連續澆鑄

同通常鋼錠澆鑄相比，具有增加金屬收得率，節約能源，提高鑄坯質量，改善勞動條件，便於實現機械化、自動化等優點。連鑄鎮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。近年對沸騰鋼成分的鋼液進行真空“輕處理”，可以順利地進行連鑄。有色金屬的連鑄發展比鋼鐵連鑄為早。如在輥式連鑄機上，兼有凝固和塑性變形，則稱連續鑄軋。

由於連鑄簡化了鍊鋼鑄錠及軋鋼開坯加工工序，每噸鋼可節約能量（0.15～0.25）×106千卡，如進一步解決鑄坯和成材軋機的合理配合問題，熱送直接成材，還可進一步節約能源。

連鑄坯在結晶結構上的主要特點是：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粒的表面凝固層，沒有充分時間形成柱狀晶區；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間接近，連鑄坯縱向成分偏析差別可在10％以內，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，為消除鑄態組織所需的壓縮比也可較小。

有色金屬(銅、鋁等)的連鑄在20世紀30年代已成功，至40年代，德國永漢斯（S.Junghans）、美國羅西 (I.Rossi)在連續鑄鋼方面取得工業規模的成功。到50年代，鋼水連鑄工藝比較成熟。由於對連鑄工藝的冶金理論認識加深、連鑄機設備結構和生產工藝不斷有所改進，使操作安全和鑄坯質量得到基本保證。連鑄機設備型式從半連續垂直式開始，經立彎連續式逐步降低了設備高度，到60年代成為現在通用的弧型連鑄機。1981年世界上51個國家裝有415台連鑄機，年產鋼13500萬噸，為當年鋼產量的20％；其中板坯機台數約為1/4,占連鑄坯產量的50％；主要產鋼國家連鑄坯產量占鋼產量約為38％。世界鋼產量和連鑄坯產量發展的趨勢見圖1。

80年代在工業發達國家已有不少電爐車間實現了全連鑄化，新建大型轉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。目前除極少數高碳、高合金鋼和易產生裂紋的鋼種，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％鋼種都能連續澆鑄。70年代採用了電磁攪拌，可提高連鑄坯質量。連鑄生產的鋼種包括有深沖的薄板鋼，高強度的中厚板鋼、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的。生產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，實際生產中常控制在100×100毫米以上；圓坯最大為φ450毫米，最小為φ40毫米。

在大型連鑄機組上為快速調整鑄坯斷面的生產要求，通常將機組部件整體更換；從結晶器上口送入引錠桿,可減少通常從下口送進引錠桿的輔助作業時間；有的板坯鑄機將結晶器製成六段，可分別獨立交換改變斷面；在改變斷面時，只須停澆鋼水20秒鐘，便能繼續生產其他新斷面的產品。有些板坯機生產單一尺寸的寬板坯，然後縱切成所需寬度尺寸的窄坯。為了在一台連鑄機上增加品種和提高產量，發展出多流連鑄機。板坯機有的採用2～3流機組，方坯機可多至8～10流。

近年連鑄生產自動化技術迅速發展。在技術先進的鋼廠已經開始實現對鋼水成分、溫度、結晶器鋼液面、鑄速、二次水冷卻、鑄坯質量熱檢查、定尺切割等用計算機進行全面自動控制；生產過程中有質量不合格鑄坯時，實行自動切除；然後熱送連軋生產。中國於50年代開始進行半連鑄的工業試驗。1959和1960年間建成直立式方扁坯連鑄機。60年代中期建成弧形板坯連鑄機。同時還建有立彎式小方坯連鑄機。截至1981年，中國投產的連鑄機有26台，1981年生產連鑄坯254萬噸，佔全國鋼產量的7.65％。澆鑄的鋼種有普通碳鋼、低合金結構鋼、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。

連鑄機是從直立式裝置開始的。為了降低裝置的高度，擴大鑄坯品種和提高質量等目的，連鑄機發展出了多種結構形式。

立式連鑄機 全部設備直至切割器，都是垂直布置，切割后鋼坯放平運走（圖2）。

立彎式連鑄機 結晶器是直立的，在鑄坯離開結晶器后尚未全凝固前，以機械力頂彎鑄坯，水平切割后運出。

弧形連鑄機 通過結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，鑄坯凝固至一定程度后，再矯直成水平狀，切割后運出。這類連鑄機的二冷段有全弧形、橢圓形(多點橢圓軌跡)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。為了滿足高質量產品的要求，在結晶器或二冷上段外圍裝設低頻電磁攪拌裝置，以改善鑄坯結晶組織（圖3）。

傾斜式連鑄機 從結晶器直至切割器都呈傾斜布置，最後水平輸出。

水平式連鑄機 鋼水由中間罐水口直接水平導入水冷結晶器，出結晶器后的鑄坯以時拉時停的間斷操作方式拉坯前進，以保證鑄坯表面質量不產生破裂（圖4）。

旋轉輪式高速連鑄機 結晶器和二冷段均以槽形輪帶式結構組成。因結晶器和鑄坯之間無相對滑移現象，適於高速澆鑄，可使連鑄機注速與後部連接的軋機的速度同步配合，達到連鑄連軋的目的（圖5）。

離心旋轉連鑄機 結晶器作水平旋轉運動，用於澆鑄圓鋼坯。

目前普遍使用的連鑄設備是弧形連鑄機。立式、立彎式、傾斜式三種型式是發展過程的產物，其中直立式仍在少數工廠使用，水平式、旋轉輪式、離心旋轉連鑄機尚處於試驗或小規模生產階段。

以通用的弧形連鑄機為例。

盛鋼桶和中間罐 盛鋼桶多用旋轉檯承托，便於調換盛鋼桶連續供鋼水。鋼水澆進結晶器之前先通過中間罐，調整鋼水靜壓力,保持鋼水流動平穩。中間罐可快速調換使用，以保證鋼流澆鑄不間斷並實現多爐連澆。在中間罐水口下設有事故溢流槽，使廢鋼流入垃圾罐。

結晶器 以純銅或銅合金材料作內壁，用鋼框架密封箍住。內壁和外框間留有冷卻水通路。結晶器內襯銅壁一般厚6～24毫米，長600～1100毫米，在結晶器旁側裝設槓桿機構的機械聯鎖振動機構，使結晶器沿弧形曲線上下振動。結晶器內壁的潤滑有兩種方法：對厚度150毫米以上鑄坯一般採用伸入式水口加保護渣粉澆鑄工藝，對小於150毫米鑄坯採用油潤滑。

二次冷卻裝置 結晶器出口至拉坯矯直機之間，沿弧形曲線以多組導輥作鑄坯前進的軌道，導輥中間穿插多組冷卻水噴嘴進行二次冷卻，加速鋼流凝固。

拉坯矯直機 在二冷區後段設有多支點拖輥，曳拉和矯直鑄坯前進。

切割裝置 用氧氣乙炔火焰或機械剪切割鑄坯，這項裝置和拉坯矯直機前進方向的速度應相互配合。

引錠桿 是許多金屬環節連接構成的可撓長桿。可與鑄坯一樣由拉坯矯直機夾持，沿導輥曲線移動。朝結晶器方向一端的引錠桿為凹形鎖頭，承接鋼水，牽拉鑄坯。

連續鑄鋼工藝 連鑄機必須與出鋼操作密切配合，鋼水開始澆入結晶器的同時，一面啟動結晶器振動,進行潤滑和開放冷卻水，一面啟動拉坯矯直機拖引錠桿運轉，鑄坯隨引錠桿拉曳前進，鑄坯過拉坯矯直機到一定位置后，脫卸並移開引錠桿，鑄坯本身由拉坯矯直機繼續拉曳。前進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。在生產中應力爭多爐連鑄，以提高經濟效益。

鋼水成分和溫度控制 對鋼水成分和溫度要有嚴格的要求。一般用伸入式水口或吹氬密封保護鋼流，或兩者兼用，以防止鋼水二次氧化。鋼水含鋁高時容易產生粘膜堵塞水口，用定徑水口澆鑄小方坯，一般控制鋼水的含鋁量小於0.06％。對鋁鎮靜鋼或對含鋁量有一定要求的鋼種，常從結晶器上口以鋁條或鋁粒加入鋼水，而不經過中間罐水口。鋼水澆鑄溫度一般高於鋼的凝固點20～50℃。現在普遍採用澆鑄前在鋼包內吹氬氣攪拌鋼水，以使鋼水的成分及溫度均勻，溫度波動可控制到±5℃。

拉速控制 在保證鑄坯質量和安全生產的前提下，拉速主要受鑄坯凝固速度的制約。其關係式為:s＝K堢。式中s為鋼凝固層厚度(毫米)，s為凝固時間（分）。一定的s值應保證硬殼不破裂和安全生產,K值為23～32,視鋼種、斷面、鋼水溫度和拉速變化而定。拉速過快易發生漏鋼、斷接等；拉速慢則易發生鑄坯表面不光整、結疤等。高碳鋼和合金鋼的拉速應比低碳鋼慢。鑄坯斷面（厚度）大的拉速應比斷面小的慢。提高拉速須盡量保持低溫澆鑄，並對鋼液面採用60Co、紅外線或電磁檢測儀錶等控制手段。拉速範圍與鑄坯斷面品種有關，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。

冷卻控制 連續鑄鋼的冷卻區集中在結晶器、二冷段和後部工序冷卻等三個部分。一般認為結晶器段占冷卻量的14～20％，二冷段佔23～30％。冷卻強度過大和拉速不適應時，會造成鑄坯內裂和外裂紋。冷卻強度過小和不均勻則易產生鑄坯鼓肚、漏鋼等現象。冷卻強度必須隨鋼種、鑄坯溫度和拉速快慢進行控制調節。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，使水質潔凈，導熱均勻。

提高連鑄機生產能力應降低鋼水澆鑄時的過熱溫度，提高拉速，擴大鑄坯斷面和採用多流連鑄。鑄坯斷面的選定和軋機軋製成材道次的綜合考慮也很重要。採用多爐連鑄可提高連鑄機作業率，但要力求澆鑄時間與冶鍊周期相互協調。

連鑄坯的缺陷 在澆鑄生產過程中，由於鋼水成分、溫度、澆鑄速度、冷卻水強度等控制不當，以及鑄機設備安裝不合規格等原因，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。（見彩圖）。

參考書目

魯捷斯等著，《連續鑄鋼原理》翻譯組譯：《連續鑄鋼原理》，上海人民出版社，上海，1977。