢測裝置的放射源為同位素Cs137；拉坯機構和切割裝置依次固定在結晶器小截面端口下方的支撐機構上，拉坯機構包括夾持輥和電機，夾持輥和電機連接，由電機來驅動夾持輥運轉，為提高鋼坯的質量，在拉坯機構與交流供電電源之間連接有電纜，切割裝置采用火焰切割，兩夾持輥之間的距離及切割裝置的位置可以根據用戶需要調節(jié)；控制系統(tǒng)分別與電極升降機構的橫臂、鋼水液面檢測裝置、拉坯機構和切割裝置電連接。
為了能夠使用大斷面的電極直接熔煉小斷面的鋼坯，本發(fā)明中的結晶器為T形水冷結晶器，即結晶器的截面形狀為T形，其上部和下部可分別為圓筒形或方筒形，上部截面面積大于下部截面面積，電極在結晶器上部腔內熔化，液態(tài)熔滴匯聚于結晶器下部腔內，并凝固成鋼坯，同時鋼坯通過拉坯機構被連續(xù)不斷地拉出結晶器。
本發(fā)明由交流供電電源、電極與爐渣形成供電回路，采用雙極串聯方式，它降低了回路感抗、提高設備功率因數，又改變了結晶器內熱分配，使鋼——渣界面遠離自耗電極端頭，熔化金屬液滴溫度較接近液相線溫度滴匯聚于金屬熔池中，使金屬熔池深度與輸入功率無關。
本發(fā)明控制系統(tǒng)的控制過程，包括以下步驟(1)開始；(2)控制系統(tǒng)通電；(3)輸入工藝參數包括設定電流下限I1，設定電流上限I2，支臂的設定行程L，允許液面波動的范圍H0，設定的鋼坯長度M；(4)交流供電電源通電；(5)熔煉開始；(6)選擇熔煉橫臂，檢測過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量，檢測鋼水液面；(7)判斷實際液面高度與設定液面高度差值的絕對值是否大于等于允許液面波動的范圍，即|ΔH|≥H0是否成立，當|ΔH|≥H0不成立時，系統(tǒng)返回到第6步的鋼水液面檢測步驟；其中ΔH為設定液面高度與實際液面高度的差值；
(8)當|ΔH|≥H0時，系統(tǒng)進行拉坯速度PID調節(jié)；(9)系統(tǒng)檢測實際鋼坯長度L3；(10)判斷L3≤M是否成立，當L3≤M時，系統(tǒng)返回到第6步的鋼水液面檢測步驟；(11)當L3≤M不成立時，系統(tǒng)進行切割操作；(12)切割操作結束后，系統(tǒng)詢問是否繼續(xù)工作；(13)如果是繼續(xù)工作，則返回第5步的冶煉開始步驟；(14)如果不需繼續(xù)工作，則系統(tǒng)結束工作。
所述第6步中熔煉橫臂選擇過程為系統(tǒng)進行橫臂電極升降PID調節(jié)；檢測橫臂上電極的實際電流I與設定電流上限I1、下限I2的關系，即判斷I1≤I≤I2是否成立，當I1≤I≤I2不成立時，系統(tǒng)返回到橫臂上的電極升降PID調節(jié)步驟；當I1≤I≤I2成立時，系統(tǒng)判斷橫臂的實際行程L1或L2與橫臂的設定行程L的關系，即判斷L1≥L或L2≥L是否成立，當L1≥L不成立時，系統(tǒng)返回到橫臂I上的電極升降PID調節(jié)步驟，當L1≥L成立時，系統(tǒng)返回到熔煉橫臂選擇的步驟；或者當L2≥L不成立時，系統(tǒng)返回到橫臂II上的電極升降PID調節(jié)步驟，當L2≥L成立時，系統(tǒng)返回到熔煉橫臂選擇的步驟；其中L1為橫臂I的實際行程，L2為橫臂II的實際行程。
所述第6步中檢測過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量的過程為首先系統(tǒng)對過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量進行檢測；系統(tǒng)提示是否報警，如果系統(tǒng)出現故障，則系統(tǒng)通過聲光報警；如果系統(tǒng)不報警，則系統(tǒng)提示是否停止冶煉；如果不停止冶煉，則返回到過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量檢測步驟；如果停止冶煉，則切斷交流供電電源，系統(tǒng)工作結束。
本發(fā)明的工作過程開始，控制系統(tǒng)通電，輸入工藝參數設定電流下限I1，設定電流上限I2，支臂的設定行程L，允許液面波動的范圍H0，設定的鋼坯長度m；交流供電電源通電，電渣爐熔煉開始在結晶器中加入固態(tài)或液態(tài)爐渣，系統(tǒng)先選擇其中一個橫臂上的兩個電極進行工作，另一個橫臂上的兩個電極處于準備狀態(tài)，即旋轉一個電極升降機構的橫臂至結晶器上方，將電極的端部插入其中，當電極與爐渣和供電電源形成供電回路時，將有電流從供電電源輸出并通過熔渣。由于熔渣具有一定的電阻，占據了大部分壓降，從而在渣池中形成大量的熱量，將插入其中的金屬電極熔化。熔化的金屬液滴從電極端部滴落，穿過爐渣匯聚于金屬熔池內，在結晶器的強制冷卻下逐漸凝固形成鋼坯，同時鋼坯被拉坯機構連續(xù)地拉出結晶器，鋼坯拉到固定長度進行切割。在整個過程中，鋼水液面檢測裝置將鋼水液面高度的檢測信號，傳入控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過控制熔速、拉速將金屬熔池的液面高度始終控制在結晶器上、下截面交接處的下方。待一個橫臂上的兩電極熔盡后，更換另一個橫臂上的電極，以保證鋼坯連續(xù)不斷地拉出，生產過程中根據需要補充渣料，以實現連續(xù)生產。在生產過程中，控制系統(tǒng)對整個的生產過程進行控制，在工作過程的同時，對電極升降機構的橫臂進行選擇，以保證爐內的電極熔盡后，及時進行更換；對過程參數檢測、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量同時進行檢測，當出現故障時，系統(tǒng)自動報警。
使用本發(fā)明與傳統(tǒng)的重熔小方坯生產技術相比，主要區(qū)別在于(1)省去了開坯、初軋等生產工序，縮短了生產周期，提高了生產效率、金屬收得率，節(jié)約能耗，減少成本。
(2)采用雙極串聯構成供電回路，具有制作、操作都很簡單，節(jié)約電能等優(yōu)點，避免了結晶器導電技術中密封和絕緣等技術難點。
(3)采用放射源為同位素Cs137的鋼水液面檢測裝置對鋼水液面進行檢測，與國外采用的放射源為Co60的鋼水液面檢測裝置相比較，具有輻射能量低、半衰期長等優(yōu)點，比傳統(tǒng)的熱電耦法、渦流法更準確、迅速。
(4)采用了交換電極、連續(xù)拉坯、在線切割等技術實現連續(xù)工作。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖；圖2是本發(fā)明的控制系統(tǒng)程序控制流程圖；圖中1.交流供電電源，2.橫臂I，3.立柱，4.電極，5.結晶器，6.爐渣，7.鋼水液面檢測裝置，8.金屬熔池，9.拉坯機構，10.切割裝置，11.鋼坯，12.支撐機構，13.控制系統(tǒng)，14.橫臂II，I為實際電流，I1為設定電流下限，I2為設定電流上限，L為橫臂的設定行程，L1為橫臂I的實際行程，L2為橫臂II的實際行程，H0為允許液面波動的范圍，ΔH為設定液面高度與實際液面高度差值，M為設定的鋼坯長度，L3為實際鋼坯長度。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步描述實施例1如圖1所示，本發(fā)明包括交流供電電源1、電極升降機構、電極4、結晶器5及其支撐機構12、鋼水液面檢測裝置7、拉坯機構9、切割裝置10及控制系統(tǒng)13，電極升降機構包括橫臂、立柱3，電極4為雙極串聯，兩電極一端分別固定在電極升降機構的橫臂上，并分別通過電纜與供電電源1連接，另一端置于結晶器5的內部，電極4在結晶器5上部熔化的同時又在其下部凝固；結晶器5為T形水冷結晶器，其上部為圓筒形，下部為方筒形，在結晶器5的周圍固定有支撐機構12，在結晶器5上、下截面交接處置有鋼水液面檢測裝置7，鋼水液面檢測裝置7的放射源為同位素Cs137，采用射線法對鋼水液面進行檢測；拉坯機構9和切割裝置10依次固定在結晶器5小截面端口下方的支撐機構12上，拉坯機構9包括夾持輥和電機，夾持輥和電機連接，由電機來驅動夾持輥運轉，切割裝置10采用火焰切割；控制系統(tǒng)13分別與電極升降機構、鋼水液面檢測裝置7、拉坯機構9的橫臂和切割裝置10電連接，控制系統(tǒng)13通過鋼水液面檢測裝置7檢測的信號，對電渣爐的運行進行控制。
其操作過程，按以下步驟(1)開始；(2)控制系統(tǒng)通電；(3)輸入工藝參數包括設定電流下限I1為4000A，設定電流上限I2為4200A，支臂的設定行程L為3m，允許液面波動的范圍H0為5mm，設定的鋼坯長度M為4m；(4)交流供電電源通電；(5)熔煉開始；(6)選擇熔煉橫臂，檢測過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量，檢測鋼水液面；(7)判斷實際液面高度與設定液面高度差值的絕對值是否大于等于允許液面波動的范圍，即|ΔH|≥H0是否成立，當|ΔH|≥H0不成立時，系統(tǒng)返回到第6步的鋼水液面檢測步驟；其中ΔH為設定液面高度與實際液面高度的差值；(8)當|ΔH|≥H0時，系統(tǒng)進行拉坯速度PID調節(jié)；(9)系統(tǒng)檢測實際鋼坯長度L3；(10)判斷L3≤M是否成立，當L3≤M時，系統(tǒng)返回到第6步的鋼水液面檢測步驟；(11)當L3≤M不成立時，系統(tǒng)進行切割操作；(12)切割操作結束后，系統(tǒng)詢問是否繼續(xù)工作；(13)如果是繼續(xù)工作，則返回第5步的冶煉開始步驟；(14)如果不需繼續(xù)工作，則系統(tǒng)結束工作。
所述第6步中熔煉橫臂選擇過程為系統(tǒng)進行橫臂電極升降PID調節(jié)；檢測橫臂上電極的實際電流I與設定電流上限I1、下限I2的關系，即判斷I1≤I≤I2是否成立，當I1≤I≤I2不成立時，系統(tǒng)返回到橫臂上的電極升降PID調節(jié)步驟；當I1≤I≤I2成立時，系統(tǒng)判斷橫臂的實際行程L1或L2與橫臂的設定行程L的關系，即判斷L1≥L或L2≥L是否成立，當L1≥L不成立時，系統(tǒng)返回到橫臂I上的電極升降PID調節(jié)步驟，當L1≥L成立時，系統(tǒng)返回到熔煉橫臂選擇的步驟；或者當L2≥L不成立時，系統(tǒng)返回到橫臂II上的電極升降PID調節(jié)步驟，當L2≥L成立時，系統(tǒng)返回到熔煉橫臂選擇的步驟；其中L1為橫臂I的實際行程，L2為橫臂II的實際行程。
所述第6步中檢測過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量的過程為首先系統(tǒng)對過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量進行檢測；系統(tǒng)提示是否報警，如果系統(tǒng)出現故障，則系統(tǒng)通過聲光報警；如果系統(tǒng)不報警，則系統(tǒng)提示是否停止冶煉；如果不停止冶煉，則返回到過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量檢測步驟；如果停止冶煉，則切斷交流供電電源，系統(tǒng)工作結束。
實施例2如圖1所示，本發(fā)明包括交流供電電源1、電極升降機構、電極4、結晶器5及其支撐機構12、鋼水液面檢測裝置7、拉坯機構9、切割裝置10及控制系統(tǒng)13，電極升降機構包括橫臂、立柱3，電極4為雙極串聯，兩電極一端分別固定在電極升降機構的橫臂上，并分別通過電纜與供電電源1連接，另一端置于結晶器5的內部，電極4在結晶器5上部熔化的同時又在其下部凝固；結晶器5為T形水冷銅制結晶器，其上部和下部均為方筒形，在結晶器5的周圍固定有支撐機構12，在結晶器5的小截面處置有鋼水液面檢測裝置7，其位置距上、下截面交接處的距離h為200mm，鋼水液面檢測裝置7的放射源為同位素Cs137，采用射線法對鋼水液面進行檢測；拉坯機構9和切割裝置10依次固定在結晶器5小截面端口下方的支撐機構12上，拉坯機構9包括夾持輥和電機，夾持輥和電機連接，由電機來驅動夾持輥運轉，切割裝置10采用火焰切割；控制系統(tǒng)13分別與電極升降機構的橫臂、鋼水液面檢測裝置7、拉坯機構9和切割裝置10電連接，控制系統(tǒng)13通過鋼水液面檢測裝置7檢測的信號，對電渣爐的運行進行控制。其操作過程同實施例1，輸入工藝參數包括設定電流下限I1為3800A，設定電流上限I2為4000A，支臂的設定行程L為3m，允許液面波動的范圍H0為5mm，設定的鋼坯長度M為6m。
實施例3如圖1所示，本發(fā)明包括交流供電電源1、電極升降機構、電極4、結晶器5及其支撐機構12、鋼水液面檢測裝置7、拉坯機構9、切割裝置10及控制系統(tǒng)13，電極升降機構包括橫臂、立柱3，電極4為雙極串聯，兩電極一端分別固定在電極升降機構的橫臂上，并分別通過電纜與供電電源1連接，另一端置于結晶器5的內部，電極4在結晶器5上部熔化的同時又在其下部凝固；結晶器5為T形水冷銅制結晶器，其上部和下部均為圓筒形，在結晶器5的周圍固定有支撐機構12，在結晶器5的小截面處置有鋼水液面檢測裝置7，其位置距上、下截面交接處的距離h為100mm，鋼水液面檢測裝置7的放射源為同位素Cs137，采用射線法對鋼水液面進行檢測；拉坯機構9和切割裝置10依次固定在結晶器5小截面端口下方的支撐機構12上，拉坯機構9包括夾持輥和電機，夾持輥和電機連接，由電機來驅動夾持輥運轉，在拉坯機構的夾持輥與交流供電電源之間連接有電纜，切割裝置10采用火焰切割；控制系統(tǒng)13分別與電極升降機構的橫臂、鋼水液面檢測裝置7、拉坯機構9和切割裝置10電連接，控制系統(tǒng)13通過鋼水液面檢測裝置7檢測的信號，對電渣爐的運行進行控制。其操作過程同實施例1，輸入工藝參數包括設定電流下限I1為5000A，設定電流上限I2為5200A，支臂的設定行程L為3m，允許液面波動的范圍H0為5mm，設定的鋼坯長度M為5m。
權利要求
1.一種連鑄式電渣爐，包括交流供電電源、電極升降機構、電極、結晶器及其支撐機構、鋼水液面檢測裝置、拉坯機構、切割裝置及控制系統(tǒng)，其特征在于在結晶器的兩側分別固定有電極升降機構，電極為雙極串聯，兩電極的一端分別固定在電極升降機構的橫臂上，并分別通過電纜與供電電源連接，另一端置于結晶器的內部，結晶器為T型水冷結晶器，即結晶器的截面形狀為T型，在結晶器的小截面處置有鋼水液面檢測裝置，拉坯機構和切割裝置依次固定在結晶器小截面端口下方的支撐機構上，控制系統(tǒng)分別與電極升降機構的橫臂、鋼水液面檢測裝置、拉坯機構和切割裝置電連接。
2.根據照權利要求1所述的連鑄式電渣爐，其特征在于所述的T型水冷結晶器的上部和下部為圓筒形或方筒形，上部截面面積大于下部截面面積。
3.根據照權利要求1所述的連鑄式電渣爐，其特征在于所述的鋼水液面檢測裝置的放射源為同位素Cs137，其位置距結晶器上、下截面交接處的距離h范圍為0～200mm。
4.根據照權利要求1所述的連鑄式電渣爐，其特征在于所述的拉坯機構包括夾持輥和電機，夾持輥和電機連接，切割裝置為火焰切割，兩夾持輥之間的距離及切割裝置的位置根據用戶需要調節(jié)。
5.根據照權利要求1所述的連鑄式電渣爐，其特征在于在所述的拉坯機構與交流供電電源之間用電纜連接。
6.根據照權利要求1所述的連鑄式電渣爐，其特征在于所述控制系統(tǒng)的控制過程，包括以下步驟(1)開始；(2)控制系統(tǒng)通電；(3)輸入工藝參數包括設定電流下限I1，設定電流上限I2，支臂的設定行程L，允許液面波動的范圍H0，設定的鋼坯長度M；(4)交流供電電源通電；(5)熔煉開始；(6)選擇熔煉橫臂，檢測過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量，檢測鋼水液面；(7)判斷實際液面高度與設定液面高度差值的絕對值是否大于等于允許液面波動的范圍，即|△H|≥H0是否成立，當|△H|≥H0不成立時，系統(tǒng)返回到第6步的鋼水液面檢測步驟；其中△H為設定液面高度與實際液面高度的差值；(8)當|△H|≥H0時，系統(tǒng)進行拉坯速度PID調節(jié)；(9)系統(tǒng)檢測實際鋼坯長度L3；(10)判斷L3≤M是否成立，當L3≤M時，系統(tǒng)返回到第6步的鋼水液面檢測步驟；(11)當L3≤M不成立時，系統(tǒng)進行切割操作；(12)切割操作結束后，系統(tǒng)詢問是否繼續(xù)工作；(13)如果是繼續(xù)工作，則返回第5步的冶煉開始步驟；(14)如果不需繼續(xù)工作，則系統(tǒng)結束工作。
7.根據照權利要求6所述的連鑄式電渣爐，其特征在于在所述的第6步中熔煉橫臂選擇過程為系統(tǒng)進行橫臂電極升降PID調節(jié)；檢測橫臂上電極的實際電流I與設定電流上限I1、下限I2的關系，即判斷I1≤I≤I2是否成立，當I1≤I≤I2不成立時，系統(tǒng)返回到橫臂上的電極升降PID調節(jié)步驟；當I1≤I≤I2成立時，系統(tǒng)判斷橫臂的實際行程L1或L2與橫臂的設定行程L的關系，即判斷L1≥L或L2≥L是否成立，當L1≥L不成立時，系統(tǒng)返回到橫臂I上的電極升降PID調節(jié)步驟，當L1≥L成立時，系統(tǒng)返回到熔煉橫臂選擇的步驟；或者當L2≥L不成立時，系統(tǒng)返回到橫臂II上的電極升降PID調節(jié)步驟，當L2≥L成立時，系統(tǒng)返回到熔煉橫臂選擇的步驟；其中L1為橫臂I的實際行程，L2為橫臂II的實際行程。
8.根據照權利要求6所述的連鑄式電渣爐，其特征在于在所述的第6步中過程參數檢測、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量檢測過程為首先系統(tǒng)對過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量進行檢測；系統(tǒng)提示是否報警，如果系統(tǒng)出現故障，則系統(tǒng)通過聲光報警；如果系統(tǒng)不報警，則系統(tǒng)提示是否停止冶煉；如果不停止冶煉，則返回到過程參數、變壓器事故報警量、出水溫度壓力和流量檢測步驟；如果停止冶煉，則切斷交流供電電源，系統(tǒng)工作結束。
全文摘要
一種連鑄式電渣爐，屬于金屬電渣重熔設備技術領域。包括交流供電電源、電極升降機構、電極、結晶器及其支撐機構、鋼水液面檢測裝置、拉坯機構、切割裝置及控制系統(tǒng)，在結晶器的兩側分別固定有電極升降機構，電極為雙極串聯，兩電極的一端分別固定在電極升降機構的橫臂上，并分別通過電纜與供電電源連接，另一端置于結晶器的內部，結晶器為T型水冷結晶器，即結晶器的截面形狀為T型，在結晶器的小截面處置有鋼水液面檢測裝置，拉坯機構和切割裝置依次固定在結晶器小截面端口下方的支撐機構上，控制系統(tǒng)分別與電極升降機構的橫臂、鋼水液面檢測裝置、拉坯機構和切割裝置電連接。本發(fā)明操作簡便，節(jié)約電能，工作效率高，可實現連續(xù)工作。
文檔編號C22B9/193GK1818102SQ20061004597
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月7日 優(yōu)先權日2006年3月7日
發(fā)明者姜周華, 臧喜民, 張?zhí)毂? 孫國會, 余強 申請人:東北大學