連續(xù)鑄鋼

連續(xù)鑄鋼簡稱連鑄，使鋼水不斷地通過水冷結(jié)晶器，凝成硬殼后從結(jié)晶器下方出口連續(xù)拉出，經(jīng)噴水冷卻，全部凝固后切成坯料的鑄造工藝。同通常鋼錠澆鑄相比，具有增加金屬收得率，節(jié)約能源，提高鑄坯質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。

連鑄鎮(zhèn)靜鋼的鋼材綜合收得率比模鑄的約高10%。 沸騰鋼連鑄比較困難，至今尚未成功。近年對(duì)沸騰鋼成分的鋼液進(jìn)行真空"輕處理"，可以順利地進(jìn)行連鑄。有色金屬的連鑄發(fā)展比鋼鐵連鑄為早。如在輥式連鑄機(jī)上，兼有凝固和塑性變形，則稱連續(xù)鑄軋。

由于連鑄簡化了煉鋼鑄錠及軋鋼開坯加工工序，每噸鋼可節(jié)約能量(0.15~0.25)×10千卡,如進(jìn)一步解決鑄坯和成材軋機(jī)的合理配合問題，熱送直接成材，還可進(jìn)一步節(jié)約能源。

連鑄坯在結(jié)晶結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)是:連鑄工藝使鋼水迅速而均勻地冷卻，因而迅速形成較厚微晶細(xì)粒的表面凝固層，沒有充分時(shí)間形成柱狀晶區(qū);連鑄坯斷面較小，整罐鋼水的連鑄從開始到終了的冷卻凝固時(shí)間接近，連鑄坯縱向成分偏析差別可在10%以內(nèi)，這是模鑄鋼錠無法與之比擬的;連鑄坯不像模鑄鋼錠那樣分單根澆鑄，所以可避免形成縮孔或空洞，使金屬收得率提高;在塑性加工中，為消除鑄態(tài)組織所需的壓縮比也可較小。

連鑄坯的缺陷為，在澆鑄生產(chǎn)過程中，由于鋼水成分、溫度、澆鑄速度、冷卻水強(qiáng)度等控制不當(dāng)，以及鑄機(jī)設(shè)備安裝不合規(guī)格等原因，可造成與模鑄相似的各種缺陷。與模鑄鋼錠的差別是裂紋缺陷比較多見。

有色金屬(銅、鋁等)的連鑄在20世紀(jì)30年代已成功,至40年代,德國永漢斯(S.Junghans)、美國羅西 (I.Rossi)在連續(xù)鑄鋼方面取得工業(yè)規(guī)模的成功。到50年代，鋼水連鑄工藝比較成熟。由于對(duì)連鑄工藝的冶金理論認(rèn)識(shí)加深、連鑄機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝不斷有所改進(jìn),使操作安全和鑄坯質(zhì)量得到基本保證。連鑄機(jī)設(shè)備型式從半連續(xù)垂直式開始，經(jīng)立彎連續(xù)式逐步降低了設(shè)備高度，到60年代成為現(xiàn)在通用的弧型連鑄機(jī)。1981年世界上51個(gè)國家裝有415臺(tái)連鑄機(jī)，年產(chǎn)鋼13500萬噸，為當(dāng)年鋼產(chǎn)量的20%;其中板坯機(jī)臺(tái)數(shù)約為1/4,占連鑄坯產(chǎn)量的50%;主要 產(chǎn)鋼國家連鑄坯產(chǎn)量占鋼產(chǎn)量約為38%。世界鋼產(chǎn)量和連鑄坯產(chǎn)量發(fā)展的趨勢。

80年代在工業(yè)發(fā)達(dá)國家已有不少電爐車間實(shí)現(xiàn)了全連鑄化,新建大型轉(zhuǎn)爐車間也有全連鑄的。澆鑄的鋼種在1970年以前大多是普通碳素鋼。目前除極少數(shù)高碳、高合金鋼和易產(chǎn)生裂紋的鋼種，如含鉛易切削鋼、高速工具鋼和某些軸承鋼及閥門鋼,連鑄尚有困難外,約有85%鋼種都能連續(xù)澆鑄。70年代采用了電磁攪拌,可提高連鑄坯質(zhì)量。連鑄生產(chǎn)的鋼種包括有深沖的薄板鋼，高強(qiáng)度的中厚板鋼、鋼軌鋼、彈簧鋼、線材鋼、不銹耐酸鋼等。特別是不銹耐酸鋼，目前全世界約有50%以上是用連鑄法生產(chǎn)的。生產(chǎn)的板坯最大尺寸為寬2640毫米,厚350毫米;方坯最大為560×400毫米,最小為50×50毫米,實(shí)際生產(chǎn)中?？刂圃?00×100毫米以上;圓坯最大為φ1000毫米，最小為φ40毫米。

在大型連鑄機(jī)組上為快速調(diào)整鑄坯斷面的生產(chǎn)要求，通常將機(jī)組部件整體更換;從結(jié)晶器上口送入引錠桿,可減少通常從下口送進(jìn)引錠桿的輔助作業(yè)時(shí)間;有的板坯鑄機(jī)將結(jié)晶器制成六段，可分別獨(dú)立交換改變斷面;在改變斷面時(shí)，只須停澆鋼水20秒鐘，便能繼續(xù)生產(chǎn)其他新斷面的產(chǎn)品。有些板坯機(jī)生產(chǎn)單一尺寸的寬板坯，然后縱切成所需寬度尺寸的窄坯。為了在一臺(tái)連鑄機(jī)上增加品種和提高產(chǎn)量，發(fā)展出多流連鑄機(jī)。板坯機(jī)有的采用2~3流機(jī)組，方坯機(jī)可多至8~10流。

近年連鑄生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)迅速發(fā)展。在技術(shù)先進(jìn)的鋼廠已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼水成分、溫度、結(jié)晶器鋼液面、鑄速、二次水冷卻、鑄坯質(zhì)量熱檢查、定尺切割等用計(jì)算機(jī)進(jìn)行全面自動(dòng)控制;生產(chǎn)過程中有質(zhì)量不合格鑄坯時(shí)，實(shí)行自動(dòng)切除;然后熱送連軋生產(chǎn)。中國于50年代開始進(jìn)行半連鑄的工業(yè)試驗(yàn)。1959和1960年間建成直立式方扁坯連鑄機(jī)。60年代中期建成弧形板坯連鑄機(jī)。同時(shí)還建有立彎式小方坯連鑄機(jī)。截至1981年，中國投產(chǎn)的連鑄機(jī)有26臺(tái)，1981年生產(chǎn)連鑄坯254萬噸,占全國鋼產(chǎn)量的7.65%。澆鑄的鋼種有普通碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、電工鋼等。連鑄坯的品種有120~200毫米方坯，700~2300毫米寬板坯。

以通用的弧形連鑄機(jī)為例。

盛鋼桶和中間罐

盛鋼桶多用旋轉(zhuǎn)臺(tái)承托，便于調(diào)換盛鋼桶連續(xù)供鋼水。鋼水澆進(jìn)結(jié)晶器之前先通過中間罐,調(diào)整鋼水靜壓力,保持鋼水流動(dòng)平穩(wěn)。中間罐可快速調(diào)換使用，以保證鋼流澆鑄不間斷并實(shí)現(xiàn)多爐連澆。在中間罐水口下設(shè)有事故溢流槽，使廢鋼流入垃圾罐。

結(jié)晶器

以純銅或銅合金材料作內(nèi)壁，用鋼框架密封箍住。內(nèi)壁和外框間留有冷卻水通路。結(jié)晶器內(nèi)襯銅壁一般厚6~24毫米，長600~1100毫米，在結(jié)晶器旁側(cè)裝設(shè)杠桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械聯(lián)鎖振動(dòng)機(jī)構(gòu)，使結(jié)晶器沿弧形曲線上下振動(dòng)。結(jié)晶器內(nèi)壁的潤滑有兩種方法:對(duì)厚度150毫米以上鑄坯一般采用伸入式水口加保護(hù)渣粉澆鑄工藝，對(duì)小于150毫米鑄坯采用油潤滑。

二次冷卻裝置

結(jié)晶器出口至拉坯矯直機(jī)之間，沿弧形曲線以多組導(dǎo)輥?zhàn)麒T坯前進(jìn)的軌道，導(dǎo)輥中間穿插多組冷卻水噴嘴進(jìn)行二次冷卻，加速鋼流凝固。

拉坯矯直機(jī)

在二冷區(qū)后段設(shè)有多支點(diǎn)拖輥，曳拉和矯直鑄坯前進(jìn)。

切割裝置

用氧氣乙炔火焰或機(jī)械剪切割鑄坯，這項(xiàng)裝置和拉坯矯直機(jī)前進(jìn)方向的速度應(yīng)相互配合。

引錠桿

是許多金屬環(huán)節(jié)連接構(gòu)成的可撓長桿?？膳c鑄坯一樣由拉坯矯直機(jī)夾持，沿導(dǎo)輥曲線移動(dòng)。朝結(jié)晶器方向一端的引錠桿為凹形鎖頭，承接鋼水，牽拉鑄坯。

連鑄機(jī)是從直立式裝置開始的。為了降低裝置的高度，擴(kuò)大鑄坯品種和提高質(zhì)量等目的，連鑄機(jī)發(fā)展出了多種結(jié)構(gòu)形式。

立式連鑄機(jī)

全部設(shè)備直至切割器，都是垂直布置，切割后鋼坯放平運(yùn)走。 連續(xù)鑄鋼

立彎式連鑄機(jī)

結(jié)晶器是直立的，在鑄坯離開結(jié)晶器后尚未全凝固前,以機(jī)械力頂彎鑄坯,水平切割后運(yùn)出。

弧形連鑄機(jī)

通過結(jié)晶器使鑄坯表層凝固成形，隨即沿弧形曲線的二冷段向前移動(dòng)，鑄坯凝固至一定程度后，再矯直成水平狀，切割后運(yùn)出。這類連鑄機(jī)的二冷段有全弧形、橢圓形(多點(diǎn)橢圓軌跡)或帶二冷上部直線段。矯直段有鑄坯全凝固矯直方式或帶液相坯矯直方式。為了滿足高質(zhì)量產(chǎn)品的要求，在結(jié)晶器或二冷上段外圍裝設(shè)低頻電磁攪拌裝置,以改善鑄坯結(jié)晶組織(圖3)。 連續(xù)鑄鋼

傾斜式連鑄機(jī)

從結(jié)晶器直至切割器都呈傾斜布置，最后水平輸出。

水平式連鑄機(jī)

鋼水由中間罐水口直接水平導(dǎo)入水冷結(jié)晶器，出結(jié)晶器后的鑄坯以時(shí)拉時(shí)停的間斷操作方式拉坯前進(jìn),以保證鑄坯表面質(zhì)量不產(chǎn)生破裂(圖4)。

旋轉(zhuǎn)輪式高速連鑄機(jī)

結(jié)晶器和二冷段均以槽形輪帶式結(jié)構(gòu)組成。因結(jié)晶器和鑄坯之間無相對(duì)滑移現(xiàn)象，適于高速澆鑄，可使連鑄機(jī)注速與后部連接的軋機(jī)的速度同步配合,達(dá)到連鑄連軋的目的(圖5)。 連續(xù)鑄鋼

離心旋轉(zhuǎn)連鑄機(jī)

結(jié)晶器作水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用于澆鑄圓鋼坯。

目前普遍使用的連鑄設(shè)備是弧形連鑄機(jī)。立式、立彎式、傾斜式三種型式是發(fā)展過程的產(chǎn)物，其中直立式仍在少數(shù)工廠使用，水平式、旋轉(zhuǎn)輪式、離心旋轉(zhuǎn)連鑄機(jī)尚處于試驗(yàn)或小規(guī)模生產(chǎn)階段。

連鑄機(jī)必須與出鋼操作密切配合，鋼水開始澆入結(jié)晶器的同時(shí),一面啟動(dòng)結(jié)晶器振動(dòng),進(jìn)行潤滑和開放冷卻水，一面啟動(dòng)拉坯矯直機(jī)拖引錠桿運(yùn)轉(zhuǎn)，鑄坯隨引錠桿拉曳前進(jìn)，鑄坯過拉坯矯直機(jī)到一定位置后，脫卸并移開引錠桿，鑄坯本身由拉坯矯直機(jī)繼續(xù)拉曳。前進(jìn)的鑄坯按定尺長度逐次切割(圖6)，輸送、堆存，待全爐鋼水鑄完為止。在生產(chǎn)中應(yīng)力爭多爐連鑄，以提高經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)鋼水成分和溫度要有嚴(yán)格的要求。 一般用伸入式水口或吹氬密封保護(hù)鋼流，或兩者兼用，以防止鋼水二次氧化。鋼水含鋁高時(shí)容易產(chǎn)生粘膜堵塞水口,用定徑水口澆鑄小方坯,一般控制鋼水的含鋁量小于0.06%。對(duì)鋁鎮(zhèn)靜鋼或?qū)X量有一定要求的鋼種,常從結(jié)晶器上口以鋁條或鋁粒加入鋼水,而不經(jīng)過中間罐水口。鋼水澆鑄溫度一般高于鋼的凝固點(diǎn)20~50℃?，F(xiàn)在普遍采用澆鑄前在鋼包內(nèi)吹氬氣攪拌鋼水,以使鋼水的成分及溫度均勻,溫度波動(dòng)可控制到±5℃。

在保證鑄坯質(zhì)量和安全生產(chǎn)的前提下，拉速主要受鑄坯凝固速度的制約。其關(guān)系式為:s=K堢。式中s為鋼凝固層厚度(毫米)，s為凝固時(shí)間(分)。一定的s值應(yīng)保證硬殼不破裂和安全生產(chǎn),K值為23~32,視鋼種、斷面、鋼水溫度和拉速變化而定。拉速過快易發(fā)生漏鋼、斷接等;拉速慢則易發(fā)生鑄坯表面不光整、結(jié)疤等。高碳鋼和合金鋼的拉速應(yīng)比低碳鋼慢。鑄坯斷面(厚度)大的拉速應(yīng)比斷面小的慢。提高拉速須盡量保持低溫澆鑄,并對(duì)鋼液面采用60Co、紅外線或電磁檢測儀表等控制手段。拉速范圍與鑄坯斷面品種有關(guān)，以普通碳鋼為例:板坯0.5~1.8米/分，大方坯0.6~1.5米/分，小方坯1.5~3.5米/分。

連續(xù)鑄鋼的冷卻區(qū)集中在結(jié)晶器、二冷 段和后部工序冷卻等三個(gè)部分。一般認(rèn)為結(jié)晶器段占冷卻量的14~20%，二冷段占23~30%。冷卻強(qiáng)度過大和拉速不適應(yīng)時(shí)，會(huì)造成鑄坯內(nèi)裂和外裂紋。冷卻強(qiáng)度過小和不均勻則易產(chǎn)生鑄坯鼓肚、漏鋼等現(xiàn)象。冷卻強(qiáng)度必須隨鋼種、鑄坯溫度和拉速快慢進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。每公斤鋼的冷卻水消耗量約1~2公斤。要求各斷面部位冷卻均勻，冷卻水要過濾凈化，使水質(zhì)潔凈，導(dǎo)熱均勻(要使冷卻水潔凈，可安裝全自動(dòng)自清洗過濾器裝置) 提高連鑄機(jī)生產(chǎn)能力應(yīng)降低鋼水澆鑄時(shí)的過熱溫度，提高拉速，擴(kuò)大鑄坯斷面和采用多流連鑄。鑄坯斷面的選定和軋機(jī)軋制成材道次的綜合考慮也很重要。采用多爐連鑄可提高連鑄機(jī)作業(yè)率，但要力求澆鑄時(shí)間與冶煉周期相互協(xié)調(diào)。