一种采用感应炉和电渣液态浇铸炼钢的装置及方法及步骤

　　

　　本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体涉及一种采用感应炉和电渣液态浇铸炼钢的装置及方法。

　　背景技术：

　　电渣重熔是利用电流通过熔渣时产生的焦耳热作为热源对铸坯进行再熔炼的方法。因其生产的电渣锭具有组织致密、疏松和偏析等缺陷少、夹杂物细小弥散、洁净度高、化学成分均匀、表面光滑等优点，被广泛用于生产高品质特殊钢。

　　传统冶炼特殊钢电渣锭的方法是液态钢液精炼后采用膜铸/连铸的方式浇铸成铸坯，随后利用电渣重熔炉将铸坯重新熔化成钢液、冷却结晶形成电渣锭。其生产流程见图1。传统的冶炼工艺中，液态钢液—连铸结晶形成铸坯—电渣重熔加热熔化形成钢液的“高温—低温—高温”过程造成了大量的热损失，同时金属自耗电极的制备使得工序复杂、生产周期长、生产成本增加。

　　现有的电渣液态浇铸方法将钢包精炼后的钢液注入到具有感应加热的中包，再将中包移至电渣液态浇铸炉上，将中包的液态钢液注入到电渣液态浇铸炉中，冷却结晶形成电渣锭，其生产流程见图1。

　　但是该方法将钢包中的钢液注入到中包过程中，易引起钢液的二次氧化、夹杂物含量增加；同时将盛有钢液的中包置于电渣液态浇铸炉上，增加了设备平台的高度，中包坐落于电渣液态浇铸炉之上，危险系数增加；对于电渣重熔行业的产品品种多、小规模生产特点，其采用电弧炉/转炉—lf炉—感应中包—电渣液态浇铸的生产工艺，因缺乏灵活性尚不能满足电渣重熔行业特点，具有局限性。

　　技术实现要素：

　　本发明要解决的技术问题是提供一种采用感应炉和电渣液态浇铸炼钢的装置及方法，具有安全系数高、车间占地小、生产效率高、生产及投资成本低、产品质量优异等优点。

　　为了解决上述技术问题，本发明提供了一种采用感应炉和电渣液态浇铸炼钢的装置，包括依次设置的感应炉、真空脱气炉和电渣液态浇铸炉，所述真空脱气炉设置有抽吸管和送液管，所述抽吸管插设在感应炉内，所述送液管插设在电渣液态浇铸炉内，所述电渣液态浇铸炉内的液位高度低于感应炉内的液位高度。

　　进一步的，所述电渣液态浇铸炉包括上导电结晶部和下水冷结晶部，所述上导电结晶部和下水冷结晶部配合形成结晶器，所述上导电结晶部和下水冷结晶部之间设置有绝缘板，所述下水冷结晶部设置在安装平台上，所述安装平台下方设置有抽锭底水箱，所述抽锭底水箱与抽锭移动组件连接，所述抽锭底水箱与上导电结晶部之间还设置有交流电源和高压电闸。

　　进一步的，所述电渣液态浇铸炉上设置有上液位检测传感器和下液位检测传感器。

　　进一步的，所述真空脱气炉内设置有加热保温组件，真空脱气炉的抽吸管壁设有抽吸管吹气组件。

　　进一步的，还包括密封塞，所述密封塞设置在送液管口。

　　进一步的，所述感应炉底部设置有感应炉底吹气组件，所述感应炉设置在感应炉顶升机构上。

　　一种炼钢方法，包括以下步骤：

　　1)将钢材、合金料置于感应炉中进行加热熔化，熔炼成钢液后进行造渣、脱氧合金化、底吹氩精炼钢液，采用感应加热对钢液和炉渣进行长时间加热和保温；

　　2)将电渣液态浇铸炉中的引锭装置与结晶器封好后，利用化渣臂在结晶器内熔化预定重量的渣料，得到液态熔渣；

　　将密封塞设置在真空脱气炉的送液管口，同时开启真空脱气炉的加热保温组件；

　　3)将真空脱气炉的抽吸管插入感应炉的钢液内上部，开启真空脱气炉上的真空泵、对真空脱气炉抽真空，待钢液上升到真空脱气炉体、并流入送液管时，高温钢液将送液管的密封塞溶解，此时将送液管插入电渣液态浇铸炉内，钢液开始由感应炉虹吸至电渣液态浇铸炉内；

　　4)当熔渣液面达到设定高度后开始抽锭，同时闭合高压电闸，构成交流电源—高压电闸—上导电结晶部—液态熔渣—金属熔池—电渣锭—底水箱—交流电源的供电回路，熔渣产生大量的焦耳热，使得熔渣处于高温熔融状态，抽锭速率与钢液的浇铸速率相匹配；

　　5)在冶炼过程中，通过感应炉工作台的感应炉顶升机构将感应炉缓慢顶升，使得感应炉中液面与电渣液态浇铸炉内液面之间的液位差维持在固定值；

　　6)当钢锭出结晶器出口后开启二次冷却装置，完成电渣液态浇铸。

　　进一步的，所述感应炉的最大深度为真空脱气炉的抽吸管能够泵送的最大钢液高度。

　　进一步的，所述真空脱气炉的钢液通过抽吸管壁的抽吸管吹气组件的吹气速率控制钢液浇入电渣液态浇铸炉的速率。

　　本发明的有益效果：

　　1、节约投资、制造成本；采用感应炉—真空脱气炉—电渣液态浇铸的短流程炼钢方式，其要求厂房空间小、生产流程短，省去了钢液冷却结晶形成金属电极—金属电极在电渣重熔炉中加热熔化的“热—冷—热”环节，降低了生产成本。

　　2、提高产品内部质量与表面质量；采用感应炉—真空脱气炉—电渣液态浇铸的短流程炼钢方式，在感应炉造渣、脱氧冶炼优质钢液，通过真空脱气炉降低钢液氧含量、将感应炉内的优质钢液虹吸至电渣液态浇铸炉内，最后通过电渣液态浇铸炉改善电渣锭的内部质量和表面质量。

　　3、灵活性更强；采用感应炉—真空脱气炉—电渣液态浇铸的短流程炼钢方式，可以满足电渣重熔行业的小批量生产、产品种类多、品质要求高特点。

　　附图说明

　　图1是传统电渣重熔生产以及电渣液态浇铸生产的流程图；

　　图2是本发明的整体结构示意图；

　　图3是本发明的浇注方法流程图。

　　图中标号说明：1、感应炉顶升机构；2、感应炉底吹气组件；3、精炼钢液；4、感应线圈；5、感应炉；6、炉渣；7、抽吸管吹气组件；8、抽吸管；9、真空脱气炉；10、真空泵；11、送液管；12、熔渣；13、上导电结晶部；14、绝缘板；15、上液位检测传感器；16、下液位检测传感器；17、金属熔池；18、下水冷结晶部；19、电渣锭；20、抽锭移动组件；21、抽锭底水箱；22、高压电闸；23、交流电源；24、电渣液态浇铸炉。

　　具体实施方式

　　下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

　　参照图2所示，本发明的采用感应炉5和电渣重熔液态浇铸炼钢装置的一实施例，包括依次设置的感应炉5、真空脱气炉9和电渣液态浇铸炉24，感应炉5内置有精炼钢液3，感应炉5通过内置的感应线圈4进行加热保温，真空脱气炉9设置有抽吸管8和送液管11，真空脱气炉9上通过真空泵10抽真空，抽吸管8插设在感应炉5内，送液管11插设在电渣液态浇铸炉24内，电渣液态浇铸炉24内的液位高度低于感应炉5内的液位高度。真空脱气炉9通过炉体上的真空泵10可以将感应炉5内的钢液转载至真空脱气炉内，钢液通过流动进入送液管11中，形成流动的整体，通过液位差的设置，使得“虹吸效应”产生，从而能够将钢液不断的转载运送至电渣液态浇铸炉24内，无需额外的转载动力，节能降耗，并且安全可靠，可控性极佳。

　　本发明采用感应炉5加热精炼钢液3，亦可以作为废钢的熔炼装置，将特殊钢电渣锭19的生产工艺缩短为感应炉5—真空脱气炉9—电渣液态浇铸炉24生产线；在感应炉5中，采用扒渣、造渣工艺，可以实现脱磷、脱硫、脱氧合金化工艺，同时加入底吹氩系统，有利于夹杂物上浮被炉渣6吸附；通过真空脱气炉9将钢液“虹吸”至电渣液态浇铸炉24中，既可以将钢液运送至电渣液态浇铸炉24中，亦可以避免钢液的二次氧化、对钢液进行真空脱气处理；在电渣液态浇铸炉24中，钢液再次得到化学精炼，同时其自上而下的导热方式有助于钢锭获得良好的结晶组织。

　　与传动电渣重熔生产线相比，本发明缩短了工艺流程，成本降低、工序更为简单；本发明还降低了厂房空间，增加了安全系数，能够保证钢液浇入电渣液态浇铸炉24时具有恒定的温度，且采用感应炉5—真空脱气炉9—电渣液态浇铸炉24的短流程炼钢方式更符合电渣企业产品种类多、小规模生产、品质要求高、灵活性强的特点。

　　上述的电渣液态浇铸炉24包括上导电结晶部13和下水冷结晶部18，上导电结晶部13和下水冷结晶部18配合形成结晶器，上导电结晶部13和下水冷结晶部18之间设置有绝缘板14，上导电结晶部13为导电加热熔渣12，下水冷结晶部18为钢锭成型作用，可以采用钢和铜组合结构。

　　下水冷结晶部18设置在安装平台上，安装平台下方设置有抽锭底水箱21，抽锭底水箱21与抽锭移动组件20连接，抽锭底水箱21与上导电结晶部13之间还设置有交流电源和高压电闸22。当高压电闸22闭合时，形成一个交流电源—高压电闸22—上导电结晶部13—液态熔渣12—金属熔池17—电渣锭19—底水箱21—交流电源的供电回路，达到有效浇铸使用目的。

　　上述的电渣液态浇铸炉24上设置有上液位检测传感器15和下液位检测传感器16，通过对结晶器内钢液液面位置准确检测，确定合理拉坯速率。

　　由于电渣液态浇铸速率很慢，一炉次达到数小时，因此需要在感应炉5中长时间加热保温，在真空脱气炉9内设置加热保温组件，加热保温组件可以为mosi2电阻棒加热系统，避免钢液缓慢经过真空脱气炉9时冷却凝固，同时维持钢液温度的恒定。

　　在使用前，在送液管11内先预塞密封塞，从而有效的保证钢液的堆积，达到虹吸目的，也保证真空的形成。抽吸管8侧壁设置有抽吸管吹气组件7，能够将氩气吹入抽吸管8内从而可以有效的调节钢液进入真空脱气炉9的高度及流量。

　　感应炉5底部设置有感应炉底吹气组件2，有利于夹杂物上浮被炉渣6吸附。

　　以下以具体的实际生产过程详细介绍本申请:

　　参照图2和图3所示，为本申请一实施例的炼钢方法；

　　采用坩埚内径为0.8米、高度为1.4米的4吨感应炉3，对废钢进行加热熔化，造渣、脱氧对钢液进行精炼。

　　电渣液态浇铸炉24的造渣用原料为萤石、石灰、氧化铝和氧化硅，按照萤石：石灰：氧化铝：氧化硅＝55:20:20:5的比例进行混匀，渣料混合物总质量为200kg。使用前将混合渣料放入烘渣炉在700℃以上烘烤5小时待用。电渣液态浇铸炉24的结晶器内径为70cm。

　　具体的，首先将钢材、合金料置于感应炉5中进行加热熔化，熔炼成钢液后进行造渣、脱氧合金化精炼钢液3，采用感应加热对钢液和炉渣6进行长时间加热和保温；钢材的熔化、脱磷、脱硫、脱氧合金化均通过扒渣、造渣工艺对钢液进行精炼。

　　然后将电渣液态浇铸炉24中的引锭装置与结晶器封好，利用化渣装置在结晶器内熔化预定重量的渣料，得到熔渣12；化渣装置可以为化渣臂；

　　开启真空脱气炉9的加热保温组件，预先升温，保证后续钢液温度，避免产生过大的温度变化；

　　并且还需要在真空脱气炉9的送液管11内塞上木质的密封塞。

　　准备工作完成后，将真空脱气炉9的抽吸管8插入感应炉5的钢液中，真空脱气炉9通过炉体上的真空泵10将钢液抽入真空脱气炉9内，并通过流动使得钢液进入送液管11内，钢液能够将木质的密封塞熔化，流出钢液，此时还形成虹吸效应，将送液管11插入电渣液态浇铸炉24的熔渣12中，实现不断的运送钢液效果；

　　通过上液位检测传感器15和下液位检测传感器16实时检测钢液液面，钢液液面高位高度也为熔渣12液面低位高度，当熔渣12液面达到设定高度后开始抽锭，可以为熔渣12液面到达上导电结晶部13位置，抽锭时抽锭移动组件20朝向抽锭方向带动抽锭底水箱21移动，达到抽锭目的，抽出的锭为电渣锭19，其中电渣锭19顶部与钢液衔接处会形成金属熔池17；同时闭合高压电闸22，构成交流电源—高压电闸22—上导电结晶部13—液态熔渣12—金属熔池17—电渣锭19—底水箱21—交流电源的供电回路，熔渣12产生大量的焦耳热，使得熔渣12处于高温熔融状态，抽锭速率与钢液的浇铸速率相匹配，电渣液态浇铸速率控制范围：15-30kg/min，而抽锭速率以保证结晶器内熔渣12液面位置恒定为原则，根据液面检测信号，可以通过plc自动调节拉坯速率。

　　当钢锭出结晶器出口后，为了加速铸坯的冷却，提高凝固速率和浇铸速率，在铸坯出结晶器出口500mm高度范围内的圆周方向均匀设置气雾喷嘴对铸坯进行强制冷却，形成二次冷却装置，增强冷却速率以保证凝固质量，完成电渣液态浇铸。

　　上述的真空脱气炉9具有上下移动功能，便于两个管道的插设伸入；感应炉5具有称重功能，以便更精确的确定浇铸速率；感应炉顶升机构1能够根据感应炉5中的液位高度进行顶升调节，保证感应炉中液位和电渣液态浇铸炉中液位之间的液位差维持恒定，保证虹吸时吸力的稳定性，便于控制流量。

　　以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

　　技术特征：

　　技术总结

　　本发明公开了一种采用感应炉和电渣液态浇铸炼钢的装置，包括依次设置的感应炉、真空脱气炉和电渣液态浇铸炉，所述真空脱气炉设置有抽吸管和送液管，所述抽吸管插设在感应炉内，所述送液管插设在电渣液态浇铸炉内，所述电渣液态浇铸炉内的液位高度低于感应炉内的液位高度；并且公开一种炼钢方法，采用虹吸现象将感应炉中的钢液保护并浇注至电渣液态浇铸炉中。本发明具有安全系数高、车间占地小、生产效率高、生产及投资成本低、产品质量优异等优点。

　　技术研发人员：侯栋;王德永;姜周华;屈天鹏;李花兵;田俊;刘福斌;王慧华;陈开来

　　受保护的技术使用者：苏州大学

　　技术研发日：2018.11.27

　　技术公布日：2019.02.26