一種在電渣重熔中導(dǎo)入超聲波的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電渣重熔技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種在電渣重熔中導(dǎo)入超聲波的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)鋼品質(zhì)的要求越來(lái)越高。提高鋼的品質(zhì)主要從以下兩個(gè)方面:(I)、降低溶解在鋼中氣體和夾雜物的含量，從而獲得潔凈度較高的鋼；(2)、降低在鋼液的凝固過(guò)程中所產(chǎn)生的成分偏析、組織不均勻、縮孔和疏松等缺陷，從而獲得致密均勻的結(jié)晶組織。
[0003]電渣重熔法是目前常用的應(yīng)用于優(yōu)質(zhì)鋼生產(chǎn)的一種重熔工藝。由于在重熔過(guò)程中金屬液滴是一滴一滴通過(guò)一定厚度的熔渣層，金屬液滴的比表面積大，因此增大了鋼-渣界面積，熔渣吸附金屬液滴中的非金屬雜質(zhì)和其他夾雜的能力大大增加，起到了渣洗的作用，用一般的方法冶煉的鋼，經(jīng)過(guò)重熔處理后可以去除80%?90%的非金屬夾雜物；同時(shí)由于結(jié)晶器與水冷卻板的強(qiáng)冷卻作用，在熔煉過(guò)程中晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大，在鋼錠內(nèi)部呈細(xì)小均勻分布，從而達(dá)到改善鋼錠內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的作用。而且，電渣重熔法對(duì)產(chǎn)品的化學(xué)成分、夾雜物的形態(tài)、結(jié)晶方向、枝晶間距、顯微偏析等均可以在不同程度上予以控制，電渣重熔技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中有著不可替代的作用。
[0004]在現(xiàn)代冶金中，電渣重熔已經(jīng)成為有效地去除鋼中非金屬夾雜物的主要手段之一。電渣重熔法煉鋼的迅速發(fā)展是由于其本身固有的優(yōu)點(diǎn)決定的。而且電渣爐設(shè)備簡(jiǎn)單，容易制造，因而投資少，逐漸被應(yīng)用到大型的工業(yè)生產(chǎn)中。目前，很多冶金工作者對(duì)電渣重熔技術(shù)做了進(jìn)一步改進(jìn)，發(fā)明了真空電渣重熔、高壓電渣重熔、導(dǎo)電結(jié)晶器、快速電渣重熔等技術(shù)。劉喜海、劉景遠(yuǎn)，單丹陽(yáng)等曾對(duì)真空電渣重熔的冶金性能做了研宄，研宄表明:真空電渣重熔技術(shù)在去除鋼中的氣體和非金屬夾雜物方面取得了較好的效果，但是由于增加了真空系統(tǒng)，因此設(shè)備比較復(fù)雜，造價(jià)也比普通的電渣重熔爐高很多，成本較高。
[0005]最新研宄表明，利用超聲波所固有的特性，將超聲波作為外場(chǎng)對(duì)金屬液的脫氣、凝固組織的晶粒細(xì)化以及防止偏析等有很好的促進(jìn)作用。但現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于如何有效的在電渣重熔過(guò)程中施加超聲波，從而提高冶煉鋼種質(zhì)量一直是困擾冶金行業(yè)多年的一個(gè)難題。
[0006]中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?200610038279.8，申請(qǐng)日:2006年2月14日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:
多元相增強(qiáng)金屬?gòu)?fù)合材料制造工藝及設(shè)備，該申請(qǐng)案公開(kāi)了一種制造多元相增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的設(shè)備，該設(shè)備由原位反應(yīng)合成增強(qiáng)體設(shè)備和外加增強(qiáng)體熔鑄設(shè)備組成，其中原位反應(yīng)合成增強(qiáng)體設(shè)備由感應(yīng)爐、壓力機(jī)和球磨機(jī)組成。外加增強(qiáng)體熔鑄設(shè)備由工作臺(tái)、電極把持器、水冷結(jié)晶器、組合式水冷結(jié)晶器、電磁攪拌器、超聲波振動(dòng)器、送料器、金屬液體中間包、底水箱和抽錠設(shè)備組成。使用該設(shè)備生產(chǎn)多元相增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料時(shí)，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，工藝易于控制。該申請(qǐng)案的缺點(diǎn)在于:簡(jiǎn)單地將一個(gè)超聲波振動(dòng)器安裝在芯棒或水冷結(jié)晶器上，單個(gè)超聲波振動(dòng)器并不能有效地利用超聲波的空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)以及機(jī)械效應(yīng)，從而不能使鋼錠的組織致密均勻及去除鋼錠中的夾雜物，進(jìn)而達(dá)不到有效提高冶煉鋼種質(zhì)量的目標(biāo)；同時(shí)超聲波振動(dòng)器安裝在芯棒上容易受到高溫破壞。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]1.實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0008]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中不能有效的在電渣重熔過(guò)程中施加超聲波提高冶煉鋼種質(zhì)量的不足，提供了一種在電渣重熔中導(dǎo)入超聲波的裝置，實(shí)現(xiàn)了以下功能:(I)、降低鋼中氣體和夾雜物的含量；(2)、使冶煉鋼種獲得致密均勻的結(jié)晶組織。
[0009]2.技術(shù)方案
[0010]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案為:
[0011]本實(shí)用新型的一種在電渣重熔中導(dǎo)入超聲波的裝置，包括變壓器、導(dǎo)線、電極夾持器、自耗電極和結(jié)晶器，所述的結(jié)晶器包括結(jié)晶器腔體和結(jié)晶器冷卻壁，所述的結(jié)晶器冷卻壁包括結(jié)晶器冷卻壁側(cè)壁和結(jié)晶器冷卻壁底部，還包括超聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)、側(cè)壁導(dǎo)波探頭和底部導(dǎo)波探頭，其中:
[0012]所述的結(jié)晶器冷卻壁側(cè)壁在高度方向上等間距地安裝一排側(cè)壁導(dǎo)波探頭，上述一排側(cè)壁導(dǎo)波探頭中的一個(gè)與一個(gè)超聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)的輸出端相連；
[0013]所述的結(jié)晶器冷卻壁底部上安裝三個(gè)底部導(dǎo)波探頭，上述三個(gè)底部導(dǎo)波探頭在結(jié)晶器冷卻壁底部安裝點(diǎn)的連線呈等邊三角形，上述等邊三角形的中心與結(jié)晶器冷卻壁底部的中心在同一點(diǎn)，上述三個(gè)底部導(dǎo)波探頭分別與三個(gè)超聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)的輸出端相連；
[0014]所述的超聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)包括超聲波電源、超聲波換能器和變幅桿，所述的超聲波電源的輸出端與超聲波換能器的輸入端相連，超聲波換能器的輸出端與變幅桿的輸入端相連，變幅桿的輸出端即為該超聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)的輸出端。
[0015]作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的側(cè)壁導(dǎo)波探頭通過(guò)焊接的方式固定在結(jié)晶器冷卻壁側(cè)壁上，所述的底部導(dǎo)波探頭通過(guò)焊接的方式固定在結(jié)晶器冷卻壁底部。
[0016]作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的電極夾持器在水平方向和豎直方向上設(shè)置有移動(dòng)導(dǎo)軌。
[0017]作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的變壓器采用單相交流變壓器，變壓器有兩個(gè)輸出端，變壓器的一個(gè)輸出端與自耗電極相連，變壓器的另一個(gè)輸出端與結(jié)晶器底部相連。
[0018]3.有益效果
[0019]采用本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0020](I)本實(shí)用新型的一種在電渣重熔中導(dǎo)入超聲波的裝置，側(cè)壁導(dǎo)波探頭和底部導(dǎo)波探頭配合使用，側(cè)壁導(dǎo)波探頭導(dǎo)入超聲波，利用超聲波的空化效應(yīng)、聲波效應(yīng)以及機(jī)械效應(yīng)，形成均勻的柱狀晶，底部導(dǎo)波探頭導(dǎo)入超聲波，利用超聲波的機(jī)械效應(yīng)，打碎剛剛形成的柱狀晶，形成晶核，進(jìn)而形成等軸晶，促使經(jīng)過(guò)電渣重熔的鋼獲得致密均勻的結(jié)晶組織，明顯提高鋼的力學(xué)性能。
[0021](2)本實(shí)用新型的一種在電渣重熔中導(dǎo)入超聲波的裝置，在電渣重熔過(guò)程中，通過(guò)側(cè)壁導(dǎo)波探頭和底部導(dǎo)波探頭導(dǎo)入超聲波，由于超聲波的空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)以及機(jī)械效應(yīng)的作用，增加了金屬液滴與熔渣的接觸時(shí)間和接觸面積，金屬液滴與熔渣發(fā)生了更徹底的物理化學(xué)反應(yīng)，大大提高了鋼中夾雜物的去除率，同時(shí)有效地降低鋼中氣體的含量，從而獲得潔凈度較高的鋼。
[0022](3)本實(shí)用新型的一種在電渣重熔中導(dǎo)入超聲波的裝置，側(cè)壁導(dǎo)波探頭安裝在結(jié)晶器冷卻壁側(cè)壁上、底部導(dǎo)波探頭安裝在結(jié)晶器冷卻壁底部上，通過(guò)結(jié)晶器腔體內(nèi)冷卻水的冷卻作用能有效地保護(hù)側(cè)壁導(dǎo)波探頭和底部導(dǎo)波探頭，避免側(cè)壁導(dǎo)波探頭和底部導(dǎo)波探頭遭到高溫破壞。
[0023](4)本實(shí)用新型的一種在電渣重熔中導(dǎo)入超聲波的裝置，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，實(shí)用性強(qiáng)，制造成本低，對(duì)提高冶煉鋼種質(zhì)量有明顯的改善效果，便于推廣使用。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本實(shí)用新型的一種在電渣重熔中導(dǎo)入超聲波的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為開(kāi)啟不同功率的超聲波電源后鋼錠中夾雜物的尺寸。
[0026]示意圖中的標(biāo)號(hào)說(shuō)明:
[0027]1、變壓器；2、導(dǎo)線；3、電極夾持器；4、自耗電極；5、熔渣；6、鋼液熔池；7、結(jié)晶器；
8、鋼錠；9、超聲波電源；10、超聲波換能器；11、變幅桿；12、側(cè)壁導(dǎo)波探頭；13、底部導(dǎo)波探頭。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)描述。
[0029]實(shí)施例1
[0030]如圖1所示，本實(shí)施例的一種在電渣重熔中導(dǎo)入超聲波的裝置，熔煉GCrl5軸承鋼鋼錠，變壓器I容量為100KVA，高壓端380V，低壓端電壓為34V。電渣爐為單立柱單相電渣爐，重熔渣系為30% Al203+70% CaF2，渣量為0.8kg。重熔采用固渣啟動(dòng)，引弧渣為50%CaF2+50% T12，起弧電壓為31V，電流為100A0冷卻水壓力為0.2?0.3MPa。
[0031]本實(shí)施例的一種在電渣重熔中導(dǎo)入超聲波的裝置，包括變壓器1、導(dǎo)線2、電極夾持器3、自耗電極4和結(jié)晶器7，其中:結(jié)晶器7包括結(jié)晶器腔體和結(jié)晶器冷卻壁，結(jié)晶器冷卻壁包括結(jié)晶器冷卻壁側(cè)壁和結(jié)晶器冷卻壁底部。變壓器I采用單相交流變壓器，變壓器I有兩個(gè)輸出端，變壓器I的一個(gè)輸出端與自耗電極4相連，變壓器I的另一個(gè)輸出端與結(jié)晶器7底部相連。在通電過(guò)程中，熔渣5中產(chǎn)生焦耳熱，使侵入熔渣5中的自耗電極4下端頭逐漸熔化，熔融金屬匯聚成金屬液滴，金屬液滴穿過(guò)熔渣5落入結(jié)晶器7形成鋼液熔池6，鋼液熔池6受冷卻水水冷作用，迅速凝固形成鋼錠8。在自耗電極4下端頭金屬液滴形成階段，以及金屬液滴穿過(guò)熔渣5滴落階段，鋼-渣充分接觸，鋼中非金屬夾雜物被熔渣5所吸收。鋼中有害元素(硫、鉛、銻、