淺談水平連鑄生產(chǎn)工藝

張波

摘 要：水平連鑄是上世紀(jì)六十年代末期發(fā)展起來(lái)的新型鑄造技術(shù)，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的創(chuàng)新改良，水平連鑄已經(jīng)形成了較為純熟的獨(dú)立技術(shù)體系，由于該技術(shù)具有基建投資成本低、鑄坯質(zhì)量高、冶金生產(chǎn)流程簡(jiǎn)化、安全穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)，被廣泛應(yīng)用于冶金生產(chǎn)企業(yè)。本文將圍繞水平連鑄機(jī)的設(shè)備組成以及技術(shù)優(yōu)勢(shì)，針對(duì)水平連鑄生產(chǎn)工藝流程展開論述。

關(guān)鍵詞：水平連鑄;冶金;技術(shù)優(yōu)勢(shì);生產(chǎn)工藝

水平連鑄技術(shù)以水平連鑄機(jī)作為功能載體，能夠連續(xù)鑄造特殊鋼、高合金鋼以及非鐵基合金，水平連鑄機(jī)的三大關(guān)鍵技術(shù)包括分離環(huán)、結(jié)晶器和拉坯機(jī)構(gòu)，目前，這三大技術(shù)均已實(shí)現(xiàn)突破性進(jìn)展，并取代了傳統(tǒng)的立式和弧形連鑄生產(chǎn)工藝。尤其在冶煉銅金屬以及銅合金領(lǐng)域，加工及使用性能得到業(yè)內(nèi)人士的普遍認(rèn)可及褒贊。

一、水平連鑄技術(shù)優(yōu)勢(shì)及設(shè)備組成

（一）水平連鑄概念闡述

水平連鑄是在鑄機(jī)上將鋼水沿水平方向連續(xù)鑄成鋼坯的加工生產(chǎn)過(guò)程，與傳統(tǒng)的弧形連鑄工藝相比，這項(xiàng)技術(shù)更適合于生產(chǎn)裂紋敏感性強(qiáng)的鋼種。水平連鑄技術(shù)工作流程如圖1所示。

（二）水平連鑄技術(shù)優(yōu)勢(shì)

水平連鑄機(jī)的機(jī)身較低，機(jī)體布局呈現(xiàn)出水平形態(tài)，因此，對(duì)空間高度的要求不高，在建設(shè)生產(chǎn)廠房時(shí)，無(wú)需刻意追求廠房高度，進(jìn)而給冶金企業(yè)節(jié)省了大量的廠房投資成本，間接為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)價(jià)值。借助水平連鑄技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的鑄坯質(zhì)量較高[1]。這主要是因?yàn)樵诶鬟^(guò)程中，中間包與結(jié)晶器實(shí)現(xiàn)無(wú)縫相連，鋼水發(fā)生二次氧化的幾率顯著下降，這就使得中間包當(dāng)中的鋼液面較高，鋼水中的夾雜物就會(huì)浮到液面之上，對(duì)提升鋼的清潔度發(fā)揮著重要作用。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)調(diào)查表明，采用水平連鑄技術(shù)生產(chǎn)的鋼體中，夾雜物的含量是采用弧形連鑄技術(shù)的20%左右，而水平連鑄坯中的含氧量則是弧形鑄坯中含氧量的25%左右。如果使用水平加鑄機(jī)鑄造鋼金屬，能夠一次性澆鑄成小型的鑄坯，甚至直徑在幾毫米的線坯，由此可見，這項(xiàng)技術(shù)縮減了工藝流程，節(jié)省了單位生產(chǎn)時(shí)間，提升了生產(chǎn)效率。此外，由于水平連鑄設(shè)備水平布置，一旦出現(xiàn)拉漏等事故，不會(huì)對(duì)其它設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞，同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)遺留的殘骸較少，對(duì)正常生產(chǎn)作業(yè)不會(huì)產(chǎn)生任何影響。

（三）水平連鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

水平連鑄機(jī)主要由中間包、結(jié)晶器、引錠桿、拉坯系統(tǒng)、切割機(jī)、冷床以及冷卻水系統(tǒng)組成。中間包是盛裝鋼液的容器，能夠起到均衡鋼液溫度的作用，而鋼液中的夾雜物在中間包內(nèi)始終處于上浮狀態(tài);結(jié)晶器是生產(chǎn)鑄坯的關(guān)鍵設(shè)備;引錠桿能夠?qū)⒊尚偷蔫T坯從結(jié)晶器中引出，通常選擇中空而剛性較高材質(zhì);拉坯系統(tǒng)分為拉坯機(jī)與控制系統(tǒng)，操作人員只需事先設(shè)定拉坯參數(shù)，就可以完成拉坯動(dòng)作;切割機(jī)主要是固定鑄坯的尺寸;冷床屬于在線儲(chǔ)存和冷卻鑄坯的設(shè)備;而冷卻水系統(tǒng)可以劃分為結(jié)晶器冷卻水與設(shè)備冷卻水兩套循環(huán)系統(tǒng)，分別對(duì)拉坯過(guò)程與生產(chǎn)鑄坯過(guò)程進(jìn)行冷卻降溫。

二、水平連鑄生產(chǎn)工藝

（一）水平連鑄生產(chǎn)工藝流程

1.鑄造溫度

水平連鑄生產(chǎn)工藝對(duì)金屬的鑄造溫度有著嚴(yán)格的要求，通常情況下，鑄造溫度應(yīng)高于金屬熔點(diǎn)60-100℃，在選擇鑄造溫度時(shí)，應(yīng)結(jié)合鑄造合金的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、結(jié)晶器的冷卻能力以及鑄造爐腔與結(jié)晶腔中間距離的溫度區(qū)間，每一個(gè)冶金生產(chǎn)企業(yè)在選擇金屬鑄造溫度時(shí)，遵循的方法也有所不同，但是，當(dāng)水平連鑄機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后，鑄造溫度值的最佳狀態(tài)是始終處于恒定值，在恒溫下生產(chǎn)出的鑄坯質(zhì)量也較高。

2.控制結(jié)晶過(guò)程

水平連鑄機(jī)的中間包內(nèi)的鋼液進(jìn)入結(jié)晶器后，借助于石墨板以及銅套向冷卻介質(zhì)傳導(dǎo)熱量，因?yàn)檠b有鑄坯的液穴與保溫爐內(nèi)的熔體相連，而結(jié)晶器通過(guò)冷卻系統(tǒng)的冷卻作用，使熔體溫度快速降低，逐步凝結(jié)成固體鑄坯，為了保證結(jié)晶質(zhì)量，質(zhì)量檢測(cè)人員與技術(shù)人員通過(guò)分析熔體的結(jié)晶狀況以及熔體結(jié)晶過(guò)程中的內(nèi)外部受力情況，以達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)目標(biāo)[2]。

3.鑄造過(guò)程

在鑄造過(guò)程中，帶坯的寬度方向上的絕對(duì)收縮量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于帶坯在厚度方向上的絕對(duì)收縮量。這就是由于帶坯初凝后，會(huì)發(fā)生收縮反應(yīng)，在寬度方向上的壓力值被削弱，與系統(tǒng)的摩擦阻力變小，而在厚度方向上則恰恰相反，因此，當(dāng)帶坯經(jīng)過(guò)結(jié)晶器時(shí)，帶坯本身所受的摩擦阻力主要來(lái)自于結(jié)晶器的內(nèi)面以及帶坯的外表面。當(dāng)鋼液凝結(jié)成固體時(shí)，石墨板與帶坯上表面會(huì)出現(xiàn)細(xì)小的縫隙，而下表面與石墨板之間沒(méi)有任何縫隙，這就使得上下表面的結(jié)晶速度不一致，此時(shí)，必須借助于托輥，或者調(diào)節(jié)冷卻量的方法使帶坯上下表面能夠同時(shí)結(jié)晶，避免縫隙的產(chǎn)生。

拉坯時(shí)中間包與結(jié)晶器集成一體，通常采用鑄坯的振蕩方式，即鑄坯反復(fù)作拉—停—推—?；蛘呃啤频膭?dòng)作，在這一循環(huán)運(yùn)作的牽引下，鑄坯始終向前運(yùn)動(dòng)，而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作精度必須控制在0.1mm。在金屬鑄造過(guò)程中，采用哪一種拉鑄參數(shù)，與金屬的鑄造性質(zhì)息息相關(guān)，比如青銅可采用一次反推工藝，而紫銅則采用拉—停工藝。

（二）水平連鑄生產(chǎn)工藝的質(zhì)量控制要素

影響帶坯質(zhì)量的要素主要包括：爐內(nèi)銅液溫度、壓力差變化、成份組成、冷卻水溫度變化、結(jié)晶器冷卻效果等，對(duì)于銅液的溫度值與壓力值，必須遵照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，控制在合理范圍之內(nèi)。在拉鑄過(guò)程中，作業(yè)人員無(wú)法直接發(fā)現(xiàn)帶坯的內(nèi)部質(zhì)量缺陷，針對(duì)這一情況，應(yīng)對(duì)帶坯的出口溫度以及表面顏色變化進(jìn)行有效監(jiān)控，以確保帶坯質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。如果帶坯的出口溫度過(guò)高，可以判定結(jié)晶體所處的位置已經(jīng)發(fā)生前移，容易減弱結(jié)晶器內(nèi)液體的散熱效率，如果溫度過(guò)低，可以判定結(jié)晶體的位置發(fā)生后移，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)液體散熱效率的增強(qiáng)。而直接影響帶坯出口溫度的因素包括冷卻水溫度變化、出口溫度變化、水套膨脹變形以及石墨內(nèi)腔存在雜物等，作業(yè)人員可以視實(shí)際情況，合理調(diào)節(jié)出口溫度，確保帶坯的生產(chǎn)質(zhì)量。

此外，因?yàn)閹鲗挾确较蚶鋮s梯度不同，要想保證結(jié)晶線順直平滑，即便采取各種冷卻方法來(lái)迫使結(jié)晶線平直，也不會(huì)收到理想的效果。最好的處理方法，是使水平連鑄帶坯的結(jié)晶線頂峰寬度始終不大于6cm，在觀測(cè)結(jié)晶線時(shí)，系統(tǒng)操作人員如果發(fā)現(xiàn)結(jié)晶線變陡，則說(shuō)明結(jié)晶體均勻度失衡，甚至極易發(fā)生拉漏事故，因此，在鑄造生產(chǎn)過(guò)程中，必須時(shí)刻觀察結(jié)晶線的變化情況，做到防患于未然。

結(jié)束語(yǔ)：

目前，國(guó)內(nèi)許多冶金鑄造企業(yè)相繼采用水平連鑄生產(chǎn)工藝來(lái)制造加工管坯、方坯以及矩形坯等，而水平連鑄機(jī)也成為繼立式連鑄機(jī)、立彎式連鑄機(jī)與弧形連鑄機(jī)之后的第四代連鑄機(jī)，因此，水平連鑄技術(shù)是當(dāng)下乃至未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)，國(guó)內(nèi)冶金鑄造企業(yè)的一項(xiàng)專屬生產(chǎn)工藝，該技術(shù)也必將推進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉長(zhǎng)榮.水平連鑄牽引系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)研究[J].銅業(yè)工程，2019（2）：108-110.

[2]劉月梅，洪玉斌.銅帶坯水平連鑄生產(chǎn)線熔煉爐的選擇[J].鑄造設(shè)備與工藝，2018（6）：5-7.