本發明涉及鋼鐵冶金技術領域，具體涉及一種采用感應爐和電渣液態澆鑄煉鋼的裝置及方法。

　　背景技術：

　　電渣重熔是利用電流通過熔渣時產生的焦耳熱作為熱源對鑄坯進行再熔煉的方法。因其生產的電渣錠具有組織致密、疏松和偏析等缺陷少、夾雜物細小彌散、潔凈度高、化學成分均勻、表面光滑等優點，被廣泛用于生產高品質特殊鋼。

　　傳統冶煉特殊鋼電渣錠的方法是液態鋼液精煉后采用膜鑄/連鑄的方式澆鑄成鑄坯，隨后利用電渣重熔爐將鑄坯重新熔化成鋼液、冷卻結晶形成電渣錠。其生產流程見圖1。傳統的冶煉工藝中，液態鋼液—連鑄結晶形成鑄坯—電渣重熔加熱熔化形成鋼液的“高溫—低溫—高溫”過程造成了大量的熱損失，同時金屬自耗電極的制備使得工序復雜、生產周期長、生產成本增加。

　　現有的電渣液態澆鑄方法將鋼包精煉后的鋼液注入到具有感應加熱的中包，再將中包移至電渣液態澆鑄爐上，將中包的液態鋼液注入到電渣液態澆鑄爐中，冷卻結晶形成電渣錠，其生產流程見圖1。

　　但是該方法將鋼包中的鋼液注入到中包過程中，易引起鋼液的二次氧化、夾雜物含量增加；同時將盛有鋼液的中包置于電渣液態澆鑄爐上，增加了設備平臺的高度，中包坐落于電渣液態澆鑄爐之上，危險系數增加；對于電渣重熔行業的產品品種多、小規模生產特點，其采用電弧爐/轉爐—lf爐—感應中包—電渣液態澆鑄的生產工藝，因缺乏靈活性尚不能滿足電渣重熔行業特點，具有局限性。

　　技術實現要素：

　　本發明要解決的技術問題是提供一種采用感應爐和電渣液態澆鑄煉鋼的裝置及方法，具有安全系數高、車間占地小、生產效率高、生產及投資成本低、產品質量優異等優點。

　　為了解決上述技術問題，本發明提供了一種采用感應爐和電渣液態澆鑄煉鋼的裝置，包括依次設置的感應爐、真空脫氣爐和電渣液態澆鑄爐，所述真空脫氣爐設置有抽吸管和送液管，所述抽吸管插設在感應爐內，所述送液管插設在電渣液態澆鑄爐內，所述電渣液態澆鑄爐內的液位高度低于感應爐內的液位高度。

　　進一步的，所述電渣液態澆鑄爐包括上導電結晶部和下水冷結晶部，所述上導電結晶部和下水冷結晶部配合形成結晶器，所述上導電結晶部和下水冷結晶部之間設置有絕緣板，所述下水冷結晶部設置在安裝平臺上，所述安裝平臺下方設置有抽錠底水箱，所述抽錠底水箱與抽錠移動組件連接，所述抽錠底水箱與上導電結晶部之間還設置有交流電源和高壓電閘。

　　進一步的，所述電渣液態澆鑄爐上設置有上液位檢測傳感器和下液位檢測傳感器。

　　進一步的，所述真空脫氣爐內設置有加熱保溫組件，真空脫氣爐的抽吸管壁設有抽吸管吹氣組件。

　　進一步的，還包括密封塞，所述密封塞設置在送液管口。

　　進一步的，所述感應爐底部設置有感應爐底吹氣組件，所述感應爐設置在感應爐頂升機構上。

　　一種煉鋼方法，包括以下步驟：

　　1)將鋼材、合金料置于感應爐中進行加熱熔化，熔煉成鋼液后進行造渣、脫氧合金化、底吹氬精煉鋼液，采用感應加熱對鋼液和爐渣進行長時間加熱和保溫；

　　2)將電渣液態澆鑄爐中的引錠裝置與結晶器封好后，利用化渣臂在結晶器內熔化預定重量的渣料，得到液態熔渣；

　　將密封塞設置在真空脫氣爐的送液管口，同時開啟真空脫氣爐的加熱保溫組件；

　　3)將真空脫氣爐的抽吸管插入感應爐的鋼液內上部，開啟真空脫氣爐上的真空泵、對真空脫氣爐抽真空，待鋼液上升到真空脫氣爐體、并流入送液管時，高溫鋼液將送液管的密封塞溶解，此時將送液管插入電渣液態澆鑄爐內，鋼液開始由感應爐虹吸至電渣液態澆鑄爐內；

　　4)當熔渣液面達到設定高度后開始抽錠，同時閉合高壓電閘，構成交流電源—高壓電閘—上導電結晶部—液態熔渣—金屬熔池—電渣錠—底水箱—交流電源的供電回路，熔渣產生大量的焦耳熱，使得熔渣處于高溫熔融狀態，抽錠速率與鋼液的澆鑄速率相匹配；

　　5)在冶煉過程中，通過感應爐工作臺的感應爐頂升機構將感應爐緩慢頂升，使得感應爐中液面與電渣液態澆鑄爐內液面之間的液位差維持在固定值；

　　6)當鋼錠出結晶器出口后開啟二次冷卻裝置，完成電渣液態澆鑄。

　　進一步的，所述感應爐的最大深度為真空脫氣爐的抽吸管能夠泵送的最大鋼液高度。

　　進一步的，所述真空脫氣爐的鋼液通過抽吸管壁的抽吸管吹氣組件的吹氣速率控制鋼液澆入電渣液態澆鑄爐的速率。

　　本發明的有益效果：

　　1、節約投資、制造成本；采用感應爐—真空脫氣爐—電渣液態澆鑄的短流程煉鋼方式，其要求廠房空間小、生產流程短，省去了鋼液冷卻結晶形成金屬電極—金屬電極在電渣重熔爐中加熱熔化的“熱—冷—熱”環節，降低了生產成本。

　　2、提高產品內部質量與表面質量；采用感應爐—真空脫氣爐—電渣液態澆鑄的短流程煉鋼方式，在感應爐造渣、脫氧冶煉優質鋼液，通過真空脫氣爐降低鋼液氧含量、將感應爐內的優質鋼液虹吸至電渣液態澆鑄爐內，最后通過電渣液態澆鑄爐改善電渣錠的內部質量和表面質量。

　　3、靈活性更強；采用感應爐—真空脫氣爐—電渣液態澆鑄的短流程煉鋼方式，可以滿足電渣重熔行業的小批量生產、產品種類多、品質要求高特點。

　　附圖說明

　　圖1是傳統電渣重熔生產以及電渣液態澆鑄生產的流程圖；

　　圖2是本發明的整體結構示意圖；

　　圖3是本發明的澆注方法流程圖。

　　圖中標號說明：1、感應爐頂升機構；2、感應爐底吹氣組件；3、精煉鋼液；4、感應線圈；5、感應爐；6、爐渣；7、抽吸管吹氣組件；8、抽吸管；9、真空脫氣爐；10、真空泵；11、送液管；12、熔渣；13、上導電結晶部；14、絕緣板；15、上液位檢測傳感器；16、下液位檢測傳感器；17、金屬熔池；18、下水冷結晶部；19、電渣錠；20、抽錠移動組件；21、抽錠底水箱；22、高壓電閘；23、交流電源；24、電渣液態澆鑄爐。

　　具體實施方式

　　下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好地理解本發明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。

　　參照圖2所示，本發明的采用感應爐5和電渣重熔液態澆鑄煉鋼裝置的一實施例，包括依次設置的感應爐5、真空脫氣爐9和電渣液態澆鑄爐24，感應爐5內置有精煉鋼液3，感應爐5通過內置的感應線圈4進行加熱保溫，真空脫氣爐9設置有抽吸管8和送液管11，真空脫氣爐9上通過真空泵10抽真空，抽吸管8插設在感應爐5內，送液管11插設在電渣液態澆鑄爐24內，電渣液態澆鑄爐24內的液位高度低于感應爐5內的液位高度。真空脫氣爐9通過爐體上的真空泵10可以將感應爐5內的鋼液轉載至真空脫氣爐內，鋼液通過流動進入送液管11中，形成流動的整體，通過液位差的設置，使得“虹吸效應”產生，從而能夠將鋼液不斷的轉載運送至電渣液態澆鑄爐24內，無需額外的轉載動力，節能降耗，并且安全可靠，可控性極佳。

　　本發明采用感應爐5加熱精煉鋼液3，亦可以作為廢鋼的熔煉裝置，將特殊鋼電渣錠19的生產工藝縮短為感應爐5—真空脫氣爐9—電渣液態澆鑄爐24生產線；在感應爐5中，采用扒渣、造渣工藝，可以實現脫磷、脫硫、脫氧合金化工藝，同時加入底吹氬系統，有利于夾雜物上浮被爐渣6吸附；通過真空脫氣爐9將鋼液“虹吸”至電渣液態澆鑄爐24中，既可以將鋼液運送至電渣液態澆鑄爐24中，亦可以避免鋼液的二次氧化、對鋼液進行真空脫氣處理；在電渣液態澆鑄爐24中，鋼液再次得到化學精煉，同時其自上而下的導熱方式有助于鋼錠獲得良好的結晶組織。

　　與傳動電渣重熔生產線相比，本發明縮短了工藝流程，成本降低、工序更為簡單；本發明還降低了廠房空間，增加了安全系數，能夠保證鋼液澆入電渣液態澆鑄爐24時具有恒定的溫度，且采用感應爐5—真空脫氣爐9—電渣液態澆鑄爐24的短流程煉鋼方式更符合電渣企業產品種類多、小規模生產、品質要求高、靈活性強的特點。

　　上述的電渣液態澆鑄爐24包括上導電結晶部13和下水冷結晶部18，上導電結晶部13和下水冷結晶部18配合形成結晶器，上導電結晶部13和下水冷結晶部18之間設置有絕緣板14，上導電結晶部13為導電加熱熔渣12，下水冷結晶部18為鋼錠成型作用，可以采用鋼和銅組合結構。

　　下水冷結晶部18設置在安裝平臺上，安裝平臺下方設置有抽錠底水箱21，抽錠底水箱21與抽錠移動組件20連接，抽錠底水箱21與上導電結晶部13之間還設置有交流電源和高壓電閘22。當高壓電閘22閉合時，形成一個交流電源—高壓電閘22—上導電結晶部13—液態熔渣12—金屬熔池17—電渣錠19—底水箱21—交流電源的供電回路，達到有效澆鑄使用目的。

　　上述的電渣液態澆鑄爐24上設置有上液位檢測傳感器15和下液位檢測傳感器16，通過對結晶器內鋼液液面位置準確檢測，確定合理拉坯速率。

　　由于電渣液態澆鑄速率很慢，一爐次達到數小時，因此需要在感應爐5中長時間加熱保溫，在真空脫氣爐9內設置加熱保溫組件，加熱保溫組件可以為mosi2電阻棒加熱系統，避免鋼液緩慢經過真空脫氣爐9時冷卻凝固，同時維持鋼液溫度的恒定。

　　在使用前，在送液管11內先預塞密封塞，從而有效的保證鋼液的堆積，達到虹吸目的，也保證真空的形成。抽吸管8側壁設置有抽吸管吹氣組件7，能夠將氬氣吹入抽吸管8內從而可以有效的調節鋼液進入真空脫氣爐9的高度及流量。

　　感應爐5底部設置有感應爐底吹氣組件2，有利于夾雜物上浮被爐渣6吸附。

　　以下以具體的實際生產過程詳細介紹本申請:

　　參照圖2和圖3所示，為本申請一實施例的煉鋼方法；

　　采用坩堝內徑為0.8米、高度為1.4米的4噸感應爐3，對廢鋼進行加熱熔化，造渣、脫氧對鋼液進行精煉。

　　電渣液態澆鑄爐24的造渣用原料為螢石、石灰、氧化鋁和氧化硅，按照螢石：石灰：氧化鋁：氧化硅＝55:20:20:5的比例進行混勻，渣料混合物總質量為200kg。使用前將混合渣料放入烘渣爐在700℃以上烘烤5小時待用。電渣液態澆鑄爐24的結晶器內徑為70cm。

　　具體的，首先將鋼材、合金料置于感應爐5中進行加熱熔化，熔煉成鋼液后進行造渣、脫氧合金化精煉鋼液3，采用感應加熱對鋼液和爐渣6進行長時間加熱和保溫；鋼材的熔化、脫磷、脫硫、脫氧合金化均通過扒渣、造渣工藝對鋼液進行精煉。

　　然后將電渣液態澆鑄爐24中的引錠裝置與結晶器封好，利用化渣裝置在結晶器內熔化預定重量的渣料，得到熔渣12；化渣裝置可以為化渣臂；

　　開啟真空脫氣爐9的加熱保溫組件，預先升溫，保證后續鋼液溫度，避免產生過大的溫度變化；

　　并且還需要在真空脫氣爐9的送液管11內塞上木質的密封塞。

　　準備工作完成后，將真空脫氣爐9的抽吸管8插入感應爐5的鋼液中，真空脫氣爐9通過爐體上的真空泵10將鋼液抽入真空脫氣爐9內，并通過流動使得鋼液進入送液管11內，鋼液能夠將木質的密封塞熔化，流出鋼液，此時還形成虹吸效應，將送液管11插入電渣液態澆鑄爐24的熔渣12中，實現不斷的運送鋼液效果；

　　通過上液位檢測傳感器15和下液位檢測傳感器16實時檢測鋼液液面，鋼液液面高位高度也為熔渣12液面低位高度，當熔渣12液面達到設定高度后開始抽錠，可以為熔渣12液面到達上導電結晶部13位置，抽錠時抽錠移動組件20朝向抽錠方向帶動抽錠底水箱21移動，達到抽錠目的，抽出的錠為電渣錠19，其中電渣錠19頂部與鋼液銜接處會形成金屬熔池17；同時閉合高壓電閘22，構成交流電源—高壓電閘22—上導電結晶部13—液態熔渣12—金屬熔池17—電渣錠19—底水箱21—交流電源的供電回路，熔渣12產生大量的焦耳熱，使得熔渣12處于高溫熔融狀態，抽錠速率與鋼液的澆鑄速率相匹配，電渣液態澆鑄速率控制范圍：15-30kg/min，而抽錠速率以保證結晶器內熔渣12液面位置恒定為原則，根據液面檢測信號，可以通過plc自動調節拉坯速率。

　　當鋼錠出結晶器出口后，為了加速鑄坯的冷卻，提高凝固速率和澆鑄速率，在鑄坯出結晶器出口500mm高度范圍內的圓周方向均勻設置氣霧噴嘴對鑄坯進行強制冷卻，形成二次冷卻裝置，增強冷卻速率以保證凝固質量，完成電渣液態澆鑄。

　　上述的真空脫氣爐9具有上下移動功能，便于兩個管道的插設伸入；感應爐5具有稱重功能，以便更精確的確定澆鑄速率；感應爐頂升機構1能夠根據感應爐5中的液位高度進行頂升調節，保證感應爐中液位和電渣液態澆鑄爐中液位之間的液位差維持恒定，保證虹吸時吸力的穩定性，便于控制流量。

　　以上實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護范圍不限于此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護范圍之內。本發明的保護范圍以權利要求書為準。

　　技術特征：

　　技術總結

　　本發明公開了一種采用感應爐和電渣液態澆鑄煉鋼的裝置，包括依次設置的感應爐、真空脫氣爐和電渣液態澆鑄爐，所述真空脫氣爐設置有抽吸管和送液管，所述抽吸管插設在感應爐內，所述送液管插設在電渣液態澆鑄爐內，所述電渣液態澆鑄爐內的液位高度低于感應爐內的液位高度；并且公開一種煉鋼方法，采用虹吸現象將感應爐中的鋼液保護并澆注至電渣液態澆鑄爐中。本發明具有安全系數高、車間占地小、生產效率高、生產及投資成本低、產品質量優異等優點。

　　技術研發人員：侯棟;王德永;姜周華;屈天鵬;李花兵;田俊;劉福斌;王慧華;陳開來

　　受保護的技術使用者：蘇州大學

　　技術研發日：2018.11.27

　　技術公布日：2019.02.26