本发明涉及冶金冶炼铸造领域， 尤其涉及冶金用罐电脉冲装置。 背景技术

在冶金冶炼铸造领域， 改善金属凝固组织的方法主要包括： 化学孕 育法、 机械力法、 控制温度场、 超声波振荡法、 电磁搅拌法、 电脉冲孕 育法等。 其中， 电脉冲孕育法是一项新技术， 其基本理论为： 通过电脉 沖施加到金属液内的电子在液-固相界面充当� �核， 使得结晶半径变小， 实现晶粒细化的铸态结晶体。

已知在实验室内对金属液进行电脉冲孕育处理 取得了很好的效果。 图 1中示出了 T8碳钢（a )未经处理、 （b )经低压电脉冲孕育处理、 以 及（c )经中压电脉冲孕育处理的凝固组织比较。 从图中可以看到， 经过 电脉冲孕育处理， 碳钢的凝固组织明显细化、 均匀化。 但是， 在这些实 验室的试验中， 属液都处于静态， 很难模拟实际生产中 （尤其是连续 铸造过程中） 的复杂条件。

专利号为 98100543. 8的中国发明专利公开了一种金属液孕育处 理方法， 其在金属熔化后， 在浇注或连铸之前以脉沖电场予以处理。 该发明专利还公开了， 该金属液孕育处理方法可以在中止冶炼的冶炼 炉、 浇包、 中间包及连铸结晶器上使用。 然而， 该发明专利仅公开了 脉冲发生器的原理图， 但并未公开或描述如何在冶炼炉、 浇包、 中间 包或结晶器上应用电脉冲的细节， 未涉及通电方式、 方法、 工艺等与 冶金冶炼铸造生产紧密相关的技术披露。 发明内容

本发明旨在解决上述现有技术中的问题， 提供一种冶金用罐电脉 冲装置， 尤其是一种连铸机中间罐电脉冲装置。

本发明的构思基于发明人的以下观点：

( 1 )铸态结晶体的凝固组织与（通过电脉冲）施� �到金属液内的 电子数量和均衡有关， 也与金属液内的电子衰减有关， 因此通过电脉 冲供给金属液足够且均匀的电子并且减少金属 液内电子的流失 /衰减， 有利于获得满意的晶粒效果；

( 2 )冶金铸造用罐内的金属液流场是无序的， 现有技术中的电极 设置使得电脉沖孕育处理后的金属液在无序流 场作用下不能等时效地 浇铸进结晶器内， 导致金属液携带的电子不均匀， 从而影响晶粒细化效 果。 因此， 本发明提供一种冶金用罐电脉冲装置， 尤其是一种连铸机 中间罐电脉冲装置， 该冶金用罐电脉冲装置包括： 盖部； 罐部， 所述 罐部的底部设有水口； 以及， 至少两个电极装置， 被配置为用于电连接 至电脉冲发生器， 所述至少两个电极装置穿过所述盖部和 /或所述罐部， 延伸到该冶金用罐电脉冲装置的所述水口附近 ， 用于施放电脉冲。 根据 本发明， 将至少两个电极装置延伸到水口附近， 提供了金属液从水口 铸入例如结晶器前的最佳的电脉冲孕育处理位 置， 因此总是能够实现 满意的孕育效果， 满足工业化生产的需求。

在一个优选实施方案中， 所述至少两个电极装置的放电端到所述水 口的距离在 3 mm- 70 mm的范围内， 优选地在 5 mm- 30 mm的范围内， 更 优选地在 5 mm- 10 mm的范围内。

在一个实施方案中， 该冶金用罐电脉冲装置还包括一个塞棒， 所述 塞棒穿过所述盖部延伸至金属液液面下方的水 口附近。

在一个优选实施方案中， 所述电极装置的放电表面是孤形的。 上述 优选实施方案可有利地使得脉沖放电更加稳定 。

在一个优选实施方案中， 所述电极装置的前端设有电极帽， 所述电 极帽的材料为二氧化锆或导电陶瓷。 上述优选实施方案可有利地提高电 极的导电性和耐用性， 避免因金属液内的电侵蚀而导致失效。

在一个优选实施方案中 （该冶金用罐电脉冲装置具有或不具有塞棒 的情况下）， 所述至少两个电极装置在所述水口附近两两构 成电极对， 用 于施放电脉冲。

在一个优选实施方案中 （该冶金用罐电脉冲装置具有塞棒的情况 下）， 所述至少两个电极装置在所述水口附近分别与 所述塞棒构成电极 对， 用于施放电脉沖， 所述塞棒被配置为用于电连接至电脉冲发生器 。 在该情况下可尤其有利地实现紧凑的结构设计 。

在一个优选实施方案中， 所述电极对之间的放电距离在 3 mm- 70 mm 的范围内， 优选地在 5 mm- 30 mm的范围内， 更优选地在 5 mm— 10 mm 的范围内。 上述优选的放电距离可实现稳定有效的电脉冲 孕育， 并且 可实现采用较低电压施放电脉冲。

在一个优选实施方案中，该冶金用罐电脉冲装 置的电脉冲发生器输 出 29-63V的电脉冲， 优选地输出 30-55V的电脉冲， 更优选地输出 36V 的电脉冲。 上述优选实施方案可利用安全电压附近或以内 的电压实现 良好的电脉冲孕育效果， 这在生产安全性方面是尤其具有优势的。

在一个优选实施方案中， 该冶金用罐电脉冲装置形成有多个所述电 极对， 依次沿顺时针或逆时针方向以预定时间间隔施 放电脉冲。 在该情 况下， 可增大电脉冲处理的有效面积， 改善钢水被孕育的效果。 附图说明

下面参考附图对本发明的各种实施方案进行描 述， 所述实施方案 仅仅是对本发明的示例性说明， 并不旨在限制本发明的范围。 在各个 附图中， 相同的参考标记表示相同或相似的部件。 附图中：

图 1示出了在实验室试验中针对 T8碳钢（a )未经处理、 （b )经 低压电脉沖孕育处理、 以及（c )经中压电脉冲孕育处理的凝固组织比 较。

图 2示意性地示出了根据本发明的一个优选实施� �案的连铸机中 间罐电脉冲装置的侧视局部剖面图。

图 3示意性地示出了图 2中局部 B的放大细节图。

图 4示意性地示出了根据本发明的另一优选实施� �案的连铸机中 间罐电脉冲装置的侧视剖面图。

图 5a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施� ��案的电极布 置方式， 其中该连铸机中间罐电脉冲装置不设有塞棒。

图 5b示意性地示出了根据本发明的另一优选实施� ��案的电极布 置方式， 其中该连铸机中间罐电脉沖装置不设有塞棒。

图 6a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施� ��案的电极布 置方式， 其中该连铸机中间罐电脉沖装置设有塞棒。 图 6b示意性地示出了根据本发明的另一优选实施� ��案的电极布 置方式， 其中该连铸机中间罐电脉沖装置设有塞棒。

需要说明的是， 图 2 - 6b只是示意性的， 本发明不受所述图中的 细节限制。 具体实施方式

图 2示意性地示出了根据本发明的一个优选实施� �案的连铸机中 间罐电脉冲装置 100的侧视剖面图。 该连铸机中间罐电脉冲装置 100 包括盖部 20和罐部 30 , 盖部 20包括盖壳 5和耐火材料层 6 , 罐部 30 包括罐壳 8、 永久村 9和工作衬 10。 罐部 30的底部设有贯穿罐壳 8、 永久衬 9和工作衬 10的水口 17(金属液通过水口 17的开口 18流出）。 该水口 17可以用于浇铸。

在该实施方案中（如图 2所示）， 一个塞棒 4通过绝缘端子 2安装 在塞棒启闭器 3上， 并且塞棒 4穿过该中间罐电脉冲装置 100的盖部 20延伸至金属液液面 7下方的水口 17附近。 应理解， 在一些连铸机 中间罐或其他冶金用罐中， 塞棒并不是必需的， 本发明同样适用于没 有塞棒的连铸机中间罐或其他冶金用罐。

本发明的中间罐电脉冲装置 100还包括至少两个电极装置 12 (图 2 中仅示出一个）， 所述至少两个电极装置穿过该中间罐电脉沖装 置 100的盖部 20 (见图 4 )和 /或罐部 30 (见图 2 )， 延伸到该中间罐电 脉冲装置 100的水口 17附近， 用于通过电脉冲来孕育水口 17附近区 域内的金属液。 尽管图 2 中示出了电极装置 12从中间部分穿过罐部 30延伸到水口 17附近， 但是电极装置 12也可以从顶部部分穿过盖部 20延伸到水口 17附近（参见图 4 )或者从底部部分穿过罐部 30延伸 到水口 17附近（未示出）。

所述电极装置 12的放电端到水口 17的 ii巨离优选地在 3 mm-70 mm 的范围内， 更优选地在 5 mm-30 nun的范围内， 更优选地在 5 mm- 10 mm 的范围内。 由此能有效地避免经电脉冲孕育处理后的金属 液中的电子 的流失 /衰减，同时在上述距离范围内的旋转水流速� �适于使施加至金 属液的电子更加均衡， 从而总能获得满意的孕育和结晶效果。 在本发 明中，电极装置 12的放电端到水口 17的距离指的是电极装置 12的放 电端外表面到水口 17的外表面的最短距离。

图 3示意性地示出了图 2中局部 B的放大细节图。 如图 3所示， 电极装置 12外围设有绝缘套管 14和绝缘端盖 15 ,并且其通过法兰 16 固定在罐壳 8上。电极装置 12可通过其他紧固件固定至罐壳 8或者以 本领域中常用的其他方式固定至罐壳 8 ; 电极装置 12也可被固定并穿 过中间罐电脉冲装置 100的盖部 20 (如图 4所示）。 优选地， 电极装 置 12的前端设有电极帽 13。 电极装置 12的材料优选为碳（C )、 或碳 化硅（S iC )、 或金属陶瓷、 或金属等。 电极帽 13的材料优选为二氧化 锆（Zr0 ₂ ) 或导电陶瓷， 从而提高电极的耐用性， 避免金属液内的电 侵蚀。 在一个优选实施方案中， 电极装置 12的放电表面是弧形的， 由 此使得脉冲放电更加稳定。

图 4示意性地示出了根据本发明的连铸机中间罐� �脉冲装置的另 一优选实施方案的侧视剖面图。如图 4所示， 第一电极装置 12和第二 电极装置 12，从顶部部分穿过盖部 20延伸到水口 17附近。第一电极装 置 12和第二电极装置 12，成夹角 Θ地安装在盖部 20的盖壳 5上。

在一个实施方案中 （其中该中间罐电脉冲装置设有或未设有塞 棒） ， 所述第一和第二电极装置 12和 12，构成电极对， 用于施放电脉 冲孕育水口 17附近的金属液。 所述电极装置 12的数量还可为大于 2 的偶数， 用于在水口 17附近构成多个电极对， 从而使水口 17附近的 金属液被充分孕育。 可替代地， 所述电极装置 12的数量还可为大于 2 的整数， 用于通过控制 （本领域技术人员可以根据实际情况采用各种 控制方式，在此不作详细描述）而两两构成电 极对间隔地施放电脉冲， 从而使水口 17附近的金属液被充分孕育。

在另一实施方案中 （其中该中间罐电脉冲装置设有塞棒） ， 所述 第一和第二电极装置 12和 12，分别与塞棒 4构成两个电极对 （即， 第 一电极装置 12与塞棒 4构成第一电极对， 第二电极装置 12，与塞棒 4 构成第二电极对） ， 由此实现紧凑的结构设计。 在该实施方案中， 塞 棒 4可电连接有电缆接线头 1 (如图 2所示） ， 所述电缆接线头 1和 电极装置 12和 12，可经由电缆连接至电脉沖发生器。 当然， 可以采用 其他适当的结构实现电连接。 还可设有多于两个电极装置， 分别与塞 棒 4构成多于两个电极对（例如图 6a和 6b ) 。 根据本发明的优选实施方案， 各电极对 （包括电极装置与电极装 置构成的电极对和 /或电极装置与塞棒构成的电极对）之间的放� �距离 优选地在 3 mm-70 nun的范围内， 更优选地在 5 mm- 30 mm的范围内， 更优选地在 5 mm- 10 mm的范围内。 通过上述放电距离施放电脉冲能使 金属液获得有利的孕育效果。 在本发明中， 电极对的放电距离指的是 构成相应电极对的一个电极装置的放电端外表 面到另一电极装置 （或 塞棒） 的放电端外表面的最短距离。

通过本发明中上述优选的电极对的放电距离， 可实现以较低电压 的电脉沖来获得有利的孕育效果。 （电脉冲发生器输出的） 电压在 29-63V的范围内， 优选地在 30-55V的范围内， 更优选地为 36V。 通过 上述优选实施方案， 可实现利用安全电压附近或以内的电压实现良 好 的电脉冲孕育效果， 这在生产安全性方面是尤其具有优势的。 在一个 具体的优选实施方案中， 在电极对的放电距离为 5-10mm时， 电脉沖发 生器对应输出 36V的电脉冲， 由此（经电极供电线路、 电极等电阻影响） 可在电极对之间获得 6- 9V的电脉冲电压， 并实现有利的孕育效果。 图 5a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施� ��案的电极布 置方式（俯视示意图）， 其中该连铸机中间罐电脉冲装置不设有塞棒。 如图 5a所示， 围绕水口 17设有四个电极装置 12a- 12d， 所述四个电 极装置彼此间隔 90度分布，其中四个电极装置 12a- 12d两两构成电极 对施放电脉冲。 在一个实施方案中， 电极装置 12a和电极装置 12c构 成一个电极对， 电极装置 12b和电极装置 12d构成另一个电极对。 在 另一个实施方案中， 电极装置 12a和电极装置 12d构成一个电极对， 电极装置 12b和电极装置 12c构成另一个电极对。 在一个优选实施方 案中， 各电极对依次沿顺时针或逆时针方向以预定时 间间隔施放电脉 沖。 可以类似方式在水口附近设置一个电极对、 或两个电极对（如图 5a )、 或者更多个电极对， 设置的电极对越多则覆盖的有效面积越大； 同时根据水流方向（例如在北半球水流出口的 漩涡是逆时针方向的）以 预定时间间隔施放电脉冲也可以改善金属液被 孕育的效果。

类似地，图 5b示意性地示出了根据本发明的另一优选实施� ��案的 电极布置方式 （俯视示意图） ， 其中该连铸机中间罐电脉沖装置不设 有塞棒。 如图 5b所示， 围绕水口 17设有三个电极装置 12e- 12g, 所 述三个电极装置彼此间隔 120度分布， 其中三个电极装置 12e- 12g通 过控制两两构成电极对， 间隔地施放电脉冲。在一个优选实施方案中， 各电极对依次沿顺时针或逆时针方向以预定时 间间隔施放电脉冲。 具 体而言， 在一个实施方案中， 首先电极装置 12e与电极装置 12g构成 电极对施放电脉沖， 在一个预定时间间隔后， 电极装置 12g与电极装 置 12f构成电极对施放电脉沖，在所述预定时间间 隔后，电极装置 12f 与电极装置 12e构成电极对施放电脉冲， 如此循环 （即， 沿顺时针方 向的情况） 。 类似地， 沿逆时针方向 （例如在北半球水流出口的漩涡 是逆时针方向的） 以预定时间间隔施放电脉冲的实施方案刚好相 反。

图 6a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施� ��案的电极布 置方式， 其中该连铸机中间罐电脉沖装置设有塞棒 4。 如图 6a所示， 围绕水口 17设有四个电极装置 12a-12d， 所述四个电极装置彼此间隔 90度分布。 在一个实施方案中， 四个电极装置 12a-12d两两构成电极 对施放电脉沖（如参照图 5a描述的实施方案）。 在一个优选实施方案 中， 四个电极装置 12a- 12d分别与塞棒 4构成四个电极对， 由此实现 紧凑的结构设计。 优选地， 所述电极对（包括电极装置与电极装置构 成的电极对和 /或电极装置与塞棒构成的电极对）依次沿顺� �针或逆时 针方向以预定时间间隔施放电脉沖。 可以类似方式在水口附近设置一 个电极对、 或两个电极对、 或三个电极对（如图 6b ) 、 或者更多个电 极对， 设置的电极对越多则覆盖的有效面积越大； 同时根据水流方向 以预定时间间隔施放电脉冲也可以改善金属液 被孕育的效果。

类似地，图 6b示意性地示出了根据本发明的另一优选实施� ��案的 电极布置方式， 其中该连铸机中间罐电脉冲装置设有塞棒 4。 如图 6b 所示， 围绕水口 17设有三个个电极装置 12e-12g， 所述三个电极装置 彼此间隔 120度分布。 在一个实施方案中， 三个电极装置 12a-12d两 两构成电极对施放电脉沖 （如参照图 5b描述的实施方案）。 在一个优 选实施方案中，三个电极装置 12e_12g分别与塞棒 4构成三个电极对， 由此实现紧凑的结构设计。 优选地， 所述电极对 （包括电极装置与电 极装置构成的电极对和 /或电极装置与塞棒构成的电极对）依次沿顺� � 针或逆时针方向以预定时间间隔施放电脉冲。 根据本发明的冶金用罐电脉沖装置包括： 盖部； 罐部， 所述罐部 的底部设有水口； 以及至少两个电极装置， 被配置为用于电连接至电脉 沖发生器，所述至少两个电极装置穿过所述盖 部和 /或所述罐部，延伸到 该冶金用罐电脉冲装置的所述水口附近， 用于施放电脉冲。 本发明将至 少两个电极装置延伸到水口上方附近（与水口 间隔开一个优选的距离） 用于施放电脉冲， 相对于现有技术获得了改进的技术效果。 应理解， 尽 管在现有技术中已公开了一种将电极设置在水 口上（即水口的出口管路 中）的电脉冲孕育连铸装置（参见申请号为 CN 102078948 A的发明申请）， 但是由于水口管路中的金属液流速非常快， 因此通过该方法施放电脉冲 导致金属液带电量较低。 相对地， 本发明提供了金属液从水口铸入例如 结晶器前的最佳的电脉冲孕育处理位置， 因此总是能够实现满意的孕育 效果， 满足工业化生产的需求 本领域普通技术人员容易理解， 虽然本文以连铸机中间罐电脉冲 装置为例描述本发明的各个具体实施方案， 但是本发明也适用于其他 冶金用罐电脉冲装置。 虽然具体实施方案中的连铸机中间罐电脉冲装 置带有塞棒 4， 但是本发明同样适用于不设有塞棒的连铸机中 间罐电 脉沖装置或其他冶金用罐电脉冲装置。

本领域普通技术人员容易理解， 在本发明的一个实施方案中所描 述的一个或多个特征可以与本发明的其他实施 方案中的一个或多个特 征结合使用。 上述具体实施方案并不限制本发明的保护范围 。 此外， 本申请的说明书或权利要求书中的 "第一"、 "第二" ……或者 "a"、 "b" ... ... 仅表示对多个同类技术特征的逐一区分， 不表示包括排序 等其他意义。