[发明专利]石墨电极环预热电渣熔铸制备大型复合钢锭的装置及方法

说明书

一种石墨电极环预热电渣熔铸制备大型复合钢锭的装置及方法，装置包括T型导电结晶器、支臂和有衬电渣炉，支架上的两个横臂分别用于升降石墨电极环和自耗电极环，有衬电渣炉用于化渣并向T型导电结晶器内浇注预熔渣，引锭板上设有环形底水箱；方法为：(1)将芯棒置于T型导电结晶器内；在有衬电渣炉内对预熔渣进行化渣浇注形成渣池；(2)将石墨电极环下降，与渣池、上结晶器、熔铸电源和横臂构成导电回路，通电对芯棒表面和渣池加热；(3)达到预设温度时，将石墨电极环移走，将自耗电极环插入渣池，开始进行电渣熔铸。本发明的方法热量利用率高，可避免钢锭复合界面处夹层渣的产生有利于提高钢锭质量，简化了生产设备。

技术领域

本发明属于冶金及铸造技术领域，特别涉及一种石墨电极环预热电渣熔铸制备大型复合钢锭的装置及方法。

背景技术

当前，装备制造业的一个突出技术发展趋势是极端制造，一方面是朝超微超精发展，另一方面是朝超大发展。电力、石化、冶金等领域装备大型化、复杂化的发展，对大型铸锻件行业提出更高的要求，对大型钢锭的需求越来越多。

在百万千瓦级核电机组中，无论是二代加，还是三代AP1000、CAP1400，都含有大量技术要求高、规格大、形状复杂的铸锻件，其中压力容器整体顶盖、下封头、锥形筒体等形状复杂的锻件都需要整体锻造；百万千瓦级核电机组常规岛低压整体转子是目前世界上所需钢锭最大、锻件毛坯重量最大、截面尺寸最大、技术要求最高的实心锻件，是代表热加工最高综合技术水平的产品；转子净重超过170吨，需600吨级钢锭，大型混流式水轮机铸锻件；三峡工程采用的70万千瓦机组是目前世界上最大功率等级的水轮机组，其不锈钢水轮机转轮直径达到了9.8米，重量达500吨；随着造船和国防工业的发展，对宽厚板的要求越来越高，制约宽厚板生产的主要因素是支承辊，重达230吨，需要600吨级的钢锭；目前，国外只有JSW(日本制钢所)具备制造能力。

由此可见，大型铸锻件用大型钢锭的制备是非常必要而且重要的，钢锭的质量水平在一定程度上将决定铸锻件的最终质量，而且今后重大技术装备的发展还会催生出规格更大、工艺更复杂、技术含量更高的大型铸锻件；但是，这些铸锻件属于高合金易偏析材料，由于元素偏析问题，常规方法生产的钢锭合格率很低，几乎很难生产出高质量的钢锭。

我国目前已经拥有多台接近2万吨的大型压机，在重大装备国产化工作中，大型关键铸锻件仍然依靠从日本、韩国、法国等国家进口，且受到供货能力和一些其他制约，究其原因是国产件能力有限、质量难以满足需求，大型铸锻件用优质大型钢锭的制备已成为重大装备制造业发展的瓶颈；另一方面从材料本身发展的角度来看，随着石油、化工等行业装备大型化的发展，材料的服役条件将越来越苛刻，而材料中的合金化程度越高，其耐高温、耐高压、耐腐蚀的能力越强。

近年来，众多研究者都在研究在材料中增加元素含量对其性能的影响，未来提高合金性能的元素将会不断增加，例如Cr、Mo、W等元素在材料中能够显著提高其耐蚀性能，因此，高合金材料必将是未来发展的趋势；然而到目前为止，高合金钢锭的制备，尤其是大型钢锭的制备一直以来都没有很好的解决；因此，开展大型钢锭的制备工艺及质量控制技术的相关研究工作是非常必要的。

目前大型钢锭的生产方法有铸造法、多炉连续浇注法、双结晶器法、芯部电渣熔铸法以及电渣熔铸法；由于钢锭的尺寸过大，多炉连续浇注法和电渣熔铸法难以避免的产生偏析、疏松和缩孔等问题；而电渣熔铸复合法的工艺主要是在冶炼初期存在复合界面夹渣的问题，问题产生的主要原因为浇渣结束后，由于芯棒的激冷作用，熔渣在芯棒表面凝固为渣壳，在后续复合熔炼过程中，渣池与金属熔池对芯棒表面渣壳的热作用并不能迅速将其熔化，而是停留在芯棒与工作层之间，从而导致复合界面夹渣，生产出的大型复合铸锭下部产生质量缺陷。

发明内容