组合式电渣炉结晶器.pdf

本发明揭示了一种组合式电渣炉结晶器，包括至少两个单体，所述的单体在使用时自下而上逐个叠放在一起，所述的每一个单体包括一个铜质的内筒体；一个钢质的外筒体；两个钢质的法兰盘，其中，一个法兰盘分别与所述内筒体的一个端部和外筒体的一个端部固定连接，另一个法兰盘分别与所述内筒体的另一个端部和外筒体的另一个端部固定连接；所述的内筒体、外筒体和法兰盘共同围成了一个密闭的冷却水腔。本发明将原本整体式的结晶器分解成多个可上下叠放的单体结构。采用这种结构的结晶器进行冶炼时，可以大大缩短电极和假电极的长度，从而减小电渣炉横臂的上下行程，提高电渣炉横臂的稳定性，减少功率损耗，降低电渣炉的制造和使用成本。

1.  组合式电渣炉结晶器，其特征在于：包括
至少两个单体，所述的单体在使用时自下而上逐个叠放在一起，所述的每一个单体包括
一个铜质的内筒体；
一个钢质的外筒体；
两个钢质的法兰盘，其中，一个法兰盘分别与所述内筒体的一个端部和外筒体的一个端部固定连接，另一个法兰盘分别与所述内筒体的另一个端部和外筒体的另一个端部固定连接；
所述的内筒体、外筒体和法兰盘共同围成了一个密闭的冷却水腔。

2.  如权利要求1所述的组合式电渣炉结晶器，其特征在于：所述的每一个单体还包括两个钢质的过渡环，其中，一个过渡环焊接于所述内筒体的一个端部外周面与法兰盘的内周面之间，另一个过渡环焊接于所述内筒体的另一个端部外周面和另一个法兰盘的内周面之间。

3.  如权利要求2所述的组合式电渣炉结晶器，其特征在于：所述过渡环的外端面与所述内筒体的一个端面平齐；与其它单体邻接的法兰盘的外端面与相应的过渡环的外端面有一个高度差。

4.  如权利要求3所述的组合式电渣炉结晶器，其特征在于：所述单体的数量是3个。

组合式电渣炉结晶器
技术领域
本发明涉及电渣炉技术领域，尤其涉及一种用于电渣炉生产的结晶器。
背景技术
电渣重熔是一种二次精炼技术，集钢水二次精炼与定向凝固相结合的综合冶金铸造过程。其原理是电流通过液态渣池渣阻热，将金属电极熔化，熔化的金属汇集成熔滴，滴落时穿过渣层进入金属熔池，然后于水冷结晶器中结晶凝固成钢锭。在电极端头液滴形成阶段，以及液滴穿过渣池滴落阶段，钢-渣充分接触，钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收。钢中有害元素(硫、铅、锑、铋、锡)通过钢-渣反应和高温气化比较有效地去除。液态金属在渣池覆盖下，基本上避免了再氧化。因为是在铜制水冷结晶器内熔化、精炼、凝固的，这就杜绝了耐火材料对钢的污染。钢锭凝固前，在它的上端有金属熔池和渣池，起保温和补缩作用，保证钢锭的致密性。上升的渣池在结晶器内壁上形成一层薄渣壳，不仅使钢锭表面光洁，还起绝缘和隔热作用，使更多的热量向下部传导，有利于钢锭自下而上的定向结晶。由于以上原因，电渣重熔生产的钢锭的质量和性能得到改进，合金钢的低温、室温和高温下的塑性和冲击韧性增强，钢材使用寿命延长。
电渣冶金行业习惯上把40t锭以上的结晶器称为大型结晶器。公知的结晶器一般为单件式结构，所谓单件式结构的结晶器是这样一种结构，它与钢锭的形状相适配而且为整体式。这种结构对于小型结晶器来说，缺点并不突出，但对于大型结晶器来说，从设备配套、工艺操作、结晶器制造等方面存在一系列的问题。
(1)电渣炉配套方面：使用单件式大型结晶器炼钢时，要使电渣炉满足生产，在结晶器底部初始炼钢阶段，电极和假电极要很长，并且电渣炉横臂的上下有效行程要很大，炉体立柱很高，立柱横臂的稳定性变差，这样增加了电渣炉的技术难度。
(2)钢锭制造成本方面：假电极长度增加后，电渣炉的输出电压和炉口电压压降增大，无功损耗加大，从而提高了生产成本。
(3)结晶器制造方面：受材料规格限制，以240t锭电渣重熔结晶器为例，此结晶器需用铜板规格为5050×9708mm，单件重量17.62t，而国内生产铜板的最大规格为3000×6000mm，单件重量不得超过6.5t，因此单件式结构难以实现。
作为本申请的发明人，长期致力于电渣炉结晶器的设计和制造，拥有丰富的实践经验，经过发明人的潜心研究，创造性地克服了大型电渣炉结晶器所存在的上述技术缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种组合式电渣炉结晶器，该结晶器在利用现有规格铜板的情况下可以与大型钢锭相适配，且可以有效缩短电极和假电极的长度，从而减小电渣炉横臂的上下行程，提高电渣炉横臂的稳定性，减少功率损耗，降低电渣炉的制造和使用成本。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：组合式电渣炉结晶器，包括至少两个单体，所述的单体在使用时自下而上逐个叠放在一起，所述的每一个单体包括一个铜质的内筒体；一个钢质的外筒体；两个钢质的法兰盘，其中，一个法兰盘分别与所述内筒体的一个端部和外筒体的一个端部固定连接，另一个法兰盘分别与所述内筒体的另一个端部和外筒体的另一个端部固定连接；所述的内筒体、外筒体和法兰盘共同围成了一个密闭的冷却水腔。
作为一种改进，所述的每一个单体还包括两个钢质的过渡环，其中，一个过渡环焊接于所述内筒体的一个端部外周面与法兰盘的内周面之间，另一个过渡环焊接于所述内筒体的另一个端部外周面和另一个法兰盘的内周面之间。
作为一种改进，所述过渡环的外端面与所述内筒体的一个端面平齐；与其它单体邻接的法兰盘的外端面与相应的过渡环的外端面有一个高度差。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：由于结晶器包括至少两个单体，使用时，先将第一节单体放置于平台上，当钢锭冷凝成型充满第一节单体后，再自下而上叠放第二节单体，以此类推。采用这种结构的结晶器进行冶炼时，通过结晶器的“逐步增高”，可以大大缩短电极和假电极的长度，从而减小电渣炉横臂的上下行程，提高电渣炉横臂的稳定性，减少功率损耗，降低电渣炉的制造和使用成本。组合式结构对电渣炉的配套要求低、冶炼工艺无需变动，并且对其中的单体进行灵活的组合从而进行不同吨位钢锭的熔炼，做到一机多用，降低了钢锭的制造成本。
由于每一个单体还包括两个钢质的过渡环，在预热状态下，先将钢质的过渡环焊接到铜质的内筒体的端部上，然后再将钢质的法兰盘与钢质的过渡环在冷状态下焊接在一起。这种结构是在充分考虑到如下的因素后，而做出的创造性改进：1)铜质的内筒体与钢质的法兰盘的厚度和面积都较大；2)铜、钢线膨胀系数相差较大(铜为16.8，铁为12)，若直接将钢质的法兰盘焊接在铜质的内筒体上，焊后收缩应力极易将铜钢连接处拉裂。过渡环厚度较小，冷却收缩过程中在焊缝的拉力作用下可相对收缩，产生的应力小，从而保证焊缝不产生裂痕。此后，再将钢质的法兰盘与钢质的过渡环焊接在一起，其焊缝便不会受到铜、钢线膨胀系数相差较大的影响，从而保证焊接质量。这种结构对大型电渣炉结晶器的制造具有重要意义。
由于所述过渡环的外端面与所述内筒体的一个端面平齐；与其它单体邻接的法兰盘的外端面与相应的过渡环的外端面有一个高度差。上述结构的作用体现在两个方面：1)可以在两个单体的连接端面处形成一个“迷宫式”密封结构，这样，即便是熔渣越过内筒体的结合端面，它也会在所述的高度差形成的环形缝隙内沉积，而不会直接从法兰盘的接触端面之间的缝隙流出，从而提高密封效果，减少安全事故的发生。2)与其它单体邻接的法兰盘的外端面与相应的过渡环的外端面有一个高度差，两个单体上下叠放时，可起到径向定位的作用，而不用另设定位装置。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例的结构剖视图；
图2是图1中I处的放大图；
图中：1、第一单体；11、第一内筒体；12、第一外筒体；13、第一过渡环；14、第一法兰盘；2、第二单体；21、第二内筒体；22、第二外筒体；23、第二过渡环；24、第二法兰盘；3、第三单体。
具体实施方式
图1公开了本发明公开了组合式一种大型电渣炉结晶器在上下叠放时的结构剖视图。如图1所示，该结晶器由第一单体1、第二单体2和第三单体3组成。
如图1和图2共同所示，第一单体1包括一个铜质的第一内筒体11、一个钢质的第一外筒体12、两个钢质的第一过渡环13和两个钢质的第一法兰盘14。
一个第一过渡环13焊接于所述第一内筒体11的一个端部的外周面和一个第一法兰盘14的内周面之间，另一个第一过渡环13焊接于所述第一内筒体11的另一个端部的外周面和另一个第一法兰盘的内周面14之间。所述的第一内筒体11、第二外筒体12、第三单体3和第一法兰盘14共同围成了一个密闭的冷却水腔。
第二单体2包括一个铜质的第二内筒体21、一个钢质的第二外筒体22、两个钢质的第二过渡环23和两个第二法兰盘24。第二单体2与第一单体1以及第三单体3的结构完全相同。
如图2所示，第一过渡环13的外端面与第一内筒体11的一个端面平齐，第二过渡环23的外端面与第二内筒体21的一个端面平齐。第一法兰盘14的外端面与第一过渡环13的外端面有一个高度差，第二法兰盘24的外端面与第二过渡环23的外端面也有一个高度差，毫无疑问，这两个高度差是相等的。所有单体中相邻接的端部都使用图2示出的结构。
使用时，先将第一单体1放置于平台上，当钢锭冷凝成型充满第一单体1后，再自下而上叠放第节单体2，以此类推。本发明所揭示的结晶器不局限于单体的数量，也可以是两节或三节以上，其发明构思主要体现在将原本整体式的结晶器分解成多个可上下叠放的单体结构，采用这种结构的结晶器进行冶炼时，通过结晶器的“逐步增高”，可以大大缩短电极和假电极的长度，从而减小电渣炉横臂的上下行程，提高电渣炉横臂的稳定性，减少功率损耗，降低电渣炉的制造和使用成本。组合式结构对电渣炉的配套要求低、冶炼工艺无需变动，并且对其中的单体进行灵活的组合从而进行不同吨位钢锭的熔炼，做到一机多用，降低了钢锭的制造成本。
由于每一个单体还包括两个钢质的过渡环，在预热状态下，先将钢质的过渡环焊接到铜质的内筒体的端部上，然后再将钢质的法兰盘与钢质的过渡环在冷状态下焊接在一起。这种结构是在充分考虑到如下的因素后，而做出的创造性改进：1)铜质的内筒体与钢质的法兰盘的厚度和面积都较大；2)铜、钢线膨胀系数相差较大(铜为16.8，铁为12)，若直接将钢质的法兰盘焊接在铜质的内筒体上，焊后收缩应力极易将铜钢连接处拉裂。过渡环厚度较小，冷却收缩过程中在焊缝的拉力作用下可相对收缩，产生的应力小，从而保证焊缝不产生裂痕。此后，再将钢质的法兰盘与钢质的过渡环焊接在一起，其焊缝便不会受到铜、钢线膨胀系数相差较大的影响，从而保证焊接质量。这种结构对大型电渣炉结晶器的制造具有重要意义。
由于所述过渡环的外端面与所述内筒体的一个端面平齐；与其它单体邻接的法兰盘的外端面与相应的过渡环的外端面有一个高度差。上述结构的作用体现在两个方面：1)可以在两个单体的连接端面处形成一个“迷宫式”密封结构，这样，即便是熔渣越过内筒体的结合端面，它也会在所述的高度差形成的环形缝隙内沉积，而不会直接从法兰盘的接触端面之间的缝隙流出，从而提高密封效果，减少安全事故的发生。2)用于上下叠放的法兰盘的外端面与相应的过渡环的外端面有一个高度差，两个单体上下叠放时，可起到径向定位的作用，而不用另设定位装置。