[發明專利]附加自耗攪拌器制備大型均質電渣重熔鋼錠的裝置及方法

無效

• 申請號: 201310379651.1
• 申請日: 2013-08-27
• 公開（公告）號: CN103406520A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 李寶寬;劉鵬;王強;劉中秋;王芳;齊鳳升
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B22D23/10
• 分類號: B22D23/10;C22B9/187
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明涉及冶金工業大型電渣重熔鋼錠凝固工藝技術領域，具體涉及一種附加自耗攪拌器制備大型均質電渣重熔鋼錠的裝置及方法。

背景技術

近年來隨著電力工業、核工業和石油化學工業的迅猛發展，對大型鑄鍛件的需求量越來越大，同時也對大型鑄鍛件的品質要求越來越高。大型鋼錠是大型鑄鍛件的先期產品，其質量對提高大型鑄鍛件質量尤為重要。在電渣重熔結晶器中，鋼錠的凝固過程是典型的定向凝固過程，即具有一側加熱和一側冷卻的傳熱特征，這種定向凝固結構可基本消除電渣重熔鋼錠的偏析和縮松等缺陷。但是大型電渣重熔鋼錠的凝固過程很長，根據鋼錠噸位不同，從幾十小時到上百小時不等，溶質再分配充分，致使碳、磷等低熔點、低密度元素在凝固前沿富集，加上其它物理過程，如熱溶質對流等的影響，使鋼錠不同區域化學成分不均勻，造成宏觀偏析和微觀偏析；并且在整個冷卻凝固的過程中，由于熱脹冷縮的原因，鋼錠和結晶器壁間會形成氣隙，氣隙的存在使鋼錠與結晶器壁間導熱性能下降，鋼錠向外傳熱的速度受到影響，使結晶器導出熱流量減小，鋼錠凝固速度下降，隨著鋼錠的大型化，這種現象更加嚴重。加快鋼錠冷卻，抑制鋼錠偏析，是提高生產效率，改善鋼錠質量的唯一途徑。

鋼錠中合金元素電渣重熔初期均勻分布于鋼液中，但是在常規凝固過程中由于合金元素在固液相中溶解度不同，加上溫度差導致的鋼液自然對流作用使得一些合金元素常常在凝固前沿析出并逐漸被排移到鋼液熱心區富集后形成宏觀偏析。大型電渣重熔鋼錠的偏析和縮松等問題是制約汽輪機轉子等高端設備質量的瓶頸。雖然國內外冶金領域近來在偏析形成機理方面取得一定的進展，如偏析類型、偏析位置的確定等，但是在偏析控制措施方面進展緩慢，幾乎沒有有效的措施可以來抑制或消除大型鋼錠內部宏觀偏析與縮松等缺陷。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種附加自耗攪拌器制備大型均質電渣重熔鋼錠的裝置及方法。

本發明的思想是改變鋼錠凝固過程中未凝鋼液的流動方式，解決大型電渣重熔鋼錠凝固過程中產生的合金成分宏觀、微觀偏析問題。基于弗萊明（M.C.Flemings，美國MIT教授）提出的攪動凝固抑制凝固偏析的原理，在大型鋼錠澆注完成后插入的自耗攪拌器既是冷源，又是驅動鋼液流動的動力源，可降低過熱度，并加速鋼錠凝固。通過控制自耗攪拌器的位移和旋轉速度達到凝固過程中鋼錠合金成分均質化和密實中心結構的目的。

本發明的技術方案是；

一種附加自耗攪拌器制備大型均質電渣重熔鋼錠的裝置，包括結晶器、自耗電極、冷卻水循環系統、升降橫臂和電控裝置和自耗電極控制裝置，底水箱固定于操作平臺上，結晶器放置在冷卻水循環系統的底水箱上，位于操作平臺一側的主立桿上連接升降橫臂，電控裝置固定在升降橫臂上，所述電控裝置包括控制電機和減速機，控制電機固定在升降橫臂上，控制電機的輸出端連接減速機的輸入端，該裝置還包括自耗攪拌器；

所述自耗攪拌器包括攪拌軸和攪拌葉片，且攪拌葉片固定連接在攪拌軸上，該攪拌器的材質與最終制備出的大型均質電渣重熔鋼錠成品的材質相同；

所述攪拌軸通過聯軸裝置與減速機輸出軸連接；

所述攪拌葉片為從葉片頂部向葉片根部逐漸加厚的片狀結構，且攪拌葉片采用單層多片方式固定連接在攪拌軸上；

所述升降橫臂與主立桿連接的一端為滑動端，該滑動端內壁有若干滾輪，滾輪帶動滑動端沿主立桿上下移動，控制自耗攪拌器進出結晶器。

所述自耗電極不少于兩個，攪拌軸的旋轉直徑小于各自耗電極的極心圓直徑。

所述自耗攪拌器位于結晶器中心，自耗攪拌器在結晶器內攪拌且不斷熔化而消耗。

所述攪拌軸自上而下呈錐形。

所述攪拌軸的長度超過自耗電極的長度的三分之一，且攪拌軸伸入結晶器的液態金屬熔池底部，攪拌葉片自根部到頂部的高度小于各自耗電極的極心圓半徑。

采用所述的附加自耗攪拌器制備大型均質電渣重熔鋼錠的裝置制備大型均質電渣重熔鋼錠的方法，包括如下步驟：

步驟1：將冷卻水從底水箱進水口通入結晶器內，再向結晶器內放入電極渣料或預熔渣料；

步驟2：通過導電橫臂將自耗電極浸入結晶器的渣池中并通入強電流使自耗電極熔化，自耗電極溶化后的鋼液滴通過渣層下落至結晶器底部，在結晶器底部逐漸積累的鋼液形成金屬熔池，而后再被結晶器水冷壁冷卻并逐漸凝固，形成鋼錠；

步驟3：當結晶器內鋼錠高度與結晶器的半徑相當時，控制升降橫臂將自耗式攪拌器從結晶器上部經自耗電極間的空隙穿過渣池放入液態金屬熔池中，并置于結晶器的中心位置；