張波

摘 要：水平連鑄是上世紀六十年代末期發(fā)展起來的新型鑄造技術，經(jīng)過半個多世紀的創(chuàng)新改良，水平連鑄已經(jīng)形成了較為純熟的獨立技術體系，由于該技術具有基建投資成本低、鑄坯質(zhì)量高、冶金生產(chǎn)流程簡化、安全穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，近年來，被廣泛應用于冶金生產(chǎn)企業(yè)。本文將圍繞水平連鑄機的設備組成以及技術優(yōu)勢，針對水平連鑄生產(chǎn)工藝流程展開論述。

關鍵詞：水平連鑄;冶金;技術優(yōu)勢;生產(chǎn)工藝

水平連鑄技術以水平連鑄機作為功能載體，能夠連續(xù)鑄造特殊鋼、高合金鋼以及非鐵基合金，水平連鑄機的三大關鍵技術包括分離環(huán)、結晶器和拉坯機構，目前，這三大技術均已實現(xiàn)突破性進展，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域，加工及使用性能得到業(yè)內(nèi)人士的普遍認可及褒贊。

一、水平連鑄技術優(yōu)勢及設備組成

（一）水平連鑄概念闡述

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

（二）水平連鑄技術優(yōu)勢

水平連鑄機的機身較低，機體布局呈現(xiàn)出水平形態(tài)，因此，對空間高度的要求不高，在建設生產(chǎn)廠房時，無需刻意追求廠房高度，進而給冶金企業(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)濟價值。借助水平連鑄技術生產(chǎn)出來的鑄坯質(zhì)量較高[1]。這主要是因為在拉坯過程中，中間包與結晶器實現(xiàn)無縫相連，鋼水發(fā)生二次氧化的幾率顯著下降，這就使得中間包當中的鋼液面較高，鋼水中的夾雜物就會浮到液面之上，對提升鋼的清潔度發(fā)揮著重要作用。據(jù)權威機構調(diào)查表明，采用水平連鑄技術生產(chǎn)的鋼體中，夾雜物的含量是采用弧形連鑄技術的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，這項技術縮減了工藝流程，節(jié)省了單位生產(chǎn)時間，提升了生產(chǎn)效率。此外，由于水平連鑄設備水平布置，一旦出現(xiàn)拉漏等事故，不會對其它設備造成嚴重損壞，同時，現(xiàn)場遺留的殘骸較少，對正常生產(chǎn)作業(yè)不會產(chǎn)生任何影響。

（三）水平連鑄機的結構組成

水平連鑄機主要由中間包、結晶器、引錠桿、拉坯系統(tǒng)、切割機、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);結晶器是生產(chǎn)鑄坯的關鍵設備;引錠桿能夠?qū)⒊尚偷蔫T坯從結晶器中引出，通常選擇中空而剛性較高材質(zhì);拉坯系統(tǒng)分為拉坯機與控制系統(tǒng)，操作人員只需事先設定拉坯參數(shù)，就可以完成拉坯動作;切割機主要是固定鑄坯的尺寸;冷床屬于在線儲存和冷卻鑄坯的設備;而冷卻水系統(tǒng)可以劃分為結晶器冷卻水與設備冷卻水兩套循環(huán)系統(tǒng)，分別對拉坯過程與生產(chǎn)鑄坯過程進行冷卻降溫。

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)工藝對金屬的鑄造溫度有著嚴格的要求，通常情況下，鑄造溫度應高于金屬熔點60-100℃，在選擇鑄造溫度時，應結合鑄造合金的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、結晶器的冷卻能力以及鑄造爐腔與結晶腔中間距離的溫度區(qū)間，每一個冶金生產(chǎn)企業(yè)在選擇金屬鑄造溫度時，遵循的方法也有所不同，但是，當水平連鑄機啟動運行后，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.控制結晶過程

水平連鑄機的中間包內(nèi)的鋼液進入結晶器后，借助于石墨板以及銅套向冷卻介質(zhì)傳導熱量，因為裝有鑄坯的液穴與保溫爐內(nèi)的熔體相連，而結晶器通過冷卻系統(tǒng)的冷卻作用，使熔體溫度快速降低，逐步凝結成固體鑄坯，為了保證結晶質(zhì)量，質(zhì)量檢測人員與技術人員通過分析熔體的結晶狀況以及熔體結晶過程中的內(nèi)外部受力情況，以達到預期的生產(chǎn)目標[2]。

3.鑄造過程

在鑄造過程中，帶坯的寬度方向上的絕對收縮量遠遠大于帶坯在厚度方向上的絕對收縮量。這就是由于帶坯初凝后，會發(fā)生收縮反應，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，當帶坯經(jīng)過結晶器時，帶坯本身所受的摩擦阻力主要來自于結晶器的內(nèi)面以及帶坯的外表面。當鋼液凝結成固體時，石墨板與帶坯上表面會出現(xiàn)細小的縫隙，而下表面與石墨板之間沒有任何縫隙，這就使得上下表面的結晶速度不一致，此時，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結晶，避免縫隙的產(chǎn)生。

拉坯時中間包與結晶器集成一體，通常采用鑄坯的振蕩方式，即鑄坯反復作拉—停—推—?；蛘呃啤频膭幼?，在這一循環(huán)運作的牽引下，鑄坯始終向前運動，而驅(qū)動系統(tǒng)的動作精度必須控制在0.1mm。在金屬鑄造過程中，采用哪一種拉鑄參數(shù)，與金屬的鑄造性質(zhì)息息相關，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、結晶器冷卻效果等，對于銅液的溫度值與壓力值，必須遵照行業(yè)標準，控制在合理范圍之內(nèi)。在拉鑄過程中，作業(yè)人員無法直接發(fā)現(xiàn)帶坯的內(nèi)部質(zhì)量缺陷，針對這一情況，應對帶坯的出口溫度以及表面顏色變化進行有效監(jiān)控，以確保帶坯質(zhì)量滿足標準要求。如果帶坯的出口溫度過高，可以判定結晶體所處的位置已經(jīng)發(fā)生前移，容易減弱結晶器內(nèi)液體的散熱效率，如果溫度過低，可以判定結晶體的位置發(fā)生后移，進而導致結晶器內(nèi)液體散熱效率的增強。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，因為帶坯寬度方向冷卻梯度不同，要想保證結晶線順直平滑，即便采取各種冷卻方法來迫使結晶線平直，也不會收到理想的效果。最好的處理方法，是使水平連鑄帶坯的結晶線頂峰寬度始終不大于6cm，在觀測結晶線時，系統(tǒng)操作人員如果發(fā)現(xiàn)結晶線變陡，則說明結晶體均勻度失衡，甚至極易發(fā)生拉漏事故，因此，在鑄造生產(chǎn)過程中，必須時刻觀察結晶線的變化情況，做到防患于未然。

結束語：

目前，國內(nèi)許多冶金鑄造企業(yè)相繼采用水平連鑄生產(chǎn)工藝來制造加工管坯、方坯以及矩形坯等，而水平連鑄機也成為繼立式連鑄機、立彎式連鑄機與弧形連鑄機之后的第四代連鑄機，因此，水平連鑄技術是當下乃至未來一段時期內(nèi)，國內(nèi)冶金鑄造企業(yè)的一項專屬生產(chǎn)工藝，該技術也必將推進國民經(jīng)濟的快速發(fā)展進程。

參考文獻：

[1]劉長榮.水平連鑄牽引系統(tǒng)優(yōu)化設計及關鍵技術研究[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].鑄造設備與工藝，2018（6）：5-7.