阅读说明：本技术 一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法 (Electroslag feeding method for improving crystallization quality of large steel ingot ) 是由 施晓芳 常立忠 于 2020-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法,属于电渣冶金技术领域。本发明包括钢锭模、金属自耗电极和石墨电极,所述石墨电极设置在钢锭模的中心；所述金属自耗电极设有2根,该金属自耗电极的材质与大钢锭的材质相同,且2根对称设置在石墨电极的两侧,所述金属自耗电极以石墨电极为旋转中心进行转动,且金属自耗电极顺时针、逆时针交替运动。本发明通过在钢锭模中设置有金属自耗电极和石墨电极,控制石墨电极位于中心,2根金属自耗电极关于石墨电极对称设置,且在补缩的过程中,驱动金属自耗电极顺时针、逆时针交替运动,使整个渣池的温度更加均匀,对大钢锭进行热补缩,改善凝固质量,提高金属收得率。(The invention discloses an electroslag feeding method for improving crystallization quality of a large steel ingot, and belongs to the technical field of electroslag metallurgy. The invention comprises an ingot mould, a metal consumable electrode and a graphite electrode, wherein the graphite electrode is arranged at the center of the ingot mould; the metal consumable electrode is provided with 2 metal consumable electrodes, the material of the metal consumable electrode is the same as that of the large steel ingot, the 2 metal consumable electrodes are symmetrically arranged on two sides of the graphite electrode, the metal consumable electrode rotates by taking the graphite electrode as a rotation center, and the metal consumable electrode alternately moves clockwise and anticlockwise. According to the invention, the metal consumable electrode and the graphite electrode are arranged in the ingot mould, the graphite electrode is controlled to be positioned at the center, the 2 metal consumable electrodes are symmetrically arranged relative to the graphite electrode, and in the feeding process, the metal consumable electrode is driven to alternately move clockwise and anticlockwise, so that the temperature of the whole slag pool is more uniform, the large steel ingot is subjected to thermal feeding, the solidification quality is improved, and the metal yield is increased.)

一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法

技术领域

本发明涉及电渣冶金技术领域，更具体地说，涉及一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法。

背景技术

随着核电建设、能源装备等行业的发展，对大型钢锭的需求越来越大。然而，随着锭型的增大，其面临的质量问题也越来越多，其中最重要的一点就是凝固质量问题，特别是钢锭的中上部位置凝固质量更差。因此，探索高速大钢锭的凝固质量的方法至关重要。

现有技术中已存在相关的利用电渣补缩改善大钢锭凝固质量的技术方案。如中国专利号：201510002875.X，发明创造名称为：一种均匀分布热源的大型钢锭电渣热封顶装置及方法，该专利方案包括液压固定支座、液压传动杆、升降臂、控制柜、小车、上夹持器、下夹持器、上电极横臂、下电极横臂和双层式石墨电极。该专利方案虽然可以改进大钢锭的凝固组织，但是渣池的高温区仍集中于钢锭的芯部，导致其凝固质量较差；且采用石墨电极加热，而不是金属自耗电极，无法对钢锭上部进行补缩。

又如，中国专利号：201811041752.7，发明创造名称为：一种制备钢锭的方法。根据此专利，采用非自耗电极加热熔渣，同时向锭模注入液态金属或者金属坯料或者颗粒状松散炉料。并且可对钢锭液芯搅拌。该专利对于提高钢锭凝质量虽有一定的效果，但是渣池的高温区仍然主要集中于芯部；特别是向渣池中加入颗粒状松散炉料时，如果炉料不能及时熔化，反而会污染钢液。而向液芯通入气体搅拌，有可能使正在凝固的液态金属捕捉到气泡，从而在钢液内部产生小气泡，反而降低凝固质量。

发明内容

1、发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中大钢锭凝固质量较差的问题，提供了一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法，本发明在钢锭模中设置有金属自耗电极和石墨电极，控制石墨电极位于中心，2根金属自耗电极关于石墨电极对称设置，且在补缩的过程中，驱动金属自耗电极顺时针、逆时针交替运动，使整个渣池的温度更加均匀，对大钢锭进行热补缩，改善凝固质量，提高金属收得率。

2、技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法，其步骤为：

步骤a、将冶炼完成的钢液注入钢锭模内，将熔化好的重熔渣迅速倒入保温冒内；

步骤b、控制2根金属自耗电极、石墨电极***渣池中，且金属自耗电极***渣池的深度大于石墨电极***渣池的深度，然后通电开始补缩；

步骤c、启动正反转电机，驱动2根金属自耗电极顺时针、逆时针交替运动；

步骤d、待热补缩结束后，控制金属自耗电极、石墨电极脱离渣池。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤a中，重熔渣的组分按质量百分比为80％的CaF₂、15％的CaO以及5％的Al₂O₃，且控制渣层的厚度为250mm-300mm。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤a中控制钢液注入完成到重熔渣倒入时间间隔不超过2min。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤b中，控制石墨电极***渣池的深度为20mm-30mm，控制金属自耗电极***渣池的深度为30-60mm。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤c中金属自耗电极的转动角度为±20°，且金属自耗电极的转速为2-9r/min。

作为本发明的更进一步改进，补缩过程中，控制电压为40-70V。

作为本发明的更进一步改进，所述金属自耗电极距保温冒内壁的距离为80-140mm。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤d中，当钢锭模中钢水的液相穴深度达到保温冒内径的2/3时，开始计时，两个小时后热补缩结束。

作为本发明的更进一步改进，所述步骤b中，一号电机启动，控制2根金属自耗电极***渣池中；二号电机启动，控制石墨电极***渣池中。

3、有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法，在补缩过程中，控制金属自耗电极和石墨电极***渣池的深度，保证在补缩中拥有充足的热源，同时，控制2根金属自耗电极进行顺时针、逆时针交替运动，使得金属自耗电极产生的金属液滴更加均匀的分散在渣池，同时，使整个渣池的温度更加均匀，提高大钢锭凝固的质量；

(2)本发明的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法，通过控制渣池中重熔渣的各组分含量，重熔渣对金属液滴进行脱硫、脱磷以及去除非金属夹杂物等，从而提高金属液滴的纯净度，有利于提高后续钢锭凝固的质量；此外，由于金属自耗电极的转动，带动金属液滴移动，增加金属液滴在渣层中的移动时间，提高金属液滴的提纯效果，同时，使得金属液滴更加均匀的分布在渣层中，使得温度更加均匀化；

(3)本发明的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法，其金属自耗电极***渣池的深度大于石墨电极***渣池的深度，在补缩过程中，渣池的高温区域位于边缘区域，并不是芯部，在温差的作用下渣池自发流动，同时与金属自耗电极的转动相配合，可以最大化的使渣池温度均匀，有利于改善凝固质量；此外，合理控制两种电极的***深度，能够有效控制热源的位置，保证渣层拥有足够的温度，同时也有效避免金属液滴发生二次氧化而影响钢锭质量；

(4)本发明的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法，通过合理控制补缩过程中金属自耗电极的转动角度以及转速，保证所生产出钢锭的质量；如果转动角度以及转动速度较大，从而带动下部的钢液转动，使得钢液在凝固的过程中，容易沿着转动方向进行凝固，产生晶间裂纹、成分偏析以及夹杂物聚集而影响钢锭的质量；如果转动角度以及转动速度较小，不利于渣层中温度的均匀化，也会缩短金属液滴在渣层中的时间，从而降低钢锭的质量；

(5)本发明的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法，通过合理控制补缩过程的电压，以及金属自耗电极放置时距保温冒内壁的距离，使得在补缩过程中，拥有充足热源的同时，进一步使得渣层温度的均匀化，有利于提高钢锭的质量。

附图说明

图1为本发明的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩装置的结构示意图；

图2为图1中A-A处的剖面结构示意图。

示意图中的标号说明：

10、一号电机；11、滚珠丝杆一；12、横臂一；13、轴承；14、立柱一；

21、正反转电机；22、齿条；

30、电刷；31、导电铜柱；32、导电小横臂；

40、金属自耗电极；

50、二号电机；51、滚珠丝杠二；52、横臂二；53、立柱二；

60、石墨电极；

70、钢锭模；71、钢液；72、保温冒；73、渣池。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法，采用一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩装置，结合图1和图2，该补缩装置，包括钢锭模70、金属自耗电极40和石墨电极60，其中，所述石墨电极60设置在钢锭模70的中心；金属自耗电极40设有2根，且2根金属自耗电极40对称设置在石墨电极60的两侧，值得说明的是，本实施例中的金属自耗电极40与大钢锭的材质相同，在进行补缩的过程中，2根金属自耗电极40进行转动，且金属自耗电极40的旋转中心为石墨电极60。

更进一步的，本实施例中的金属自耗电极40在转动过程中控制其进行顺时针、逆时针交替运动。

现有技术中在进行电渣补缩过程中，所采用的电极为一般为1根金属自耗电极，通过金属自耗电极熔化形成的金属液滴进行补缩，由于钢液在冷却过程中，其钢锭的中心会最后冷却，因此会钢锭中心会向下凹陷，影响后续钢锭的凝固质量，为了改善钢锭的质量，控制金属自耗电极位于钢锭模的中心，通过产生的金属液滴对中心区域进行补缩，从而提高钢锭的质量。

而本实施例中，通过设有2根金属自耗电极40，2根金属自耗电极40位于钢锭模70的边缘区域，且控制2根金属自耗电极40以钢锭模70的中心为旋转中心进行顺时针、逆时针交替转动，通关转动使得渣池73的温度更加均匀，同时，转动的过程中金属自耗电极40熔化形成的金属液滴会滴落在液相穴的四周，提高液相穴四周的温度，不会造成高温区域集中在中心，后续钢锭凝固时其晶粒沿着钢锭轴向进行生长，从而提高钢锭的质量，提高金属收得率。

值得说明的是，2根金属自耗电极40在转动过程中，如果只是沿着同一个方向进行转动，虽然在一定程度上能够使渣层的温度更加均匀化，但是，容易造成钢液71也随着渣层一起移动，后续钢液71在凝固过程中，钢液71容易沿着运动方向进行凝固，造成晶粒生长方向发生偏移，从而会降低钢锭的质量。

本实施例的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法，其步骤为：

步骤a、将冶炼完成的钢液71注入钢锭模70内，将熔化好的重熔渣迅速倒入保温冒72内；

步骤b、控制金属自耗电极40、石墨电极60***渣池73中，然后通电开始补缩；

步骤c、启动正反转电机21，驱动2根金属自耗电极40顺时针、逆时针交替运动；

步骤d、待热补缩结束后，控制金属自耗电极40、石墨电极60脱离渣池73；

步骤e、待保温冒72中液渣完全凝固后，将钢锭模小车开出，进行脱模。

实施例2

本实施例的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法，基本同实施例1，更进一步的：如图1所示，本实施例中金属自耗电极40***渣池73的深度大于石墨电极60***渣池73的深度。

具体的，本实施例中石墨电极60在渣池73的***深度为20mm-30mm，可以为20mm、22mm、23mm、25mm……28mm或30mm；

金属自耗电极40在渣池73的***深度为30-60mm，可以为30mm、36mm、40mm、……50mm……或60mm。

由于在实际生产过程中，保温冒72外部喷有冷却水，必然使四周的温度低于芯部的温度，为此，控制石墨电极60和金属自耗电极40***深度的不同，能够提高熔渣四周的温度，同时，降低中心的温度，从而进一步使得渣池的温度均匀化。

本实施例的金属自耗电极40***相对于石墨电极60***的深度较大，金属自耗电极40与石墨电极60所在的区域存在一定的温差，从而促使渣池自发流动，同时，金属自耗电极40也进行相应转动，二者相互配合，使得渣池的温度更加均匀化，从而保证钢锭的质量。

值得说明的是，本实施例通过合理控制金属自耗电极40以及石墨电极60***渣池73的深度，控制热源的位置，为整个钢锭凝固过程中提供充足的热量，同时，熔化的金属熔滴更容易滴落于金属熔池四周，有利于金属熔池温度的均匀，从而改善钢锭的质量。如果本实施例中金属自耗电极40***深度较浅，金属自耗电极40在转动的过程中，其熔化形成的金属液滴可能会运动至渣层表面上，使得金属液滴与空气相接触，造成金属液滴的二次氧化，后续在补缩过程中，严重影响钢锭的质量；如果金属自耗电极40***深度较深，造成热源下移，导致整个渣层的温度较低，容易产生V形熔池，产生夹杂物聚集以及中心疏松，降低钢锭的质量。此外，本实施例中金属自耗电极40在转动的过程中，控制金属自耗电极40的转动角度为±20°，即当金属自耗电极40顺时针转动至20°时，停止移动，然后控制金属自耗电极40逆时针运动至-20°，之后顺时针运动……在补缩过程中，金属自耗电极40沿着该运动方式进行移动。

更进一步的，本实施例中金属自耗电极40在转动的过程中，控制其转速为2-9r/min，可以为2r/min、4r/min、5r/min……8r/min或9r/min。

值得说明的是，本实施例通过控制控制金属自耗电极40的转动速度以及转动角度，首先，对于金属自耗电极40的转动角度而言，如果转动角度较大，容易造成钢液71也会发生一定的转动，将渣带入钢液71中，从而影响后续钢锭的凝固，降低钢锭的质量，如当转速为30r/min时，钢液71中T.O的含量达到80ppm左右，因此，严重影响钢锭的质量；如果转动角度过小，金属自耗电极40所产生的金属液滴分散不均，同时，渣层的温度不均，从而影响钢锭的质量。对于金属自耗电极40的转动速度而言，如果转动速度较大，同样会带动底部的钢液71随之移动，影响钢锭的质量；金属自耗电极40的转动速度较小，使得温度分布不均，从而影响钢锭的质量。因此，通过对二者进行合理控制，由二者相互配合，保证渣层温度更加均匀化；此外，通过合理控制电极的***深度，使得渣池73能够提供充足的温度，保证钢锭顺利凝固。

实施例3

本实施例的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法，基本同实施例2，更进一步的：位于渣池73中的重熔渣组分按质量百分比为80％的CaF₂、15％的CaO以及5％的Al₂O₃，且渣层的厚度为250mm-300mm，可以为250mm、260mm、280mm……295mm或300mm。通过重熔渣对金属液滴进行脱硫、脱磷以及去除非金属夹杂物等，实现对金属液滴的净化。

值得说明的是，本实施例中通过控制重熔渣组中Al₂O₃的含量，使得钢液71中的T.O的含量达到15ppm-20ppm，能够有效提高钢锭的质量。现有技术中由于Al₂O₃能明显降低渣的电导率，减少电耗，因此，现有技术中的Al₂O₃的含量较高，一般其含量至少控制在10％。

此外，控制重熔渣组分以及控制金属自耗电极40的转动角度、转速，金属自耗电极40熔化所产生的金属液滴在渣层中停留的时间更长，使得重熔渣与金属液滴之间接触的时间越久，从而有利于重熔渣对金属液滴进行脱硫、脱磷以及去除非金属夹杂物等的净化效果，提高钢锭的凝固质量。

实施例4

本实施例的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法，基本同实施例3，更进一步的：如图1所示，为了便于控制金属自耗电极40的***以及转动，本实施例通过驱动机构对其进行2根金属自耗电极40进行控制。

本实施例的驱动机构包括升降单元以及转动单元，其中转动单元设置在升降单元上，用于控制2根金属自耗电极40转动。

具体的：本实施例中的升降单元包括一号电机10、滚珠丝杆一11、横臂一12、和立柱一14，其中，一号电机10与滚珠丝杆一11之间通过一减速器相连，立柱一14平行于滚珠丝杆一11设置，且本实施例中的立柱一14沿着垂直方向进行设置，从而便于控制金属自耗电极40的升降。

横臂一12垂直设置在滚珠丝杆一11上，同时，横臂一12活动设置在立柱一14上，当一号电机10启动时，驱动滚珠丝杆一11转动，在立柱一14的限位以及导向作用下，使得横臂一12沿着滚珠丝杆一11长度方向移动，从而实现横臂一12的上下运动。本实施例的转动单元设置在横臂一12上。

如图1所示，本实施例的转动单元包括正反转电机21和齿条22，其中，所述正反转电机21垂直安装在横臂一12的表面，且该正反转电机21的转轴上安装有主动齿轮，该主动齿轮与齿条22相啮合，当正反转电机21驱动主动齿轮转动，在轮齿啮合的作用下，带动齿条22沿着横臂一12的长度方向移动，即控制齿条22左右移动。

本实施例中为了便于同时控制2根金属自耗电极40转动，在2根金属自耗电极40的上端设有导电小横臂32，通过该导电小横臂32将2根金属自耗电极40相连，此外，在导电小横臂32上垂直安装有一导电铜柱31，该导电铜柱31位于导电小横臂32的中点，使2根金属自耗电极40关于导电铜柱31对称，从而使2根金属自耗电极40转动时，带动渣层运动程度相同，有利于渣层温度的均匀化。

本实施例的导电铜柱31穿过横臂一12，且在该导电铜柱31上设有从动齿轮，该从动齿轮与齿条22相啮合，当齿条22移动时，在轮齿啮合的作用下，带动导电铜柱31转动，从而控制金属自耗电极40转动。

优选的，本实施例在横臂一12与导电铜柱31之间设有轴承13，即轴承13套设在导电铜柱31上，该轴承13设置在横臂一12上，当导电铜柱31转动时，不会影响横臂一12。

此外，本实施例中在导电铜柱31上设有电刷30，该电刷30与一导线相连，通过导线为金属自耗电极40供电。石墨电极60也与一导线相连。

同样的，本实施例中为了便于控制石墨电极60***，石墨电极60安装在升降机构上，如图1所示，该升降机构包括二号电机50、滚珠丝杠二51、横臂二52和立柱二53，其中，二号电机50与滚珠丝杠二51之间通过减速器相连，所述滚珠丝杠二51与立柱二53相平行，且立柱二53沿着垂直方向设置，所述横臂二52垂直设置在滚珠丝杠二51上，且该横臂二52活动设置在立柱二53上，当二号电机50启动时，驱动滚珠丝杠二51转动，从而控制横臂二52沿着滚珠丝杠二51的长度方向移动，本实施例的石墨电极60上端与横臂二52相连。

值得说明的是，本实施例主要是针对于大型钢锭，当保温冒72的内径为800mm-1200mm时，其金属自耗电极40的直径为120mm，石墨电极60的直径为160mm，且控制金属自耗电极40距保温冒72内壁的距离为80-100mm；当保温冒72的内径为1201mm-2000mm时，其金属自耗电极40的直径为200mm，石墨电极60的直径为400mm，金属自耗电极40距保温冒72内壁的距离为101-120mm；当保温冒72的内径为2001mm-3000mm时，金属自耗电极40的直径为400mm，石墨电极60的直径为650mm，且金属自耗电极40距保温冒72内壁的距离为121-140mm。

值得说明的是，本实施例中保温冒72的内径与钢锭模70上沿的内径相等。

为了保证提供足够热量的基础上，降低生产成本，当保温冒72的内径为800mm-1200mm时，控制电压为40-50V；当保温冒72的内径为1201mm-2000mm时，控制电压为51-60V；当保温冒72的内径为2001mm-3000mm时，控制电压为61-70V。

本实施例的一种改善大钢锭结晶质量的电渣补缩方法，以保温冒72的内径1000mm为例，其过程为：

步骤a、将冶炼完成的钢液71注入钢锭模70内，将熔化好的重熔渣迅速倒入保温冒72内，控制钢液71注入完成到重熔渣倒入时间间隔不超过2min；

该过程中的重熔渣的渣层厚度为210mm；

步骤b、一号电机10和二号电机50启动，控制横臂一12和横臂二52同时下降，使金属自耗电极40、石墨电极60***至渣池73中，然后通电开始补缩；

该过程中金属自耗电极40在渣池73中的***深度为35mm，且金属自耗电极40距离保温冒72的内壁为90mm；石墨电极60在渣池73中的***深度为20mm；

本实施例在补缩过程中设定电压为42V；

步骤c、通电5min后，设定转速为5r/min，启动正反转电机21，驱动2根金属自耗电极40顺时针、逆时针交替运动；

步骤d、待热补缩结束后，控制金属自耗电极40、石墨电极60脱离渣池73，关闭电源；

为了便于判断补缩结束的终点，本实施例中采用外衬耐火材料的钢筋进行判断，控制该钢筋直接从保温冒72***钢液71中，检测液相穴的深度，当钢锭模70中钢水的液相穴深度达到保温冒72内径的2/3时，开始计时，两个小时后热补缩结束。

步骤e、待保温冒72中液渣完全凝固后，将钢锭模小车开出，进行脱模。

值得说明的是，当保温冒72的内径为800mm-1200mm时，120min后将钢锭模小车开出，脱模；当保温冒72的内径为1201mm-2000mm时，180min后将钢锭模小车开出，脱模；当保温冒72的内径为2001mm-3000mm时，300min后将钢锭模小车开出，脱模。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。