【文章內(nèi)容簡介】 小方坯連鑄機(jī)之所以成為小鋼廠的支柱，是因?yàn)樾′搹S在采用了連鑄工藝后，具有投資省、建設(shè)快、金屬收得率高、能源消耗低、競爭力強(qiáng)等特點(diǎn)。 3 連鑄技術(shù)發(fā)展的特征 (1)連鑄機(jī)數(shù)量，連鑄坯產(chǎn)量連鑄比增長情況 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 1964 年全世界公有 80 余臺連鑄機(jī)，生產(chǎn)能力約 700 萬噸； 1970年達(dá)到 325 臺，生產(chǎn)能力為 6800 萬噸；而 1982 年世界連鑄坯的總產(chǎn)量為 億噸，連鑄比為 %。 1985 年連鑄比達(dá)到 56%。 1982 年世界各國連鑄坯的產(chǎn)量和連鑄比見 表 11 3 1982 年各國 (地區(qū) )連鑄坯產(chǎn)量和連鑄比 表 11 序 號 國家或地區(qū) 連鑄坯產(chǎn)量，萬噸 連鑄比， % 1 聯(lián)邦德國 2221 2 比利時 329 3 法國 1076 4 盧森堡 68 5 荷蘭 135 6 英國 534 7 奧地利 329 8 芬蘭 225 9 挪威 12 10 葡萄牙 23 11 丹麥 54 12 意大利 1405 13 西班牙 552 14 瑞典 296 15 土耳其 45 16 南斯拉夫 182 17 美國 1961 18 加拿大 389 19 阿根廷 151 20 巴西 533 21 墨西哥 210 22 澳大利亞 111 23 日本 7837 24 南朝鮮 602 25 南非 505 26 中國 275 27 中國臺灣省 336 4 全世 界擁有的連鑄機(jī)臺數(shù)及流數(shù)分類情況見表 12。全世界連鑄機(jī)臺數(shù)及生產(chǎn)能力情況見表 13 世界部分地區(qū)連鑄機(jī)的臺數(shù)和流數(shù) (統(tǒng)計(jì)到 1984 年 1月 ) 表 12 鑄機(jī)供應(yīng)公司 瑞士康卡斯特 CONCAST 意大利達(dá)涅里 DANIELI 西德德馬克 DEMAG 日本 三菱 MITSUBISHI 意大利 康梯紐 CONTINUA 鑄機(jī)種類 機(jī) 流 機(jī) 流 機(jī) 流 機(jī) 流 機(jī) 流 小方坯 238 798 90 325 66 233 54 174 38 109 大方坯 91 333 13 43 43 175 15 43 1 2 板坯 88 125 1 2 72 124 1 1 總計(jì) 417 1256 104 370 181 532 70 223 39 111 世界連鑄機(jī)臺數(shù)和生產(chǎn)能力增長情況 達(dá)式 表 13 年 份 連鑄機(jī)臺數(shù) 臺 生產(chǎn)能力 萬噸 /年 世界鋼產(chǎn)量 萬噸 /年 連鑄坯產(chǎn)量 萬噸 /年 連 鑄 比 % 1970 325 6800 59790 3000 1975 651 17600 64630 8500 1980 1020 30090 71770 19500 1981 — — 71290 21400 1982 1131 — — 22541 (2)連鑄鋼種不斷擴(kuò)大 盡管連鑄的工藝化是以不銹鋼為開端的，但初期的連鑄機(jī)還是以生產(chǎn)普碳鋼為主 。隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展工藝的改進(jìn)、設(shè)備的完善、澆注鋼種也迅速擴(kuò)大。目前用連鑄生產(chǎn)的鋼種幾乎涉及到所有的鋼類，可以為各種軋材借助坯，例如日本住友金屬公司先后建成的包括板坯、大方坯和小方坯的 6臺連鑄機(jī)，成功地生產(chǎn)了板、管、線、棒材領(lǐng)域中從碳素鋼至特殊合金鋼的幾乎全部鋼種。 5 我國連鑄技術(shù)的發(fā)展 我國是研究和應(yīng)用連鑄技術(shù)較早的國家之一，早在 20世紀(jì) 50 年代就已開始探索性的工作。 1957—— 1959 年之間先后建立成三臺立式連鑄機(jī)。 1964 年在重鋼三廠建成一臺斷面為 180mm 平方毫米的板坯弧形連鑄機(jī)，這是世界上工業(yè)應(yīng)用最早的弧形連鑄機(jī)之一。隨后處于停滯狀態(tài)。到 1978 年全國用于生產(chǎn)的連鑄機(jī)只有 21 臺，連鑄坯年產(chǎn)量 完噸，連鑄比為 %。 改革開放以來，為了學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，加速我國連鑄技術(shù)的發(fā)展，從 20 世紀(jì) 70 年代末一些企業(yè)引進(jìn)了一批連鑄技術(shù)和設(shè)備。例如 1978 年和 1979年，武鋼煉鋼廠從聯(lián)邦德國引進(jìn)單流弧行的板坯連鑄機(jī) 3臺，在消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，圍繞設(shè)備、操作、品種開發(fā)、 管理等方面進(jìn)行了大量的開發(fā)與完善工作，于 1985 年實(shí)現(xiàn)了全連鑄生產(chǎn)，產(chǎn)量突破了設(shè)計(jì)能力。首鋼在 1987 年和 1988 年相繼從瑞士康卡斯特公司引進(jìn)了 2臺八流小方坯連鑄機(jī)，寶鋼、武鋼、太鋼和鞍鋼等大型鋼鐵企業(yè)也從國外引進(jìn)了先進(jìn)的板坯連鑄機(jī)，這些連鑄技術(shù)和設(shè)備的引進(jìn)都促進(jìn)了我國連鑄的發(fā)展。 最近幾年，也是我國連鑄技術(shù)快速發(fā)展的時期。利用一高質(zhì)量鑄坯為基礎(chǔ)、高拉速為核心，實(shí)現(xiàn)高連澆率、高作業(yè)率的高效連鑄技術(shù)，對現(xiàn)有連鑄機(jī)的技術(shù)改造取得了很大的進(jìn)展，采用國產(chǎn)技術(shù)的第一臺高效板坯連鑄機(jī)已在攀鋼投產(chǎn)。到 2021 年底，我國高 效或較高效連鑄機(jī)累計(jì)已達(dá) 75%以上，目前新建的連鑄機(jī)一般也均為高效、較高效的連鑄機(jī)，而且我國在高效連鑄技術(shù)小方坯薄板技術(shù)已擠身世界前列。目前，我過我國鋼鐵工業(yè)正處于興旺時期，連鑄技術(shù)的設(shè)計(jì)、制造、工藝和管理都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，新世紀(jì)必然是我國連鑄高速發(fā)展的時代。 連鑄技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn) 連續(xù)鑄鋼技術(shù)之所以發(fā)展這樣迅速，是由于連鑄工藝具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，而這些優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)的模鑄法無法比擬的。 （ 1） 提高金屬收得率 連鑄與模鑄 — 開坯工藝相比，從鋼水到鋼坯的收得率可提高 8%— 15%。 連鑄是鋼水連續(xù)成型的工藝。金屬的 損耗包括首尾切頭、中間罐殘留鋼水。而模鑄 — 開坯的金屬損耗包括每支鋼錠的切頭、中注管、湯道損失以及鋼包注余損失。 6 連鑄金屬收得率的進(jìn)一步提高在于提高多爐連澆率。 （ 2） 節(jié)約能源 近年來，世界性的能源危機(jī)有增無減，各國對節(jié)能措施都十分重視。由于連鑄工藝可以省掉一些加熱（均熱）工序，因而噸鋼能耗大大降低。據(jù)日本資料介紹，連鑄法的能砂公為模鑄 — 開坯法的 % — %。 （ 3） 提高鑄坯質(zhì)量 連鑄坯的質(zhì)量，在許多方面優(yōu)于鋼錠，例如成分偏析小、純潔度高、組織致密。用連鑄坯軋成的鋼材在許多方面也優(yōu)于鋼錠軋成的軋材。例如，用連 鑄坯軋的鍍層薄板在寬度方向的性能和用連鑄坯軋成的中厚板抗腐蝕的性能都比較好。據(jù)印度比哈爾合金鋼廠對軋材檢查結(jié)果表明，連鑄坯的宏觀純潔度和微觀純潔度都比用鋼錠軋材好，夾雜物分布在整個長度方向是均勻的，產(chǎn)品的機(jī)械性能經(jīng)常高于用鋼錠軋制的。由于凝固組織好，成分均勻，鋼的淬透性好，波動小，合金鋼連鑄巳完全能滿足汽車工業(yè)所要求的質(zhì)量水平。 （ 4） 有利于實(shí)現(xiàn)鋼液成型工藝的機(jī)械化和自動化 采用脫模 — 開坯工藝要通過下述復(fù)雜的工序。 脫整模等工序的操作環(huán)境惡劣，勞動強(qiáng) 度大，是煉鋼生產(chǎn)中最落后的環(huán)節(jié)。 連鑄是把許多工序簡化到一個機(jī)械設(shè)備上進(jìn)行，這就為采用自動控制和計(jì)算機(jī)控制創(chuàng)造良好的條件，大大改善了勞動條件，節(jié)約了人力。 澆注 冷凝 脫模 清理底板和模子 整模 準(zhǔn)備澆注 鋼錠送至加熱爐 開坯 7 連鑄機(jī)機(jī)型及其主要特點(diǎn) 機(jī)型演變及其分類 連鑄機(jī)的機(jī)型經(jīng)歷了立式、立彎式和弧形的演變過程。發(fā)展到目前確定了以弧形連鑄機(jī)為主流。水平連鑄機(jī)的試制工作近年來受到一定的重視，并有了較大的發(fā)展。 五十年代，連鑄工業(yè)化的初期階段，連鑄機(jī)幾乎都是立式的。隨著澆注斷面的增大和拉速的提高，鑄機(jī)的高度增加。為了減少設(shè)備費(fèi)用，降低廠房高度出現(xiàn)在立彎式 連鑄機(jī)，它即保持了立式連鑄機(jī)在垂直方向上進(jìn)行澆注的特點(diǎn)，又在水平位置上切割和出坯。在立彎式的基礎(chǔ)上，演變出帶液相彎曲的直 — 弧形連鑄機(jī)。 1963 年，瑞士馮 — 莫斯研制了弧形連鑄機(jī)。因?yàn)樵O(shè)備高度降低，在原有鑄錠廠房內(nèi)建設(shè)比較方便，所以得到了迅速的發(fā)展，現(xiàn)巳成為主導(dǎo)機(jī)型。在此基礎(chǔ)上近年來又發(fā)展了多半徑多點(diǎn)矯直的弧形連鑄機(jī)。 水平連鑄技術(shù)在 20 年代，先在有色金屬領(lǐng)域中達(dá)到了工業(yè)生產(chǎn)水平。近年來鋼的水平連鑄，在一些技術(shù)關(guān)鍵上又有突破。發(fā)展水平連鑄旨在降低廠房高度和設(shè)備費(fèi)用，避免鋼水的二次氧化和鑄坯的彎曲和矯直。 機(jī)型對鑄坯質(zhì)量的影響 衡量鑄坯質(zhì)量的主要指標(biāo)是表面裂紋、內(nèi)部裂紋、中心偏析和夾雜物。各種機(jī)型對鑄坯質(zhì)量的影響見表 14。 各種機(jī)型對鑄坯質(zhì)量的影響 表 14 鑄坯缺陷 連鑄機(jī)機(jī)型 立式 立彎式 直 — 弧形 弧形 內(nèi)部裂紋 較重 較重 輕 最輕 中心偏析 較重 較重 較輕 較輕 表面裂紋 輕 較重 較輕 較輕 夾雜（皮下 3— 5 毫米） 較多 較多 較少 較少 夾雜（皮下 30— 40 毫米） 最少 較少 較少 最多 8 立式及立彎式連鑄機(jī)鑄坯內(nèi)裂紋及偏析較重的主要原因是由于液心鐵靜壓力較大，鑄坯有較大的鼓肚；皮下 3— 5 毫米的平雜較多是由于澆注速度較低引起的；皮下 30— 40 毫米夾雜較少是由于夾雜物在液穴內(nèi)的上浮分離條件較好 。 一般來說，機(jī)型對鑄坯質(zhì)量的影響有兩方面的因素： 1）鋼水靜壓力造成鑄坯鼓肚而引起內(nèi)裂和偏析； 2）夾雜物在液相穴上浮分離條件的影響，使鑄坯存大大顆粒夾雜物。而這兩個因素對鑄坯質(zhì)量的影響是矛盾的，鑄機(jī)的高度越高，鋼液的靜壓力越大。鑄機(jī)的高度越小，因鼓肚引起的質(zhì)量問題減少。 但大型夾雜物殘存的數(shù)量增多。因而在選擇連鑄機(jī)機(jī)型時，要綜合考慮這兩方面的因素，并結(jié)合實(shí)際情況合理地選擇。 弧形連鑄機(jī)工作原理 弧形結(jié)晶器工作原理圖見圖 11 圖 11弧形連鑄機(jī)工作原理圖 9 如上圖 所示，由煉鋼爐煉出的合格鋼水經(jīng)爐外精練處理后，用鋼包運(yùn)送到澆鑄位置注入中間包，通過中間包注入強(qiáng)制水冷的銅摸 —— 結(jié)晶器內(nèi)。結(jié)晶器是無底的，在注入鋼水之前，必須先裝上一個“活底”，它同時也起到引出鑄錠的作用。這個“活底”就稱為引錠鏈。注入結(jié)晶器的鋼水在迅速冷卻凝固成形同時，其前部與伸入結(jié)晶器底部的 引錠鏈頭部凝結(jié)在一起。引錠鏈的尾部則夾持在拉坯機(jī)的拉輥中，當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)鋼水升到要求的高度后，開動拉坯機(jī)，以一定的速度把引錠桿（牽著鑄坯）從結(jié)晶器中拉出。為防止鑄坯殼被拉斷漏鋼和減少結(jié)晶器中的拉坯阻力，在澆鑄過程中既要對結(jié)晶器內(nèi)壁潤滑又要它做上下往復(fù)振動。鑄坯被拉出結(jié)晶器后，為使起更快地散熱，需要進(jìn)行噴水冷卻，稱之為二次冷卻，通過二次冷卻支導(dǎo)裝置的鑄坯逐漸凝固。這樣，鑄坯不斷地被拉出，鋼水連續(xù)地從上面注入結(jié)晶器，便形成連續(xù)鑄坯的過程。當(dāng)鑄坯通過拉坯機(jī)、矯直機(jī)（立式和水平式連鑄不需矯直）后，脫去引錠鏈。完全凝固的 直鑄坯有切割設(shè)備切成定尺，經(jīng)運(yùn)輸輥道進(jìn)入后步工序。連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)所用的設(shè)備，實(shí)際上包括在連鑄作業(yè)線上的一整套機(jī)械設(shè)備。 10 第二章 結(jié)晶器振動技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 結(jié)晶器振動的目的和振動方式 結(jié)晶器振動的目的 結(jié)晶器振動的目的，是為了防止鑄坯在凝固過程中與銅板粘結(jié)而發(fā)生粘掛拉裂或拉漏事故，以保證拉坯順利進(jìn)行。 鋼水在結(jié)晶器中的凝固過程如圖 21 所示。圖 21a 表示在結(jié)晶器中坯殼的正常生長狀態(tài)，如不發(fā)生意外，鑄坯就會被連續(xù)地拉出結(jié)晶器外。假如由于某 種原因，例如潤滑不良，坯殼的上段粘結(jié)在結(jié)晶器壁上，而且在某處 (如 X處 )坯殼的抗拉強(qiáng)度又小于該處的粘著力，則在拉坯力的作用下該處坯殼將被拉斷，被拉斷的上部 (如 A處 )又粘在結(jié)晶器壁上不動，而下段 (如 B 段 )繼續(xù)向下運(yùn)動，鋼水將充填 AB 之間，如圖 21b，形成一段新的坯殼把 AB兩段聯(lián)接起來，由于新的坯殼強(qiáng)度更低又會被拉斷，這就會連續(xù)地被拉斷，連續(xù)地在斷層上充填鋼水，直到 B 段被拉出結(jié)晶器，便發(fā)生了如圖 21c 所示的漏鋼事故。 圖 21 坯殼被拉斷的過程 11 為了克服上述缺點(diǎn)，發(fā)展了結(jié)晶器振動技術(shù)。當(dāng)結(jié)晶器下振時或者結(jié)晶器下振速度等于拉坯速度 (稱同步式 )，或者結(jié)晶器下振的速度大于拉坯速度 (負(fù)