一种抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法

摘要

本发明公开了一种抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法，所述抽锭式电渣炉中设置外结晶器、内结晶器和底水箱，将环形电极棒置于所述外结晶器与内结晶器之间，向抽锭式电渣炉中加入液态渣料，起弧进行冶炼，其中，控制正常熔炼电流为21000～25000A，控制正常熔炼电压为78～88V，控制环形电极棒的熔化速度为14～22Kg/min；当冶炼形成的钢液面位于内结晶器中用于凝固钢液的区段高度的1/2～2/3处时，控制底水箱带动钢锭向下移动进行抽锭，控制抽锭速度为3～16mm/min，并控制内结晶器所受到的向下的摩擦力为内结晶器能够承受的最小变形力的40％以下，待钢锭完全抽出后出炉得到空心管坯钢锭。本发明冶炼出质量合格的空心管坯钢锭，大大提高了管件的质量和生产效率。

权利要求

1.一种抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法，其特征在于，所述抽锭式电渣炉中设置外结晶器、内结晶器和底水箱，所述方法包括以下步骤：将环形电极棒置于所述外结晶器与内结晶器之间，向抽锭式电渣炉中加入液态渣料，起弧进行冶炼，其中，控制正常熔炼电流为21000～25000A，控制正常熔炼电压为78～

88V，控制环形电极棒的熔化速度为14～22Kg/min；

当冶炼形成的钢液面位于内结晶器中用于凝固钢液的区段高度的1/2～2/3处时，控制底水箱带动钢锭向下移动进行抽锭，控制抽锭速度为3～16mm/min，并控制内结晶器所受到的向下的摩擦力为内结晶器能够承受的最小变形力的40％以下，待钢锭完全抽出后出炉得到空心管坯钢锭。

2.根据权利要求1所述的抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法，其特征在于，所述环形电极棒是采用多根电极棒焊接而成的。

3.根据权利要求1所述的抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述环形电极棒耗尽之后立即更换新的环形电极棒的步骤。

4.根据权利要求3所述的抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法，其特征在于，在更换环形电极棒的过程中，采用外结晶器向钢锭上方的液态渣料供电。

5.根据权利要求1所述的抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法，其特征在于，所述液态渣料是采用CaF2:Al2O3:CaO:SiO2:MgO的质量比范围为30-50:20-35:20-35:3-10:1-5的五元渣系熔化后得到。

6.根据权利要求1所述的抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法，其特征在于，所述方法还包括对钢锭进行补缩充填的步骤和进行缓慢冷却的步骤。

说明书

一种抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及钢铁冶金技术领域，更具体地讲，涉及一种抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法。

背景技术

[0002] 我国电渣炉冶炼主要以传统电渣炉（一般由支臂、立柱、短网、变压器、托锭台车等构成）及保护气氛电渣炉为主，并且通常采用电渣炉冶炼空心管坯钢锭需要进行复杂的穿孔环节，难以确保内外孔的同心度和壁厚的均匀性，对于管件的质量和生产效率均不利。

[0003] 目前，抽锭式电渣炉在国外正逐步发展，采用抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭在国内外基本上属空缺。

[0004] 本发明旨在提供一种质量稳定、效率高的抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法。

发明内容

[0005] 针对现有技术中所存在的不足，本发明的目的在于解决其中的一个或多个问题[0006] 本发明的目的在于提供一种能够冶炼出质量合格的空心管坯钢锭的方法。

[0007] 为了实现上述目的，本发明提供了一种抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法，所述抽锭式电渣炉中设置外结晶器、内结晶器和底水箱，所述方法包括以下步骤：将环形电极棒置于所述外结晶器与内结晶器之间，向抽锭式电渣炉中加入液态渣料，起弧进行冶炼，其中，控制正常熔炼电流为21000～25000A，控制正常熔炼电压为78～88V，控制环形电极棒的熔化速度为14～22Kg/min；当冶炼形成的钢液面位于内结晶器中用于凝固钢液的区段高度的1/2～2/3处时，控制底水箱带动钢锭向下移动进行抽锭，控制抽锭速度为3～16mm/min，并控制内结晶器所受到的向下的摩擦力为内结晶器能够承受的最小变形力的
40％以下，待钢锭完全抽出后出炉得到空心管坯钢锭。

[0008] 根据本发明的抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法的一个实施例，所述环形电极棒是采用多根电极棒焊接而成的。

[0009] 根据本发明的抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法的一个实施例，所述方法还包括在所述环形电极棒耗尽之后立即更换新的环形电极棒的步骤。

[0010] 根据本发明的抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法的一个实施例，在更换环形电极棒的过程中，采用外结晶器向钢锭上方的液态渣料供电。

[0011] 根据本发明的抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法的一个实施例，所述液态渣料是采用CaF2:Al2O3:CaO:SiO2:MgO的质量比范围为30-50:20-35:20-35:3-10:1-5的五元渣系熔化后得到。

[0012] 根据本发明的抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法的一个实施例，所述方法还包括对钢锭进行补缩充填的步骤和进行缓慢冷却的步骤。

[0013] 本发明采用抽锭式电渣炉并通过调整渣系以及各项参数的合理控制冶炼出质量合格的空心管坯钢锭，减少了复杂的穿孔环节，确保了内外孔的同心度和壁厚的均匀性，大大提高了管件的质量和生产效率。

附图说明

[0014] 图1是本发明示例中所冶炼的空心管坯钢锭的取样部位示意图。

具体实施方式

[0015] 下面结合实施例对本发明的抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法进行详细地描述。

[0016] 一般的抽锭式电渣炉设有外结晶器和底水箱，并且通过底水箱的向下移动抽出冶炼的钢锭并使外结晶器保持不动，则钢液可在外结晶器的强制冷却下，由外向内逐渐凝固结晶形成钢锭，但其无法用于生产空心管坯钢锭。

[0017] 本发明所采用的抽锭式电渣炉除了具备一般抽锭式电渣炉的结构和特点外，还设置了内结晶器，则该内结晶器可使钢液中心形成与内结晶器大小相等或略大的孔洞，由此形成环状的钢锭，并使钢锭从内壁向外壁并从内壁向外壁逐渐冷却，凝固的钢锭随底水箱的向下移动而被抽出并形成空心管坯钢锭。但在冶炼空心管坯钢锭的过程中，由于钢锭冷却收缩会对内结晶器产生的一定的抱紧力，并且底水箱向下移动的拉力会造成钢锭与内结晶器产生一定的摩擦力。当摩擦力过大时，内结晶器会随钢锭一起向下移动，导致变形损坏及冶炼中止。相同的钢种凝固时间越长向内收缩越大，与内结晶器产生的摩擦力越大，钢锭与内结晶器接触面积越大、接触面越不光滑产生的摩擦力也越大，因此控制冶炼参数和抽锭参数是冶炼合格的空心管坯钢锭的关键。

[0018] 根据本发明的抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法的示例性实施例，该抽锭式电渣炉中设置外结晶器、内结晶器和底水箱。其中，外结晶器用于使钢锭从外向内冷却，内结晶器用于使钢锭从内向外冷却，底水箱用于向内结晶器和外结晶器提供冷却水，并且底水箱还作为凝固后钢锭的抽锭驱动装置使用，即凝固的钢锭随着底水箱的向下移动而被抽出。在生产时可采用不同尺寸的内结晶器和外结晶器进行组合，满足冶炼不同规格的空心管坯钢锭的生产需求。

[0019] 具体地，所述方法包括以下步骤：

[0020] 首先，进行原料制备。根据所需冶炼的空心管坯钢锭的成分制备电极棒，然后将多根电极棒彼此焊接形成环形电极棒。

[0021] 然后，将环形电极棒置于外结晶器与内结晶器之间，向抽锭式电渣炉中加入液态渣料，起弧进行冶炼。为了使钢锭与内结晶器接触的内表面光滑、连续以减小抽锭时的摩擦力，需选择韧性好、流动性好的渣料。根据本发明的一个实施例，采用CaF2:Al2O3:CaO:SiO2:MgO的质量比范围为30-50:20-35:20-35:3-10:1-5的五元渣系熔化后得到上述液态渣料，其中SiO2可提供渣皮韧性并可形成均匀稳定的渣皮，若SiO2含量过多容易造成夹杂物偏高。并且，采用液体渣料引弧，即先在独立的化渣炉中将固体渣料熔化为液体渣料，再倒入结晶器中进行引弧冶炼，采用液渣引弧在冶炼初期更容易控制冶炼电流和电压的稳定性。

[0022] 在冶炼时，控制正常熔炼电流为21000～25000A，控制正常熔炼电压为78～88V，控制电极棒的熔化速度为14～22Kg/min，以控制钢锭在结晶器内的凝固时间较为合适。在正常熔炼阶段，若熔化速度低于14Kg/min，则凝固时间较长，容易导致摩擦力较大，内结晶器易出现变形损坏；若熔化速度高于22Kg/min，则凝固时间较短，虽然可减小摩擦力并防止内结晶器的变形损坏，但凝固时间过短又会造成钢锭凝固不彻底的部位出现漏钢、漏渣等情况，因此需要通过控制熔炼参数控制合适的凝固时间。

[0023] 当冶炼形成的钢液面位于内结晶器用于凝固钢液的区段高度的1/2～2/3处时，控制底水箱带动钢锭向下移动进行抽锭，并且，上述高度的1/2～2/3处是根据由下至上的高度进行判断的。其中，将抽锭速度控制在3～16mm/min，不同规格的内、外结晶器组合可生产出多种规格的空心锭，但其对应的最优抽锭速度也各不相同，应根据具体的组合结晶器规格进行抽锭速度的实际控制。例如，组合的结晶器所形成的环形横截面积越小，抽锭速度应越快（如：Φ450/650mm的结晶器组合的抽锭速度应控制在10～16mm/min）；而组合的结晶器所形成的环形横截面积越大，抽锭速度应越慢（如：Φ200/900mm的结晶器组合的抽锭速度应控制在3～5mm/min）。以钢液面在内结晶器用于凝固区段高度由下至上的1/2～2/3之间为判断标准，控制抽锭速度对钢液面高度进行调节。若钢液面高度高于2/3的高度时，钢锭与内结晶器接触时间过长，凝固收缩大，容易造成内结晶器受力过大变形损坏；若钢液面高度低于1/2的高度时，凝固时间过短又会造成钢锭凝固不彻底的部位出现漏钢、漏渣。

[0024] 在抽锭时，控制内结晶器所受到的向下的摩擦力为内结晶器的最小变形力的40％以下，待钢锭完全抽出后出炉得到空心管坯钢锭。通过检测钢锭在内结晶器上的高度可判断出钢锭与内结晶器的接触面积，而钢锭与内结晶器的接触面积越大产生的摩擦力也越大，通过控制抽锭速度并调节钢锭在内结晶器上的高度可以控制摩擦力的变化方向及钢锭的凝固时间。同时通过在炉中设置摩擦力检测装置实时检测结晶器所受到的向下的摩擦力的大小，并控制内结晶器所受到的向下的摩擦力为内结晶器的最小变形力的40％以下以避免内结晶器变形。此外，还可以根据结晶器的出水温度等及时判断是否出现漏钢、漏渣等异常情况。

[0025] 为了获得较长的空心管坯钢锭，优选地在环形电极棒耗尽之后立即更换新的环形电极棒，即在一组环形电极棒冶炼完马上更换另一组准备好的环形电极棒继续进行冶炼，进行多次这样的交换电极冶炼可获得较长的空心管坯钢锭。但是，由于在更换过程中环形电极棒离开了液态渣料，液态渣料的温度会迅速下降，为了防止温度下降造成钢锭和局部钢渣同时凝固造成的质量问题，优选地在更换过程中采用外结晶器对钢锭上方的液态渣料供电，以使液态渣料的温度下降缓慢并防止钢锭快速凝固，避免摩擦力增大造成的质量问题。在更换完环形电极棒之后，可以撤出用于供电的外结晶器导电装置。在整个更换的过程中，底水箱仍然继续向下移动，但需根据内结晶器受到的向下的摩擦力调整抽锭速度，具体地，抽锭速度需随内结晶器受到的向下的摩擦力的增大而增大并随内结晶器受到的向下的摩擦力的减小而减小，然后随着液态渣料温度的上升以及新的环形电极棒的熔化速度的增加逐渐进入正常冶炼。

[0026] 此外，为了保证空心管坯钢锭的质量，需要对钢锭进行补缩充填，并对钢锭进行缓慢冷却后出炉。一般在结束冶炼前2～10分钟开始补缩充填，补缩充填至冶炼结束，补缩的时间以及冷却的时间可以根据管坯的规格和成分进行具体选择。

[0027] 下面结合具体示例详细说明本发明。

[0028] 示例：

[0029] 设备：抽锭式电渣炉；

[0030] 原料准备：采用轧制的Φ160±2mm、长度为3000±200mm、弯曲度≤5mm/m的电极棒，每10支电极棒按照环形焊接成一组环形电极棒，准备两组环形电极棒冶炼空心管坯钢锭；

[0031] 冶炼的钢种：P91；

[0032] 内、外结晶器规格分别为Φ500mm、Φ900mm；

[0033] 渣系及其质量比：CaF2:Al2O3:CgO:SiO2:MgO=40:30:20:5:5；

[0034] 渣量：360kg；

[0035] 准备工作：做好内结晶器、外结晶器、底水箱之间的绝缘，防止局部导电击穿铜板导致漏水；内结晶器、外结晶器与底水箱之间使用绝缘材料封堵严实，防止冶炼初期漏渣。

[0036] 冶炼：在独立的化渣炉中将上述固体渣料熔化为液态渣料，再将液态渣料倒入电渣炉中对环形电极棒进行起弧冶炼。控制熔炼电流为23000±2000A、熔炼电压为83±5V、环形电极棒的熔化速度为17～20Kg/min。当钢液面位于内结晶器用于凝固钢液的区段高度的1/2处时，驱动底水箱向下移动进行抽锭，将抽锭速度由0mm/min逐渐增大至在5.5±0.5mm/min，并稳定控制在5.5±0.5mm/min，最终使内结晶器受到的向下的摩擦力控制在内结晶器的最小变形力的40%以内以防止内结晶器变形损坏。期间对环形电极棒进行更换，并通过外结晶器向钢锭上方的液态渣料供电使液态渣料的温度下降缓慢，避免交换过程由于液态渣料的温度迅速降低造成的钢锭质量问题。更换好电极棒后，撤出用于供电的外结晶器导电装置。在交换过程中底水箱仍然继续向下移动，根据内结晶器受到的向下的摩擦力大小实时调整抽锭速度，之后逐渐进入正常冶炼阶段。其中，使钢锭补缩1min以上以减小冷却过程产生的体积收缩并实现收缩深度最小，之后停止冶炼后继续抽锭至钢锭离开结晶器，并使钢锭在炉中缓慢冷却30min以上，凝固完成后出炉。

[0037] 钢锭检验结果：所制得的空心管坯钢锭的内径为Φ500mm、外径为Φ900mm，其锻制黑皮规格（即非机加工的成品规格）为Φ840×140mm。图1示出了对所冶炼的空心管坯钢锭进行取样的位置分布图，共对钢坯的两头各12个部位进行了取样，所得的成分如表1所示。

[0038] 表1示例中的空心管坯钢锭的取样成分检验结果

[0039]

[0040]

[0041] 之后，对锻造后的空心管坯钢锭进行取样分析以了解空心管坯钢锭的内部质量，其分析结果如表2所示

[0042] 表2取样分析结果

[0043]

[0044] 从上表可知，采用本发明的方法制备的P91钢空心管坯钢锭的起弧端、补缩端及外壁、厚度中心、内壁的各部位的主要元素、残余元素的分布比较均匀，夹杂物含量少，质量稳定且尺寸符合标准。

[0045] 综上所述，本发明的抽锭式电渣炉冶炼空心管坯钢锭的方法利用抽锭式电渣炉进行冶炼并通过调整渣系以及各项参数的合理控制冶炼出质量合格的空心管坯钢锭，减少了复杂的穿孔环节，确保了内外孔的同心度和壁厚的均匀性，大大提高了管件的质量和生产效率。

[0046] 本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明权利要求保护范围的情况下，可以进行各种变形和修改。