[发明专利]电渣炉定向凝固超大截面钢锭的装置与方法

说明书

所属领域：

本项发明为一种电渣炉定向凝固超大截面钢锭所使用的装置与方法。

技术背景：

超大截面钢锭是电力、船舶、冶金、石化、重型机械和国防工业等领域大型装备制造中 所需要的关键毛坯类原材料，其钢锭质量非常重要，要求钢锭成分要均匀一致、组织结构细 密，内部组织晶粒细小。为此在其制造过程中多采用电渣熔铸的方式进行生产，消耗的能源 较多，成本偏高。为了降低能耗人们发明了立式半连续铸造的方法进行生产，就是根据部件 的大小确定冶炼钢水的多少，将冶练合格的钢水倒入半连铸机内，通过结晶器逐步凝固拉成 钢锭铸件。这种一次成型的技术与电渣熔铸相比，既能明显提高设备冶炼的作业效率，又能 简化工序，而且显著降低了大型铸锻毛坯件的生产成本。

尽管立式半连续铸造的方法可谓是生产大型铸锻件的一项技术进步，但也存在一定的问 题，主要表现在两个方面，一是连铸结束后，钢水自然凝固，如同炼钢早期使用钢锭模铸锭 钢水凝固时必然出现的收缩凹面，使得钢水的收得率有所降低，成材率下降；二是铸锭的上 端结晶组织粗大，成分不均，严重影响了铸件的力学性能，尤其是连铸超大截面钢锭时，自 然凝固后的钢锭芯部往往产生组织疏松和缩孔，造成钢锭或铸件报废。

目前，超大截面大型铸锻件市场处于供不应求的状况，采用半连铸工艺生产超大截面大 型铸锻件及钢锭可以明显提高作业效率，但必须采用新的技术措施，克服上述的产品缺陷， 才能正常应用这项技术。为此发明了一种新的方法来克服这些缺点，这种方法便是在半连铸 工艺生产超大截面大型钢锭或铸件的基础上采用电渣熔铸的方法对其顶部进行加热，造成一 种自下而上的定向凝固的趋势，并在铸件或钢锭冒口处配以液态渣保温等手段，可以达到在 钢锭冷却过程中消除中间组织疏松、缩孔和外部出现凹陷现象的目的，生产出的超大截面钢 锭可以和电渣钢锭相媲美。

发明内容

本项发明的原理是当依靠立式连铸技术进行大截面钢锭浇铸结束之后，在钢锭顶部加入 适当成分的液态渣，并采用电渣冶金的方法对这些液态渣进行适度的加热，使得钢锭顶部保 持一定的温度，并持续向下传导热能，让液态钢水能顺利地流向因四周不断冷却而在钢锭内 部产生的收缩空间，使钢锭或铸件内部质量和组织结构得到明显改善，从而避免了钢锭中间 组织疏松和缩孔现象的发生，同时连铸水冷拉锭机构可吸收相当的热能，形成一种自下而上 的凝固趋势，随着冷却和凝固的进展，钢锭凝固层不断升高，当达到工艺要求所确定的高度 后便可停止对液态渣的加热，钢锭开始自行冷却，直到完全凝固为止。

根据上述发明原理，本项申请包括电渣炉定向凝固超大截面钢锭所使用的装置和工艺方 法两个方面：

1、电渣炉定向凝固超大截面钢锭所使用的装置

用于电渣炉定向凝固超大截面钢锭所使用的装置如附图1和附图2所示。该装置是由多 个部件组成，包括：可移动炉体1、假电极2、石墨电极3、短网4、变压器5、移动渣包6、 渣包液压缸7、横臂升降系统装置8、结晶器10、炉体轨道12、可移动炉体液压缸14、横臂 15和横臂夹头16，其中：

(1)短网的一端同变压器的输出端相接，另一端与横臂夹头相接，横臂夹头夹持着假电 极，假电极连接着石墨电极，以此构成导电电路，工作时，电流自变压器经由短网、横臂夹 头，再通过横臂夹头、假电极、石墨电极流向因电阻较大而溶化的液态电渣层，够成传导电 路，继续产生热能，并与连铸水冷拉锭机构配合是大截面钢锭形成自下而上的凝固趋势，达 到热补缩并使其定向凝固的目的；

(2)横臂和横臂升降系统装置和普通电渣炉所使用的同种装置相同，即横臂通过横臂导 轮被相对固定在由可移动炉体立柱形成的滑道上，横臂升降系统装置则由快速电机、慢速调 整减速电机、离合器、联轴器、蜗轮减速机和丝杠副组成，在减速机和丝杆副的作用下驱动 横臂及其横臂夹头沿着可移动炉体立柱作上下移动，进而调整石墨电极的高低，以此适应经 常调节石墨电极垂直高度的工艺要求，横臂升降系统装置的快速移动速度为：2000～ 3000mm/min；慢速调整速度为：5～100mm/min；