本发明专利技术公开了一种双电源耦合细化电渣锭凝固组织的电渣重熔装置及其方法，属于特种冶金技术领域。它包括结晶器和电源；所述结晶器内可盛放渣池，结晶器从上往下依次包括第一结晶器和第二结晶器；所述第一结晶器和第二结晶器之间对应设置且绝缘相连；所述第一结晶器内可插入自耗电极并使其没入渣池中；在所述渣池中，与第一结晶器和第二结晶器绝缘相连处对应的位置为第一渣池层，渣池的底层为第二渣池层；所述电源包括工频电源和脉冲电源；所述工频电源将自耗电极与第二渣池层连接；所述脉冲电源将第一渣池层与第二渣池层连接。本发明专利技术能在保证重熔效率的同时有效细化电渣锭的凝固组织，从而提升其凝固质量。从而提升其凝固质量。从而提升其凝固质量。
【技术实现步骤摘要】
一种双电源耦合细化电渣锭凝固组织的电渣重熔装置及其方法
[0001]本专利技术属于特种冶金
，更具体地说，涉及一种双电源耦合细化电渣锭凝固组织的电渣重熔装置及其方法。
技术介绍
[0002]作为一种特种冶金方法，电渣重熔在生产高品质材料如核电用钢、高温合金、特种不锈钢等方面发挥了重要的作用。经过电渣重熔后的材料具有纯净度高、凝固组织致密等优点。然而电渣重熔方法也存在一些问题，比如由于电渣重熔类似于定向凝固，会形成较为粗大的等轴晶、尽管电渣锭中的柱状晶不能看作是电渣锭的缺陷，然而，如果能够细化柱状晶，甚至变柱状晶为等轴晶，那么对于提高电渣锭的质量有很大帮助。另外，随着电渣重熔锭直径的增大，其芯部的导热形成恶化，导致金属熔池变深，极易形成凝固缺陷。
[0003]经检索，已有相关的技术公开。例如中国专利技术专利201610871586.8公开了一种导电结晶器电渣重熔控制铸锭凝固组织方向的方法，在电渣重熔过程中采用导电结晶器，通过开关闭合设定电流路径，控制通过结晶器和底水箱电流的分配比例，改变金属熔池的形状和深度，控制凝固组织的方向。但是该专利技术专利采用同一电源，采用导电结晶器仅仅是改善了结晶器内渣池的热量分布，特别是并不能变柱状晶为等轴晶；同时，其采用的导电结晶器也没有指明结构及工作原理。
[0004]又如中国技术专利200720010214.2公开的一种导电结晶器，其结晶器导电体采用铜质材料，而重熔渣的温度高达1700℃以上，因此铜质材质必须水冷，而一旦采用水冷，必然在铜质材质的表面产生一层绝缘渣壳，从而影响铜材材质的导电性。
[0005]又如中国专利技术专利201610606343.1公开的一种连铸坯凝固组织的细晶化和均质化方法，该专利提出在钢水凝固过程中，引入脉冲电流的同时，自耗电极连续送入钢液，脉冲电流产生电流激荡作用，将柱状晶打断，形成新的细小的结晶核；自耗电极连续送入钢液时在钢液的高温作用下不断熔化，使钢液局部温度降低，促使生成大量新的形核质点。此技术中，插入两根自耗电极，所引入脉冲电流仅仅在两根自耗电极之间流动，但此时主要为液态钢水，起到的细化效果有限，而脉冲电流真正的细化效果是在金属凝固过程，因此此专利的细化效果有限；同时其脉冲电流较小也导致其细化效果有限，而一旦电流过大，自耗电极底部的钢液会产生较多的电阻热，反而会使局部温度升高，降低形核效果。
[0006]又如中国专利技术专利201810294788.X公开的一种改善电渣重熔钢锭凝固质量的方法，该专利在电渣重熔时将金属电极的自耗金属插入熔炼结晶器的液态渣中，脉冲电源的正极与金属电极相连，脉冲电源的负极与底水箱相连，脉冲电源通电形成电回路。在高频脉冲作用下，金属熔池产生微弱的扰动，可促进熔池温度场的均匀，并且促进了等轴晶的生长，可以提高钢锭凝固质量。但是在电渣重熔过程中，电源的主要作用是加热熔渣使重熔过程平稳运行，因此通过自耗电极引入的电流密度极大，且可调范围较小。所以当脉冲电流作为电源取代传统的电源时，其除了细化凝固组织以外，还必须满足加入熔渣使重熔过程平
稳运行的要求。因此，此方法所需脉冲电流的密度很大，可调节范围较小，而不同的材料需要不同的电流密度，因此该方法还存在一些缺陷。
[0007]综上所述，虽然现有技术中已经存在一些利用脉冲电流应用于电渣重熔系统的研究，用于细化电渣锭的凝固组织，但是这种细化效果有限，而且使用脉冲电源同时进行电渣重熔和细化电渣锭的凝固组织必然会导致重熔效率低或者凝固质量的问题。因此在目前的快速电渣重熔领域，亟需专利技术一种新的电渣重熔装置或方法同时改善重熔效率和电渣锭质量，这对于快速电渣技术的发展具有重要的意义。
技术实现思路
[0008]1.要解决的问题
[0009]针对现有技术中电渣重熔技术的重熔效率低和电渣锭凝固组织质量差的问题，本专利技术提供一种双电源耦合细化电渣锭凝固组织的电渣重熔装置及其方法；通过在电渣重熔装置中设计工频电源和脉冲电源分别用于提升重熔效率和细化凝固组织，从而有效解决电渣重熔技术的重熔效率低和电渣锭凝固组织质量差的问题。
[0010]2.技术方案
[0011]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0012]本专利技术的一种双电源耦合细化电渣锭凝固组织的电渣重熔装置，包括结晶器和电源；所述结晶器内可盛放渣池，结晶器从上往下依次包括第一结晶器和第二结晶器；所述第一结晶器和第二结晶器之间对应设置且绝缘相连；所述第一结晶器内可插入自耗电极并使其没入渣池中；在所述渣池中，与第一结晶器和第二结晶器绝缘相连处对应的位置为第一渣池层，渣池的底层为第二渣池层；所述电源包括工频电源和脉冲电源；所述工频电源将自耗电极与第二渣池层连接，用于向自耗电极以及自耗电极与第二渣池层之间的部分提供交变电流；所述脉冲电源将第一渣池层与第二渣池层连接，用于向第一渣池层与第二渣池层之间的部分提供脉冲电流。
[0013]需要说明的是，本专利技术中的渣池为熔融状态的渣料，因此渣池中的第一渣池层与第二渣池层均为导电层，通过导线与电源电连接可形成通电回路；另外，在后续更优选的方案中，在第一渣池层周围设置导电环，通过导电环与电源相连，以及在第二渣池层底部设置金属保护板，通过金属保护板与电源相连，便于脉冲电源或工频电源与第一渣池层或第二渣池层进行连接。
[0014]优选地，所述脉冲电源的波形为脉冲电源波形，脉冲电源波形包括脉冲通电区和脉冲断电区；所述工频电源的波形为工频电源波形，工频电源波形包括工频正半波和工频负半波；所述脉冲通电区的时段与工频正半波相对应，所述脉冲断电区的时段与工频负半波相对应。
[0015]优选地，所述工频电源的电流强度有效值为I8，所述脉冲电源的电流强度有效值为I9，所述I8+I9在电渣重熔时为一恒定值I
总
，所述I
总
＝8000A～20000A。通过在电渣重熔时将I8+I9调节为一固定值，能够据不同钢种任意调整工频电流和脉冲电流强度的比例，而不影响重熔过程所需的电流密度，保证电渣重熔的正常进行。
[0016]优选地，所述脉冲电源的的脉冲频率为1kHz～10kHz，其占空比为0.1～0.9。
[0017]优选地，所述第一结晶器和第二结晶器之间设有导电环，所述导电环与第一结晶
器和第二结晶器的直径相同并对应设置；所述导电环通过第一绝缘环与第一结晶器连接，导电环通过第二绝缘环与第二结晶器连接；所述脉冲电源的正极通过导电环与第一渣池层连接。
[0018]优选地，所述第一结晶器、第二结晶器和导电环为圆柱形，且第一结晶器、第二结晶器和导电环的直径相同并同轴设置。
[0019]优选地，所述第二结晶器的底部还设有底水箱，底水箱顶部设有金属保护板；所述脉冲电源的负极通过金属保护板与第二渣池层相连。
[0020]优选地，所述第一绝缘环和第二绝缘环的材料包括MgO
‑
Al2O3复合材料；所述MgO
‑
Al2O3复合材料中MgO含量为70％～80％，其中Al2本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双电源耦合细化电渣锭凝固组织的电渣重熔装置，其特征在于，包括结晶器和电源；所述结晶器内可盛放渣池(110)，结晶器从上往下依次包括第一结晶器(200)和第二结晶器(600)；所述第一结晶器(200)和第二结晶器(600)之间对应设置且绝缘相连；所述第一结晶器(200)内可插入自耗电极(100)并使其没入渣池(110)中；在所述渣池(110)中，与第一结晶器(200)和第二结晶器(600)绝缘相连处对应的位置为第一渣池层(111)，渣池(110)的底层为第二渣池层(112)；所述电源包括工频电源(800)和脉冲电源(900)；所述工频电源(800)将自耗电极(100)与第二渣池层(112)连接，用于向自耗电极(100)以及自耗电极(100)与第二渣池层(112)之间的部分提供交变电流；所述脉冲电源(900)将第一渣池层(111)与第二渣池层(112)连接，用于向第一渣池层(111)与第二渣池层(112)之间的部分提供脉冲电流。2.根据权利要求1所述的一种双电源耦合细化电渣锭凝固组织的电渣重熔装置，其特征在于，所述脉冲电源(900)的波形为脉冲电源波形(910)，脉冲电源波形(910)包括脉冲通电区(911)和脉冲断电区(912)；所述工频电源(800)的波形为工频电源波形(810)，工频电源波形(810)包括工频正半波(811)和工频负半波(812)；所述脉冲通电区(911)的时段与工频正半波(811)相对应，所述脉冲断电区(912)的时段与工频负半波(812)相对应。3.根据权利要求2所述的一种双电源耦合细化电渣锭凝固组织的电渣重熔装置，其特征在于，所述工频电源(800)的电流强度有效值为I8，所述脉冲电源(900)的电流强度有效值为I9，所述I8+I9在电渣重熔时为一恒定值I
总
，所述I
总
＝8000A～20000A。4.根据权利要求2所述的一种双电源耦合细化电渣锭凝固组织的电渣重熔装置，其特征在于，所述脉冲电源(900)的的脉冲频率为1kHz～10kHz，其占空比为0.1～0.9。5.根据权利要求1所述的一种双电源耦合细化电渣锭凝固组织的电渣重熔装置，其特征在于，所述第一结晶器(200)和第二结晶器(600)之间设有导电环(400)，所述导电环(400)与第一结晶器(200)和第二结晶器(600)的直径相同并对应设置；所述导电环(400)通过第一绝缘环(300)与第一结晶器(200)连接，导电环(400)通过第二绝缘环(500...
【专利技术属性】
技术研发人员：施晓芳，常立忠，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：
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