一种电渣重熔用自耗电极及合金加入装置和方法与流程

本发明属于冶金电渣重熔，特别是涉及一种电渣重熔用自耗电极及合金加入装置和方法。

背景技术：

1、电渣重熔作为一种特种冶金新技术，在特殊钢行业占据举足轻重的作用。其基本原理是在水冷结晶器中利用电流通过熔渣时产生的电阻热将金属或合金重新熔化成金属液滴，金属液滴在滴落过程与液态渣充分接触实现提纯目的，由于水冷结晶器强制冷却作用，液态金属迅速凝固形成钢锭或铸件的一种特种冶金方法。虽然经过电渣重熔后的钢锭其优点有很多，纯度高、含硫量低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、结晶均匀致密、金相组织和化学成分均匀，但是在处理一些含易氧化元素含量有严格要求的特殊钢来说，该方法的不足就是在重熔过程中，母电极中铝、钛、硅、锰、硼等易氧化合金元素容易烧损，另外由于渣池的温度一般在2000℃左右，有些合金元素也容易挥发。为了防止合金元素烧损导致电渣锭成分不合，采用真空装置或氩气保护的方式进行重熔冶炼，以隔绝大气中氧的进入，虽然该技术可以起到防止在电渣重熔过程中易氧化合金元素的烧损，但是受限于电渣重熔的工艺设备条件，实现可靠真空或氩气保护的技术要求以及设备成本及后期的维护成本都非常高，不利于工业推广。通过向渣池内加入易氧化合金，来补偿过程烧损或是弥补母电极本身某些成分不合缺陷，是比较有效的方法。目前应用比较广泛的方法就是向渣池中添加铝粉或其它合金粉，但是其加入方式就是直接将金属粉末撒入到结晶器的渣池内，这种加入方式简单易于操作，但是最大的不足就是撒入到结晶器渣池内的金属粉会有大部分在渣池的表面氧化，其收得率比较低，生成的氧化物同时还会影响液渣的冶金性能。此外，在进行合金成分调整时，这种间断加入方式还容易造成电渣锭合金成分不均。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电渣重熔用自耗电极及合金加入装置和方法，解决现有技术在电渣重熔中合金元素特别是易氧化合金元素的烧损过大造成钢锭成分不合，以及减少合金元素在钢锭中偏析等问题，实现合金特别是易氧化合金的高收得率及稳定控制。

2、为了解决现有技术的不足，以实现电渣钢锭成分的稳定控制，本发明提供了电渣重熔用自耗电极及合金加入装置和方法，具体方案如下：

3、为了实现发明目的，本发明设计一种电渣重熔用自耗电极，包括铸坯，铸坯在使用时被液态渣面划分为内外两部分区域，在铸坯上设有将内外两部分区域连通的通道，位于外部区域的通道口为通道入口，位于内部区域的通道口为通道出口。

4、进一步地，所述通道通过铸坯浇注一体成型制得，或者通过管道焊接在铸坯周围制得，对应的焊接管道材质与铸坯相同或者是工业纯铁。

5、进一步地，所述通道数量为2个以上，各通道之间均匀分布。

6、为了实现发明目的，本发明还设计一种合金粉加入装置，包括气体罐、合金粉罐、分料器；所述气体罐上设有气体出口，合金粉罐上设有粉料出口；所述分料器包括与气体罐气体出口连接的进气口，与合金粉罐粉料出口连接的进料口，经进气口设有输气通路，经进料口设有输料腔体或通路，输料腔体或通路的出料口汇入到输气通路，在汇合处或经汇合处延伸的气料混合通路末端，通过管路与自耗电极的通道入口连接。合金粉加入装置的气体罐、合金粉罐、分料器之间可以是一体式结构，也可以是分体式结构。

7、进一步地，所述分料器的进气口为1个，与该进气口相通的输气通路为2个以上，且每个输气通路的管径相等；所述分料器的进料口为1个，与该进料口相通的输料通路为2个以上，且每个输料通路的管径相等；所述输气通路数量与输料通路数量相等且两两一组，相互对应。每个输料通路汇入到对应的输气通路后形成一个气料混合点或气料混合通路，气料混合点或气料混合通路的数量与自耗电极的通道数量相等。

8、进一步地，所述分料器的进料口为1个，分料器主要由环形侧壁和圆锥凸起状底组成，侧壁与圆锥凸起状底之间形成一个空腔，空腔底部为环形带，环形带上分布有粉料出口；所述进料口位于分料器上部并且正对着腔内圆锥凸起的尖顶。

9、进一步地，所述分料器的进气口为2个以上，每个进气口对应1个输气通路，每个进气口管径、输气通路管径均相等；所述分料器的进料口为2个以上，每个进料口对应1个输料通路，每个进料口管径、输料通路管径均相等；输气通路数量与输料通路数量相等且两两一组，相互对应。每个输料通路汇入到对应的输气通路后形成一个气料混合点或气料混合通路，气料混合点或气料混合通路的数量与自耗电极的通道数量相等。

10、进一步地，所述气体罐的气体出口设有气体流量阀，合金粉罐的粉料出口位于合金粉罐的底部，并设有粉料下料阀；分料器位于合金粉罐的下方，分料器的进料口位于分料器上部。便于合金粉罐中的合金粉料在无气体输送的情况下，靠重力作用向下流动至气粉通路的交汇处。

11、进一步地，所述出料口与输气通路的汇合处或经汇合处延伸的气料混合通路末端与自耗电极的通道入口之间的连接管路为软连接管，软连接管与自耗电极通道入口之间通过相互配合的插管连接。插管的插入端呈圆锥状，其锥度控制在0.1-0.2，该结构的软连接管及插管简单实用，便于现场实际操作。

12、为了实现发明目的，本发明还设计一种合金粉加入方法，包括以下内容：

13、准备阶段：

14、将待调整合金粉或金属粉装入合金粉罐中，将输送气体充入到气体罐中，将分料器的进气口、进料口分别通过管道与气体罐的气体出口、合金粉罐的粉料出口连接；当组成合金粉加入装置的气体罐、合金粉罐、分料器之间是一体式结构时，可以省去连接过程。

15、将自耗电极安装到电渣重熔设备中，将分料器出料口与输气通路的汇合处或经汇合处延伸的气料混合通路末端，通过管路与自耗电极的通道入口连接；

16、加料阶段：

17、待结晶器内的液态渣及液态金属稳定后，打开气体流量阀及下料阀向液态金属内喷入合金粉或金属粉；

18、结束阶段：

19、待自耗电极熔化结束后，液态渣及液态金属未凝固期间，关闭旋转下料阀停止下料，但需要继续向结晶器内喷入氩气，使结晶器内处于氩气保护气氛中，待液态渣及液态金属完全凝固后，关闭流量阀停止喷入氩气，同时将连接管道拔出。

20、进一步地，加料阶段根据自耗电极的熔化速度和钢种成分要求及合金烧损情况，按以下公式确定合金粉的喷入量：

21、m＝[w下-(1-a烧)×m母]×v母～[w上-(1-a烧)×m母]×v母

22、式中，m为待调整合金粉或金属粉的喷入量，kg/min；a烧为自耗电极(也称母电极)在重熔过程中待调整的合金烧损率(易氧化元素烧损率按10％-15％控制，非易氧化元素烧损率按1％-5％控制)，％；w下、w上分别为成品电渣锭待调整合金成分范围的下限和上限，％；m母为自耗电极(也称母电极)待调整合金含量，％；v母为自耗电极(也称母电极)的熔化速度，kg/min；合金粉或金属粉的下料速度可以通过旋转下料阀进行控制。

23、进一步地，气体罐的工作压力控制在0.4～0.8mpa，喷吹的惰性气体采用氩气；合金粉或金属粉的粒度控制在50～100目；加料阶段：喷吹的气体流量按50～100l/min进行控制；结束阶段：继续向结晶器内喷入气体，流量控制在5～10l/min。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、(1)本发明通过在自耗电极上设有将内外两部分区域连通的通道，并与合金粉加入装置配合，避免或减轻了合金与液渣之间的相互作用，从而引起液渣的性能的改变对电渣锭的影响；

26、(2)在合金粉加入过程中，防止合金粉停留在液渣池表面而引起合金粉收得率降低，同时也防止合金与液渣中的化合物发生反应进而对液渣造成质量影响。通过此方法加入，可将合金粉或金属粉的收得率由目前的平均80％提高至95％以上，降低了生产成本；

27、(3)本发明隔绝空气加入合金粉的方式，防止了以撒入或喂线等方式在合金加入过程中造成空气的卷入；同时采用氩气作为载气的喷入，对待调整合金与母电极熔化的钢液充分混匀起到了良好作用；

28、(4)通过此方法，可以将自耗电极生产(连铸或模铸)过程中某些易氧化元素的合金化工艺调整到该工序进行完成，可将易氧化元素的综合收得率由目前的平均61.5％提高至90％以上。