【導(dǎo)讀】連續(xù)鑄鋼簡(jiǎn)稱連鑄。早在19世紀(jì)中期美國(guó)人塞勒斯、賴尼和英國(guó)人。貝塞麥就曾提出過(guò)連續(xù)澆注液體金屬的初步設(shè)想，并用于低熔點(diǎn)有色金屬的澆鑄；但類似現(xiàn)代連鑄設(shè)備的建議是由美國(guó)人亞瑟相德國(guó)人戴倫提出來(lái)的。設(shè)備；當(dāng)時(shí)是用于銅和鋁等有色金屬的澆鑄。振動(dòng)的立式連鑄機(jī)。并用其澆鑄黃銅獲得成功，后又用于鋁合金的工業(yè)生產(chǎn)。漢斯成為現(xiàn)代連鑄技術(shù)的奠基人。哈里德則提出了“負(fù)滑脫”概念。式雙流板坯半連續(xù)鑄鋼設(shè)備，用于澆鑄不銹鋼，其斷面為180mm³800mm。多斷面、持殊鋼連鑄機(jī)的典型代表。形連鑄機(jī)于1964年4月在奧地利百錄廠誕生。同年6月由我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造的第1臺(tái)方坯。和板坯兼用弧形連鑄機(jī)在重鋼三廠投入生產(chǎn)。形連鑄機(jī)，并開(kāi)發(fā)應(yīng)用了浸入式水口和保護(hù)渣技術(shù)。共有4臺(tái)連鑄機(jī)11流，主要生產(chǎn)低合金鋼印低碳鋼，澆注斷面為140mm³140mm和432mm. 設(shè)計(jì)并在格里廠投產(chǎn)1臺(tái)采用直結(jié)晶器、帶液心彎曲的弧形連鑄機(jī)。機(jī)至今仍在運(yùn)行。西班牙引進(jìn)的高度現(xiàn)代化雙流板坯連鑄機(jī)。

　　

【正文】 個(gè)輥完成的；無(wú)論是四輥拉矯機(jī)還是五輥拉矯帆均為一點(diǎn)矯直。 對(duì)大斷面鑄坯來(lái)說(shuō)，則應(yīng)采用多點(diǎn)矯直，如圖 1— 54b 所示 (其中只畫出矯直輥、支撐輥末畫 )。每 3 個(gè)輥為一組，每組輥為 1 個(gè)矯直點(diǎn)，以此類推；一般矯直點(diǎn)取 3 至 5 點(diǎn)。采用多點(diǎn)矯直可以把集中 1 點(diǎn)的應(yīng)變量分散到多個(gè)點(diǎn)完成，從而消除鑄坯產(chǎn)生內(nèi)裂的可能性，可以實(shí)現(xiàn)濤坯帶液心矯直。 連續(xù)矯直是在多點(diǎn)矯直基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)技術(shù)?；驹硎鞘硅T坯在矯直區(qū)內(nèi)應(yīng)變連續(xù)進(jìn)行，那么應(yīng)變率就是一個(gè)常量，這對(duì)改善鑄坯質(zhì)量非常有利。 25 引錠裝置的作用及組成 引錠稈是結(jié)晶器的“活底”；開(kāi)澆前用它堵住結(jié)晶器下口；澆鑄開(kāi)始后，結(jié)晶器內(nèi)的鋼液與引錠頭凝結(jié)在一起；通過(guò)拉矯機(jī)的牽引，鑄坯隨引錠桿連續(xù)地從結(jié)晶器下口拉出，直到鑄坯通過(guò)拉矯機(jī)，與引錠桿脫鉤為止，引錠裝置完成任務(wù)；鑄機(jī)進(jìn)入正常拉坯狀態(tài) 。引錠桿運(yùn)至存放處，留待下次澆注時(shí)使用。 引錠桿由引錠頭及引錠桿本體兩部分組成， 引錠桿有撓性和剛性兩種結(jié)構(gòu)。撓性引錠桿 — 般制成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。鏈?zhǔn)揭V桿又有長(zhǎng)節(jié)距和短節(jié)距之分。 脫引錠頭裝置 常用的引錠頭主要是鉤頭式。引錠頭可與拉矯機(jī)配合實(shí)現(xiàn)脫鉤。當(dāng)引錠頭通過(guò)拉輥后，用上矯直輥壓一下第一節(jié)引錠桿的尾部，便可使引錠頭與鑄坯脫開(kāi)。 連鑄坯需按照軋鋼機(jī)的要求切割成定尺或倍尺長(zhǎng)度。鑄坯是在連續(xù)運(yùn)行中完成切割，因此切割裝置必須與鑄坯同步運(yùn)動(dòng)。目前連鑄機(jī)所用切割裝置有：火焰 切割相機(jī)械剪切兩種類型。 火焰切割裝置包括有切割小車、切割定尺裝置、切縫清理裝置和切割專用輥道等。 機(jī)械剪切設(shè)備又稱為機(jī)械剪或剪切機(jī)；出于是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中完成鑄坯剪切的，因而也稱為飛剪。機(jī)械安切按驅(qū)動(dòng)方式不同又分為機(jī)械飛剪和液壓飛剪。前者通過(guò)電機(jī)、機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)；后者通過(guò)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。 連鑄機(jī)的后步工序是指鑄坯熱切后的熱送、冷卻、精整、出坯等工序。后步工序中的設(shè) 26 備主要與鑄坯切斷以后的工藝流程、車間布置、所澆鋼種、鑄坯斷面及對(duì)其質(zhì)量要求等有關(guān)。 現(xiàn)代化大型板坯，后道工序設(shè)備 比小連鑄機(jī)要復(fù)雜些。除了輸送輥道，鑄坯橫移設(shè)備和各種專用吊具外，還應(yīng)有板坯冷卻裝置、板坯自動(dòng)清理裝置、翻板機(jī)和垛板機(jī)等。 此外，如打號(hào)機(jī)、去毛刺機(jī)、自動(dòng)稱量裝置等都是連鑄機(jī)后步工序的必備設(shè)備。 1）輥道 在連鑄生產(chǎn)中，輥道是輸送鑄坯、連接各工序的主要設(shè)備。 2）拉鋼機(jī)或推鋼機(jī) 拉鋼機(jī)或惟鋼機(jī)的作用主要是橫向移動(dòng)鑄坯。 3）翻鋼機(jī)與垛板機(jī) 翻板機(jī)是配合對(duì)鑄坯進(jìn)行檢驗(yàn)和表面清理用的。垛板機(jī)是板坯的一種集料裝置。 4）鑄坯表面精整 對(duì)于鑄坯表面的各種缺陷應(yīng)該進(jìn)行清理。一船用途的中小斷面鑄坯 ，都是人工用火焰燒割或砂輪打磨對(duì)鑄坯表面進(jìn)行局部清理。對(duì)于直接熱送鑄坯，由于切割時(shí)在鑄坯切縫面下邊緣常有毛刺，在切割后經(jīng)去毛刺機(jī)清除。即用刀具刮除或錘刀旋轉(zhuǎn)去除毛刺。大型鑄坯和某些質(zhì)量要求高的鑄坯，則需用自動(dòng)火焰清理裝置成噴水處理裝置對(duì)表面進(jìn)行清理。 第 6 講 2 鋼的結(jié)晶與連鑄坯凝固結(jié)構(gòu) 不論連鑄還是模鑄，其工藝實(shí)質(zhì)是完成鋼從液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變，也就是鋼的結(jié)晶過(guò)程。這種轉(zhuǎn)變不能任其發(fā)展，而是按工藝、質(zhì)量的要求加以適當(dāng)控制，以達(dá)到規(guī)定的尺寸、質(zhì)量和結(jié)構(gòu)。鋼的結(jié)晶需兩個(gè)條件： (1)一定的過(guò)冷度，此為熱力學(xué)條件； (2)必要的核心，此為動(dòng)力學(xué)條件。 鋼是合金，含有 C、 Si、 Mn、 P、 s等元素；而且鋼的凝固在實(shí)際上屬非平衡結(jié)晶，固此鋼液的結(jié)晶具有不同于純金屬的特點(diǎn)。鋼液中含有各種合金元素，它的結(jié)晶溫度不是一點(diǎn)，而是一個(gè)溫度區(qū)間，見(jiàn)圖 21。 圖 21鋼水結(jié)晶溫度變化曲線 連鑄坯的凝固特征和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 連鑄鋼液的凝固是在過(guò)冷條件下進(jìn)行的，經(jīng)歷了形核和長(zhǎng)大完成結(jié)晶的過(guò)程，并伴隨有體積的收縮和成分偏析等。注入結(jié)晶器的鋼液除受結(jié)晶器壁的強(qiáng)制冷卻外，還通過(guò)鋼液面輻射傳熱及拉坯方向的傳導(dǎo)傳熱。其傳出熱量的比值大約為 30： ： ，因此鑄坯凝固過(guò)程可近似地看做鋼液向結(jié)晶器壁的單間傳熱。鋼液的熱量通過(guò)坯殼、氣隙、結(jié)晶器銅壁和冷卻水界面最后由冷卻水帶走。據(jù)計(jì)算各段熱阻約為：坯殼 25％；氣隙 71％；結(jié)晶器同器 1％；鋼壁與冷卻水界面 2％?？梢?jiàn)氣隙是鋼液向結(jié)晶器傳熱的限制性環(huán)節(jié)。 連鑄坯的凝固特征 坯殼及氣隙的形成過(guò)程 27 a）彎月面的形成 圖 22 鋼水與銅壁彎月面的形成 由于鋼液與結(jié)晶器銅壁的潤(rùn)濕作用，鋼液與銅壁接觸形成了一個(gè)半徑很小的彎月面。見(jiàn)圖 22，彎月面半徑 r 可用下式表示： mmr ?? /? 式 21 式中： m? —— 鋼液表面張力； m? —— 鋼水密度。 在彎月面的根部，鋼液與水冷銅壁接觸，立即受到銅壁的激冷作用，初生坯殼迅速形成。彎月面對(duì)初生坯殼是很重要的，良好穩(wěn)定的彎月面可確保初生坯殼的表面質(zhì)量和坯殼的均勻性。當(dāng)鋼水中上浮的夾雜物末被保護(hù)渣吸附時(shí)，會(huì)降低鋼液表面張力，彎月面半徑減小，從而破壞了彎月面的薄膜性能，彎月面破裂。這時(shí) 夾雜物隨同鋼液在破裂處和銅壁形成新的凝固層，夾雜物牢牢地粘附在這層凝固層上而形成表面夾渣。帶有夾渣的坯殼是薄弱部位，易發(fā)生漏鋼。因此必須保持彎月面的穩(wěn)定狀態(tài)。 最根本的方法是提高鋼液的純潔度，減少夾雜物含量；選用性能良好的保護(hù)渣，吸附彎月面上的夾雜物，可保持彎月面薄膜的彈性；另外可人工及時(shí)清除彎月面下的夾雜物以防拉漏。 b）氣隙的形成 已凝固的高溫坯殼發(fā)生 ??? 的相變，引起坯殼收縮，收縮力牽引還殼離開(kāi)銅壁，氣隙開(kāi)始形成。我們知道氣體的熱阻很大，氣隙的形成使坯殼向銅壁的 傳熱迅速減少；離開(kāi)銅壁的坯殼回?zé)嵘郎?，甚至凝固前沿部分初生坯殼還會(huì)熔融。 c）氣隙、坯殼的穩(wěn)定 由于坯殼溫度的回升，其強(qiáng)度降低，在鋼水靜壓力作用下使其再次貼緊銅壁，傳熱條件有所改善，坯殼增厚。于是又產(chǎn)生冷凝收縮，牽引坯殼再次離開(kāi)銅壁，這樣周期性的離合2~3 次，坯殼達(dá)到一定厚度并完全脫離銅壁，氣隙穩(wěn)定生成。以上過(guò)程見(jiàn)圖 23。很重要的一點(diǎn)是結(jié)晶器角部區(qū)域，由于是二維傳熱，最先生成坯殼，收縮力大，形成氣隙也最大，由于鋼水的靜壓力無(wú)法將角部的坯殼壓向銅壁，因而角部一開(kāi)始就形成了永久性的氣隙。所以初生坯殼形成后，角 部區(qū)域的傳熱變得比邊部更差；相對(duì)而言角部區(qū)域坯殼最薄，見(jiàn)圖 2~4。角部成了坯殼最薄弱的部位。在實(shí)際生產(chǎn)中角部漏鋼的機(jī)率比其他部位高許多。為了均勻傳熱，在方坯和板坯結(jié)晶器的角部都做成圓角就是這個(gè)道理。 另外還應(yīng)說(shuō)明，當(dāng)坯殼開(kāi)始周期性與銅壁離合時(shí)，會(huì)使坯殼表面發(fā)生變形形成皺紋或凹陷，如圖 213c。由于氣隙的產(chǎn)生，熱阻增大，傳熱減慢．凝固速度降低，會(huì)造成坯殼內(nèi)部組織粗化。這些時(shí)鑄坯質(zhì)量有一定影響。 坯殼的生長(zhǎng)規(guī)律 被拉出結(jié)晶器的鑄坯其坯殼須有足夠約厚度，以防在失去銅壁文撐后而變形或漏鋼。一般而 言，小方坯要求出自晶器下口坯殼厚度為 8~10mm．板坯要求厚度大于 15mm。怎樣才能達(dá)到這一厚度呢 ?這就要分析在結(jié)晶器長(zhǎng)度方向上坯殼增厚的規(guī)律。實(shí)際中有很多方法研究這個(gè)規(guī)律，各種方法得出的結(jié)果是一致的。坯殼增厚服從以下公式： tK凝?? 式 22 28 式中： ? —— 坯殼厚度， mm； t —— 凝固時(shí)間， min； 凝K —— 凝固系數(shù)。 假設(shè)拉速在較短時(shí)間內(nèi)無(wú)大變化，則： 圖 23 結(jié)晶器坯殼形成示意圖 a形成坯殼， b平衡狀態(tài)， c形成皺折和凹陷， d坯殼出結(jié)晶器 圖 24 結(jié)晶器橫向氣隙形成示意圖 a方坯結(jié)晶器， b板坯結(jié)晶器 t=l /v 式 23 式中 :l—— 距結(jié)晶器液面的距離， m。 v—— 拉速， m/mjn。 則： vlK /凝?? 式 24 鑄坯的凝固特征 鑄坯的凝固待征有： 1)連鑄坯的冷卻過(guò)程為強(qiáng)制冷卻過(guò)程。從結(jié)晶器到二次冷卻區(qū)甚至冷床均為強(qiáng)制冷卻，冷卻強(qiáng)度大。同時(shí)鑄坯的冷卻可控性強(qiáng)，通過(guò)改變冷卻制度在一定程度上可以控制鑄坯的結(jié)構(gòu)。 2)連鑄坯邊下行，邊傳熱，邊凝固，因而形成了很長(zhǎng)的液相穴，板坯有的可達(dá) 20 多米，如圖 12。液相穴內(nèi)液體的流動(dòng)對(duì)坯殼的生長(zhǎng)和夾雜物的上浮有一定的影響。 3)連鑄坯的凝固是分階段的凝固過(guò) 程。 4)由于連鑄坯不斷向下運(yùn)動(dòng)，所以鑄還的每一部分通過(guò)鑄機(jī)時(shí)，外界條件完全相同，因此除頭尾之外，鑄坯長(zhǎng)度方向上的結(jié)構(gòu)較均勻一致。 連鑄坯的凝固結(jié)構(gòu) 鋼液的凝固應(yīng)達(dá)到： 1)正確的凝固結(jié)構(gòu)； 2)合金元素分布要均勻，偏析要??； 3)最大限度地排出氣體和夾雜物； 4)表面、內(nèi)部質(zhì)量良好； 5)鋼水收得率要高。 鑄坯的凝固過(guò)程分為三個(gè)階段。第一階段，進(jìn)入結(jié)晶器的鋼液在結(jié)晶器內(nèi)凝固，形成坯殼。出結(jié)晶器下口的坯殼厚度應(yīng)足以抵抗鋼液靜壓力的作用；第二階段，帶液心的鑄坯進(jìn)入二次冷卻區(qū)繼續(xù)冷卻、坯殼均勻穩(wěn)定生長(zhǎng)： 第三階段為凝固末期，坯殼加速生長(zhǎng)。 29 鑄坯凝固結(jié)構(gòu) 一般情況下，連鑄坯從邊緣到中心是由細(xì)小等軸晶帶、柱狀晶帶和中心等軸晶帶組成。見(jiàn)圖 215 所示。 圖 2— 5 鑄坯結(jié)構(gòu)示意圖 1中間等軸晶； 2柱狀晶帶； 3細(xì)小等軸晶體帶 凝固結(jié)構(gòu)的控制 從鋼的性能角度看，我們希望得到等軸晶的凝固結(jié)構(gòu)。等軸晶組織致密；強(qiáng)度、塑性、韌性較高，加工性能良好；成分、結(jié)構(gòu)均勻，無(wú)明顯的方向異性。 因此除了某些特殊用途的鋼如電工鋼、汽輪機(jī)葉片等為改善導(dǎo)磁性、耐磨耐腐蝕性能而要求柱狀晶結(jié) 構(gòu)外，對(duì)于絕大多數(shù)鋼種都應(yīng)盡量控制柱狀晶的發(fā)展，擴(kuò)大等軸晶寬度。方法有：電磁攪拌技術(shù)；加速凝固技術(shù)；加入形核劑。 連鑄坯冷卻過(guò)程中的相變和應(yīng)力 相變 鋼在結(jié)晶冷卻過(guò)程中，必然發(fā)生尺寸上的變化，表現(xiàn)為體積收縮和線收縮。 在鑄坯完全凝固以后繼續(xù)降溫，其內(nèi)部將發(fā)生柜變體積變化。相變過(guò)程也存在類似形核及長(zhǎng)大的特征，故也稱“二次結(jié)晶”。 相變的結(jié)果取決于鋼的成分和冷卻條件。對(duì)于不同碳含量的鋼，冷卻時(shí)發(fā)生的相變主要是奧氏體分解。在不同的冷卻條件下，奧氏體可以轉(zhuǎn)化為珠光體，還可以轉(zhuǎn)化為馬氏體、 貝氏體等。 奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w、馬氏體的過(guò)程中，體積膨脹，其中馬氏體密度小，因而膨脹嚴(yán)重。此時(shí)鑄壞的外形尺寸已經(jīng)確定，體積的變化導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生。 凝固及降溫過(guò)程中的應(yīng)力 應(yīng)力的產(chǎn)生 a）熱應(yīng)力 熱應(yīng)力是鑄坯表面與內(nèi)部溫度不均、收縮不一而產(chǎn)生的應(yīng)力。最初，鑄坯表面層溫度低，心部溫度高，因而表面對(duì)中心產(chǎn)生壓應(yīng)力，反過(guò)來(lái)心部的阻礙作用使表面又受到拉應(yīng)力。因此說(shuō)表面裂紋是在凝固前期產(chǎn)生的。從位置上看主要是在二次冷卻區(qū)之前及二次冷卻區(qū)。 鑄坯離開(kāi)二冷區(qū)后，在空氣中冷卻 (或 緩冷 )，表面溫度回升，表面與心部溫度逐漸趨于一致，但心部的溫降速度要超過(guò)表面，因而此時(shí)心部的收縮要大于表面，鑄坯心部受拉應(yīng)力，表面受壓應(yīng)力，因此心部的裂紋往往是在鑄坯將要完全凝固或完全凝固以后發(fā)生。其熱應(yīng)力分布如圖 26 所示。熱應(yīng)力的大小主要取決于線收縮量的大小。鋼中含碳量不同，固、液兩相區(qū)的寬度不同。寬度大，液相完全轉(zhuǎn)化為固相的時(shí)間長(zhǎng)，線收縮量小，熱應(yīng)力相對(duì)要?。粚挾刃?，液相完全轉(zhuǎn)化為固相的時(shí)間短，線收縮量大，熱應(yīng)力相對(duì)要大得多。 b）組織應(yīng)力 組織應(yīng)力是由于相變，體積發(fā)生變化而產(chǎn)生的應(yīng)力。組織應(yīng)力因相變 的不同而具有一定的復(fù)雜性。 當(dāng)鑄坯的表層發(fā)生奧氏體向珠光體 (或馬氏體 )的轉(zhuǎn)變時(shí)，引起表層體積增加；而心部奧氏體尚未向珠光體轉(zhuǎn)變，此時(shí)對(duì)表層體積增大起阻礙作用，致使表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，心部產(chǎn)生拉應(yīng)力。 當(dāng)心部處于良好塑性狀態(tài)時(shí)，雖然在表層相變引起的拉應(yīng)力作用下，心部鋼仍然能夠承受，不會(huì)形成裂紋。鑄坯繼續(xù)冷卻，表面層逐漸失去塑性，心部則可能發(fā)生奧氏體向珠光體 (或 30 馬氏體 )的轉(zhuǎn)變，體積膨脹，使表面層產(chǎn)生拉應(yīng)力，鑄坯表面有可能被撕裂而產(chǎn)生裂紋。 圖 26 熱應(yīng)力分布圖 這種裂紋有時(shí)伴有響聲，一殷叫冷裂紋或低溫裂紋。倘 若鑄坯在相變溫度下能夠均勻緩慢冷卻，裂紋還是可以避免的。圖 27 所示即鑄坯表面相變完成后繼續(xù)冷卻時(shí)的組織應(yīng)力分布情況。 圖 27 鑄坯表面相變完成后繼續(xù)冷卻時(shí)紹織應(yīng)力分布圖 影響組織應(yīng)力的因素首先是溫度。冷卻速度快，造成鑄坯內(nèi)外溫差大，體積變化的阻力也越大，組織應(yīng)力相應(yīng)也大。同時(shí)組織應(yīng)力還取決于鋼的成分，不同鋼種產(chǎn)生的組織應(yīng)力有很大差別。 c）機(jī)械應(yīng)力 機(jī)械應(yīng)力是鑄坯在下行和彎曲、矯直過(guò)程中受到的應(yīng)力?；⌒芜B鑄機(jī)、橢圓形連鑄機(jī)的持坯在下行時(shí)，要受到矯直應(yīng)力的作用，矯直時(shí)鑄坯內(nèi)弧面受拉應(yīng)力，外弧面受 壓應(yīng)力。立彎式連鑄機(jī)和直弧形連鑄機(jī)鑄坯在頂彎時(shí)還要受彎曲應(yīng)力的作用。彎曲應(yīng)力、矯直應(yīng)力的大小取決于鑄坯的厚度和彎曲 (或矯直 )時(shí)的變形量。鑄還斷面大，彎曲 (或矯直 )點(diǎn)少，連鑄機(jī)曲率半徑小，則彎曲 (或矯直 )應(yīng)力大；反之，彎曲 (或矯直 )應(yīng)力則小些。 另外，設(shè)備對(duì)弧不準(zhǔn)、輥縫不合理、鑄坯鼓肚等均會(huì)使鑄坯受到機(jī)械應(yīng)力的作用。機(jī)械應(yīng)力對(duì)鑄還的