具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图所示，本发明提供了一种可切换加热模式的浇注钢包补热装置，包括：内部置有钢水16和保护渣15的浇注钢包17、主控系统1以及与主控系统1连接的加热模块、电极位置控制模块、供气模块和钢水状态监测模块，加热模块上设置有中空石墨电极组5，中空石墨电极组5一侧伸入浇注钢包17内，用于加热保护渣15和/或钢水16，电极位置控制模块用于控制中空石墨电极组5的升降，供气模块分别向加热模块和浇注钢包17中通入气体，钢水状态监测模块与浇注钢包17相连，用于监测钢水温降和液面位置；加热模块根据钢水温降和加热电路的电压降进行不同工作状态下的等离子加热和电渣加热之间切换加热模式；

主控系统1根据钢水状态监测模块动态反馈的钢水温降和液面位置数据，实时控制加热模块、电极位置控制模块和供气模块的工作状态，并将整个补热装置的实时工作状态和数据传输至操作台2，也可根据操作台2的动态指令，控制补热装置的工作状态。

实施例1

如图1-3所示，本实施例以垂直半连铸工艺制备φ1600mm，长度10m的大圆坯钢锭为例，介绍本发明一种可切换加热模式的浇注钢包补热装置和方法，它是用于垂直半连铸工艺大容量钢包长时间浇注的钢水补热装置和方法，也可以用来进行有色金属的浇注。本实施例中，需要浇注钢水的重量约为144t，采用160t大容量钢包浇注，拉坯速度为0.05m/min，则浇注时间长达200min。

如图1所示为本实施例一种可切换加热模式的浇注钢包补热装置的示意图，从功能角度可划分为如下六个模块：主控系统1、加热模块、电极位置控制模块、供气模块、钢水状态监测模块和浇注钢包17，主控系统1是可切换加热模式的浇注钢包补热装置的核心系统，除浇注钢包17外，其它四个模块都与主控系统1连接，其主要负责根据钢水状态监测模块动态反馈的钢水温降和液面位置数据，实时控制加热模块、电极位置控制模块和供气模块的工作状态，并将系统的实时工作状态和数据传输至操作台2，也可以根据操作台2的动态指令，控制补热装置的工作状态。具体的装置构成包括：主控系统1、操作台2、电源系统3、电路电缆4、中空石墨电极组5、连续测温装置6、液面监测装置7、供气装置8、气体管路9、电极位置控制系统10、电极升降机构11、电极夹持臂12、钢包盖13、挡板14、浇注钢包17、浇注水口18和底吹装置19，浇注钢包17内部具有中空腔室，该中空腔室内置有钢水16和保护渣15，保护渣覆盖在钢水16的水面上，通过设置在浇注钢包17底部的浇注水口18向浇注钢包17内通入钢水16，底吹装置19设置在浇注钢包17底部。本实施例中所采用的保护渣15为导电渣。

本实施例中，加热模块主要由电源系统3、电路电缆4和中空石墨电极组5构成，电源系统3的一侧与主控系统1相连，另一侧通过电路电缆4与中空石墨电极组5相连，为中空石墨电极组5供电；电源系统3包括隔离式变压器、三相真空断路器和起弧器，高压交流电在电源系统3中被转换成低压直流电并可调节输出，起弧器是一个能够产生高压低能脉冲的装置。

本实施例中，中空石墨电极组5采用一对中空石墨电极，在不更换电极的情况下，装置可以根据钢水温降和加热电路的电压降在等离子加热和电渣加热之间切换加热模式。具体地，中空石墨电极组5由一根阳电极20和一根正电极21组成，阳电极20和一根正电极21分别通过电路电缆4与电源系统3的正负极相连，两根电极均为石墨材质，结构相同，均为圆柱体结构，中间为圆形通孔，通孔一端均与气体管路9连接，通孔内部与气体管路9内部相连通，其作用一是在中空石墨电极组5中通入氩气时作为等离子加热模式的发射体，在通电状态下将氩气加热并充分电离形成等离子气体束，用于加热钢水16；其作用二是作为电渣加热模式的石墨电极，在中间通孔不通入氩气的情况下，可插入保护渣15中，通过电渣的电阻热加热钢水16。

本实施例中，电极位置控制模块由电极位置控制系统10以及与电极位置控制系统10连接的电极升降机构11和电极夹持臂12构成，电极夹持臂12安装在电极升降机构11顶部，用于夹持中空石墨电极组5，电极升降机构11驱动电极夹持臂12带着中空石墨电极组5进行升降。电极位置控制系统10用于接收主控系统1的操作指令，并通过电极升降机构11和电极夹持臂12控制中空石墨电极组5的工作位置。

本实施例中，供气模块由与主控系统1连接的供气装置8和与供气装置8相连的气体管路9构成，供气模块包括两个管路：一是与中空石墨电极组5连接，为等离子加热模式提供工质气体；二是与底吹装置19连接，向浇注钢包17内不断吹入氩气，起到搅拌均温的作用。

本实施例中，钢水状态监测模块由与主控系统1连接的连续测温装置6和液面监测装置7构成，连续测温装置6和液面监测装置7均插入浇注钢包17内，分别用于监测钢水温降和钢水液面位置。该钢水状态监测模块是主控系统1判断浇注钢包补热装置运行状态和运行参数的重要参考数据，连续反映浇注钢包17内的钢水温降、补热温升和液面位置。

本实施例中，浇注钢包17的钢包主体结构仍然为传统钢包的结构形式，不需要进行改造；钢包盖13需要特殊设计，其中间设有电极开孔，另外设计有安装连续测温装置6和液面监测装置7的开孔；钢包盖13内侧设计有环形的挡板14结构，起到遮蔽等离子体弧光、减少对钢包耐材高温辐射的作用，提高耐材的使用寿命。

本发明可有效解决浇注钢包液面动态下降和渣层动态增厚的技术难题，适用于钢包长时间浇注的各类工艺和工况，可以用于钢铁材料和有色金属材料的浇注。

实施例2

如图2所示为本实施例一种可切换加热模式的浇注钢包补热方法的流程示意图，可切换加热模式的浇注钢包补热方法为：

步骤1：开始浇注，钢水16起始过热度为30℃，浇注钢包17底部持续吹氩搅拌，连续测温装置6和液面监测装置7实时监测钢水16温降和液面位置；

步骤2：钢水16的温降阈值为5℃～10℃，若温降超过阈值，中空石墨电极组5下降至液面上方，通入氩气起弧，启动等离子加热模式；

步骤3：电压降的阈值设置为20V～50V，判断加热电路的电压降是否高于阈值：若电压降低于阈值，则钢渣15厚度适中，继续使用等离子加热模式，直至钢水16温度超过预设的30℃过热度，结束补热，回到步骤1；若电压降高于阈值，则表明渣层厚度较厚，等离子加热模式的作用有限，继续下一步操作；

步骤4：关闭氩气，将石墨中空石墨电极组5插入电渣中，启动电渣加热模式，保护渣15被加热软化；

步骤5：石墨中空石墨电极组5升出渣面，通氩气起弧，启动等离子加热模式；

步骤6：等离子束吹开经高温软化的渣层，直接加热钢水16，直至温度超过预设的过热度，结束补热，回到步骤1。

图3为本发明一种可切换加热模式的浇注钢包补热装置分别在待机状态、等离子加热模式、和电渣加热模式下的工作状态示意图。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。