[发明专利]真空自耗电弧炉的熔炼起弧工艺及熔炼工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空自耗电弧炉的熔炼技术，更具体地讲，涉及一种适用于通过真空自耗电弧炉来冶炼金属材料(如钛及钛合金、特殊钢、高温合金等)的熔炼起弧工艺及熔炼工艺。

背景技术

真空自耗电弧炉(VAR)熔炼是在真空条件下，依靠电弧的热能，把已知化学成分的金属电极熔化，在水冷铜结晶器内重熔成锭。电极熔化的金属液在滴入熔池的过程中，经过电弧区被加热至高温，在真空条件下金属中的气体和杂质得到进一步去除，使金属的质量得到提高。金属材料在VAR熔炼的全过程中，可分为起弧、正常熔炼、头部补缩三个阶段。

起弧是VAR熔炼的第一个阶段，其主要目的是在自耗电极与结晶器底座之间引燃电弧并迅速过渡到稳定燃烧阶段，同时建立起具有一定深度的熔池，为过渡到正常熔炼期创造条件。在实际生产中采用起弧方法是：在低压(小于60V)下先将两电极短路后再拉开，瞬间两极间电流密度极大而产生高温，阴极发射电子而产生电弧。起弧时，在强电流的作用下，结晶器底座容易烧坏而污染熔炼金属，还可能造成结晶器破损而导致安全事故，这在电弧不稳定的情况更为严重。

为减轻起弧对结晶器底座所造成的损害，常用的保护方法是在结晶器底座上添加引弧剂。但随着VAR熔炼的发展，这种方法所起的保护作用越来越小：一方面，VAR的锭型越来越大，直径已超过1m，而引弧剂只能从结晶器外缘50mm宽的缝隙加入，因此结晶器底座大部分面积不能被引弧剂覆盖，起弧时结晶器底座会暴露在电弧之下。另一方面，VAR熔炼控制已形成自动控制，起弧时，自耗电极与结晶器底座的间隙不断变化，导致电弧不稳定，加重了结晶器底座的损伤。由于以上原因，每个结晶器底座的使用寿命≤30次。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可减轻起弧对真空自耗电弧炉结晶器底座的损伤并增大结晶器底座使用次数的熔炼起弧工艺及包括所述熔炼起弧工艺的熔炼工艺。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种真空自耗电弧炉的熔炼起弧工艺。所述熔炼起弧工艺包括：使自耗电极缓慢下降并且在自耗电极与结晶器底座之间引燃电弧，然后立即关闭电弧炉的进料开关，使自耗电极停止下降以保持电弧稳定，待所述结晶器底座上形成熔池后，打开进料开关进行正常熔炼。

根据本发明所述的真空自耗电弧炉的熔炼起弧工艺，其中，所述熔炼起弧工艺还包括，在引燃电弧之前沿所述自耗电极和结晶器底座之间的间隙填入引弧剂，密封电弧炉并且抽真空。

其中，所述引弧剂的粒径为20mm～30mm。

根据本发明所述的真空自耗电弧炉的熔炼起弧工艺，其中，所述熔炼起弧工艺还包括，在自耗电极缓慢下降之前，控制电弧炉的真空度和真空泄漏率达到熔炼工艺要求，控制自耗电极的下端面与结晶器底座之间的间距为50mm～70mm。

根据本发明所述的真空自耗电弧炉的熔炼起弧工艺，其中，所述熔炼起弧工艺还包括，在保持电弧稳定时按预设的熔炼工艺增大熔炼电流。

本发明的另一方面提供了一种真空自耗电弧炉的熔炼工艺。所述真空自耗电弧炉的熔炼工艺顺次包括起弧阶段、正常熔炼阶段和头部补缩阶段，其中，所述起弧阶段采用如上所述的真空自耗电弧炉的熔炼起弧工艺来实现。

本发明与现有技术相比，能够有效减轻起弧时电弧对结晶器底座的损伤，将结晶器底座的使用寿命提高到60次以上；由于结晶器底座(纯铜)是真空自耗电弧炉熔炼的消耗品，是真空自耗熔炼成本的重要组成，因此减少结晶器底座的消耗可有效地降低熔炼成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的真空自耗电弧炉的熔炼起弧工艺及熔炼工艺进行详细地描述。

根据本发明的真空自耗电弧炉的熔炼工艺顺次包括起弧阶段、正常熔炼阶段和头部补缩阶段，其中，所述起弧阶段可通过以下的熔炼起弧工艺来实现。

根据本发明的真空自耗电弧炉的熔炼起弧工艺包括以下几个步骤。

首先，在真空自耗电弧炉中将自耗电极与电极卡头连接安装好，按照自耗电极的规格选择并设置好相应的结晶器，密封电弧炉并抽真空。其中，优选地，在沿自耗电极与结晶器底座之间的间隙填入引弧剂。本领域技术人员可以根据熔炼工艺要求选择引弧剂的种类。引弧剂粒径为20mm～30mm。

在起弧之前，控制自耗电极的下端面与结晶器底座之间的间距为50mm～70mm。具体地，可先将自耗电极下降，待其与结晶器底座接触后再提升自耗电极，使自耗电极的下端面与结晶器底座之间的间距为50mm～70mm。同时，还需控制电弧炉的真空度和真空泄漏率达到熔炼的工艺要求，以保证熔炼质量。