澆注工藝

按鋼水進入鋼錠模的方位可分為上注和下注;按鋼錠模、底板整備作業(yè)流程特征可分為車鑄和坑鑄。一般根據(jù)鋼錠大小、鋼種特點和車間生產(chǎn)條件等進行選擇。表面質(zhì)量要求嚴格的不銹鋼、硅鋼、薄板等鋼種采用下注，內(nèi)部質(zhì)量要求較高的重軌、炮管等鋼種多采用上注;小鋼錠只能下注，大鋼錠則適于上注;沸騰鋼較適于下注，壓蓋鋼和半鎮(zhèn)靜鋼較適于上注。中國鋼廠采用下注比較普遍。車鑄可上注，也可下注，適合于大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)采用;坑鑄適用于小型煉鋼廠的小型鋼錠澆注(多為下注)和重型機械廠鍛造鋼錠的澆注(多為上注)。

下注

由盛鋼桶的水口流出的鋼水經(jīng)中注管及流鋼磚從下部同時注入多支鋼錠模的澆注方法(圖1)。下注的優(yōu)點是可以同時澆注若干支(最多可達近百支)鋼錠，適合于小鋼錠澆注;澆注時模內(nèi)鋼水上升平穩(wěn)，飛濺少，不易產(chǎn)生結疤等缺陷，鋼錠表面質(zhì)量好。下注的缺點是準備工作較復雜，鋼水收得率較低，耐火材料消耗大，鋼錠成本較高;

而且由于鋼水流經(jīng)中注管、流鋼磚時對耐火材料的浸蝕作用，可能使鋼中大型夾雜物增加。

上注

由盛鋼桶水口流出的鋼水直接(或經(jīng)中間罐)從鋼錠模上口注入模內(nèi)的澆注方法(圖2)。上注的優(yōu)點是準備工作簡單，耐火材料消耗少，鋼水收得率高，成本較低，夾雜物含量一般也較低;由于模內(nèi)鋼水高溫區(qū)始終位于鋼錠上部，有利于減少翻皮，鋼錠縮孔等缺陷。上注的缺點是一次只能澆注1支或2～3支(采用中間罐)鋼錠。盛鋼桶水口啟閉次數(shù)較多。而且，開澆時容易引起鋼水飛濺，造成鋼錠結疤、皮下氣泡等缺陷。

車鑄

底板和鋼錠模等置于鑄錠車上，澆注、脫模、整模各工序的操作均由機車牽引至各自的車間進行。這種方法生產(chǎn)效率高，勞動條件好，適合于大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)采用。與坑鑄相比它占地面積大，基建投資較多。

坑鑄

底板和鋼錠模等置于專用的鑄坑內(nèi)，整模、澆注和脫模等操作都在固定的鑄坑內(nèi)進行。它的主要優(yōu)點是設備簡單、占廠房面積小、基建投資少，但勞動條件差，生產(chǎn)率低。有些小型鋼廠提高了車間軌面標高，把坑鑄改成平地澆注，即把底板放置在地平面上進行整模、澆注和脫模等操作，在一定程度上改善了勞動條件。

澆注參數(shù)

指控制澆注操作順行和保證鋼錠質(zhì)量良好的澆注操作要素，主要有鎮(zhèn)靜時間、注溫、注速等。

鎮(zhèn)靜時間

從出鋼完畢到開始澆注，鋼水在盛鋼桶內(nèi)的靜置及傳擱時間。必要的鎮(zhèn)靜時間，能促進鋼水中的脫氧產(chǎn)物及出鋼時混入鋼水的爐渣、耐火材料等上浮排出，同時還起到調(diào)節(jié)注溫的作用。鎮(zhèn)靜時間一般不少于10min。對于有鋼包精煉作業(yè)的生產(chǎn)流程，已無規(guī)定鎮(zhèn)靜時間的必要。

注溫

指開始澆注時盛鋼桶內(nèi)的鋼水溫度。合適的注溫是保證鋼水順利澆注成合格鋼錠的前提條件。注溫過低使?jié)沧⒗щy，會造成短錠、回爐等廢品和表面夾砂、重接、翻皮等鋼錠缺陷;注溫過高可造成熔斷塞棒或燒穿滑板、底板跑鋼、鋼錠焊模等事故，并助長鋼錠裂紋、縮孔、成分偏析等缺陷。合適的注溫是根據(jù)鋼種、盛鋼桶容量、錠型、澆注方法等因素綜合確定的。一般要求高于液相線溫度(即過熱度)60～100K，澆注小鋼錠或下注時采用高限。

注速

澆注時鋼水充滿鋼錠模的速度。通常以單位時間模內(nèi)鋼水面的上升高度(稱澆注線速度，m/min)或注入模內(nèi)的鋼水質(zhì)量(稱質(zhì)量澆注速度，kg/min)表示。有的工廠直接用鋼錠本體和帽部的澆注時間(min)表示。注速是澆注的一項重要工藝參數(shù)。它既關系到鑄錠車間的生產(chǎn)能力，又影響鋼錠的內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量。適宜的注速應根據(jù)澆注方法和鋼種特點確定。上注的注速明顯高于下注。熱裂敏感性強的鋼種(如20鋼，硫易切鋼等)宜慢注，而含易氧化元素(如Re、Ti、Al等)較多的鋼種宜快注。注速還要與注溫相配合，注溫高時慢注，注溫低則快注。鎮(zhèn)靜鋼保溫帽部位宜慢注，以利于補縮。下注時注速通常為0.2～0.4m/min，小鋼錠采用高限;上注注速通常為1～2m/min，最高注速(半鎮(zhèn)靜鋼)可達7m/min。

澆注操作

澆注過程中通過水口開啟度控制注速。對不同的鋼種和錠型，采用不同的澆注操作，如鎮(zhèn)靜鋼下注，鎮(zhèn)靜鋼上注，沸騰鋼下注，沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼上注等。

鎮(zhèn)靜鋼下注

每一盤鋼錠的澆注，在滿足平均注速(約0.2m/min)要求的前提下，通常按開流、跟流、增流、減流充填四個階段控制注速的變化。(1)開流：根據(jù)鋼水溫度的高低，將注流平穩(wěn)、果斷地開至滿流的60%～80%(注溫高趨下限)。開流要保證鋼水迅速充滿湯道，并使進入模底的鋼水平穩(wěn)鋪開而不致于產(chǎn)生飛濺;(2)跟流：當鋼水充滿模底，并在錠模內(nèi)上升到80～100mm時，即逐漸提高注速，以使鋼水從錠尾球形或錐形區(qū)進入較大截面的錠身時，仍能保持液面平穩(wěn)、勻速上升;(3)增流：當澆至錠身一半左右時，即隨著盛鋼桶內(nèi)液面的降低和模內(nèi)鋼水靜壓力的增加，將注流適時平穩(wěn)地增至滿流，以防止鋼水上升緩慢而導致翻皮，甚至重接等缺陷。增流一直澆到接近帽口線處;(4)減流充填：澆至帽口線處，立即減速，采取中流至細流進行帽部充填。為了充分補足鋼水凝固時的體積收縮，一般充填帽部的時間為鋼錠本體澆注時間的0.5～1.5倍。對于收縮傾向大的鋼種，如碳素工具鋼、軸承鋼、高硅鋼等采用上限。

由于受軋機能力的限制，中國部分小型鋼廠仍然采用上小下大不帶帽的鋼錠模以下注法生產(chǎn)小型鎮(zhèn)靜鋼鋼錠(小于200×200mm)。由于一個底板上同時澆注十幾支乃至幾十支鋼錠，操作難度大，注速要求更為嚴格。其操作要點為：穩(wěn)開快注，緩收齊錠，水冷封頂，合理補注：(1)穩(wěn)開快注：水口平穩(wěn)開啟，在20～50s內(nèi)使注流由開流時的1/3～1/2流(注溫低趨上限)開至滿流。開流過小，易產(chǎn)生短錠;開流過猛，易產(chǎn)生飛濺，也會造成個別鋼錠模被堵死。開流之后只能平穩(wěn)加速，不能收流，否則極易出現(xiàn)重接。開滿之后到距澆高180～250mm時，用全速澆注，注速力爭大于350mm/min，以利于改善表面質(zhì)量。(2)緩收齊錠：到距澆高150～250mm時，開始收流，使各錠液面平齊，緩慢上升。收流過早，鋼錠表面質(zhì)量差，而收流過晚，鋼錠頂殼薄，于下一步的封頂不利。(3)水冷封頂：達到澆高之后將流變細，但最好不中斷，同時立即由底板內(nèi)圈到外圈向鋼錠模上口打水，冷卻鋼錠頭部，使頂殼加厚，為下一步補注做準備。(4)合理補注：封頂之后采用連續(xù)細流或間斷中流，在保證鋼錠不冒頂?shù)那闆r下盡快注滿中注管，將鋼水壓力升上來。然后用細流充填或以間斷中流沖壓式補注，保持中注管內(nèi)液面不下降。補注時間一般要求為錠身澆注時間的1～1.5倍。

鎮(zhèn)靜鋼上注

中國有的鋼廠對重軌、道岔等高碳鋼種采用上注。并總結出了上注鎮(zhèn)靜鋼13字操作法：對正、穩(wěn)開無聲、快開滿、圓流、快注。(1)對正：指注流中心要對正鋼錠模底中心，避免注流沖刷模壁造成粘模和鋼錠結疤廢品;(2)穩(wěn)開無聲：指開棒(或滑板)平緩均勻，注流沖擊底塞聲音不大，即注速由小到大至全流的瞬間，模內(nèi)不發(fā)生“噗噗”聲響和飛濺;(3)快開滿：是在對正、穩(wěn)開無聲的基礎上盡快地把注流均勻開滿，動作要連續(xù)，而不是分多次或階梯式的開滿，以免鋼錠模內(nèi)鋼水上升不穩(wěn)而引起卷渣;(4)圓流、快注：就是強調(diào)注流飽滿呈圓柱形狀，達到水口直徑尺寸，既不是圓錐體，更不是喇叭形，以達到快注的目的。一旦鋼流溫度偏低，水口結小，要及時燒氧。圓流快注可使模內(nèi)鋼液上升平穩(wěn)，冷卻時鋼錠受力均勻，有利于改善鋼錠的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量。

沸騰鋼下注

在保證下注沸騰鋼平均注速(0.15～0.30m/min)的條件下，過程注速采取兩頭慢，中間快的操作。開棒(或滑板)要平穩(wěn)、緩慢，使第一批進入湯道內(nèi)和模內(nèi)的鋼水無響聲，以防飛濺。隨后要迅速開大水口，以防鋼水凝殼。當模內(nèi)鋼水升至鋼錠1/5～1/4高度并開始沸騰后，即打開水口全流澆注。澆至離預定澆高200～400mm時，逐漸減速，以利于封頂。有些使用大容量盛鋼桶的工廠，采用“一開到底”的操作，即一開澆水口就完全打開，全程進行全流澆注。該操作法的優(yōu)點是可避免因多次調(diào)速引起塞棒(或滑板)失控所造成的水口關不嚴或漏鋼事故。

沸騰鋼或半鎮(zhèn)靜鋼快速上注

為了增加鑄錠車間生產(chǎn)能力，美國、前蘇聯(lián)等一些生產(chǎn)沸騰鋼的工廠把傳統(tǒng)的下注法改為上注，采用直徑為60～100mm的大水口進行全程全流澆注，使注速提高到2m/min以上。采用快速上注可降低出鋼溫度20～30℃，使鑄錠車間生產(chǎn)能力提高20%～40%，并減少漏鋼事故。但快速上注時，由于注流對底板沖擊過猛和鋼水靜壓力增加過速而抑制沸騰，必須采用底板涂料、模內(nèi)防濺筒和助沸劑等相應技術措施。 2100433B

設備條件一定和冶煉鋼種確定時，澆注工藝是十分重要的。澆注工藝中最重要的兩個工藝參數(shù)就是澆注溫度與澆注速度。它決定鋼錠的表面質(zhì)量，如冒口的收縮、氣體逸出與夾雜物的上浮、鋼的偏 析、疏松、縮孔等質(zhì)量問題。對于澆注溫度的確定，一般采用如下公式：

T_澆注=T_溶點 T_過熱

式中T_澆注——鋼種的液相線溫度;T_溶點——包括根據(jù)鋼種決定的澆注最小過熱量。因澆注方法和錠型等因素，要求增減的溫度以及整個澆注過程中鋼液的溫度下降值;T_過熱——開澆時鋼液溫度。

一些高合金模具鋼的澆注，一般都采用低溫快注的原則，以減少鋼中的偏析和疏松，出鋼溫度控制在高于鋼的熔點80℃～100℃，根據(jù)鋼種、錠型和鋼包的大小而定。澆注速度是與澆注溫度密不可分的，通常用 “高溫慢注”與“低溫快注”，必須根據(jù)注溫調(diào)節(jié)注速。如注速過快，相當于提高了澆注溫度，因為同一時間內(nèi)帶入鋼錠模內(nèi)的熱量增加，整個鋼錠的凝固 時間延長，成分偏析嚴重，夾雜物增加，氣體也不易排出，還可能出現(xiàn)翻皮缺陷。另外，在模具鋼的澆注過程中，一定要注意補縮。至于補縮的時間與錠型、鋼種等有關系。

機床床身鑄件的澆注工藝生產(chǎn)中，澆注時應遵循高溫出爐，低溫澆注的原則。因為提高金屬液的出爐溫度有利于夾雜物的徹底熔化、熔渣上浮，便于清渣和除氣，減少機床鑄件的夾渣和氣孔缺陷；采用較低的澆注溫度，則有利于降低金屬液中的氣體溶解度、液態(tài)收縮量和高溫金屬液對型腔表面的烘烤，避免產(chǎn)生氣孔、粘砂和縮孔等缺陷。因此，在保證充滿鑄型型腔的前提下，盡量采用較低的澆注溫度。 把金屬液從澆包注入鑄型的操作過程稱為澆注。澆注操作不當會引起澆不足、冷隔、氣孔、縮孔和夾渣等機床鑄件缺陷，和造成人身傷害。

鎮(zhèn)靜鋼鋼錠錠型及澆注方法選擇

鎮(zhèn)靜鋼傳統(tǒng)上采用上大下小帶保溫帽鋼錠模澆注。20世紀70年代后，一般鋼種的鎮(zhèn)靜鋼普遍改為上小下大敞口模上口掛絕熱板澆注，使鋼錠成坯率提高約8%～10%。在中國為提高鋼錠的表面質(zhì)量，鎮(zhèn)靜鋼普遍采取下注法。大、中型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)多半采用車鑄方式的下注法，小型鋼廠和特殊鋼廠都采用坑鑄方式的下注法。

鎮(zhèn)靜鋼鋼錠注溫、注速控制

合適的注溫是順利澆注的前提，又是獲得良好鋼錠質(zhì)量的基礎。注溫過低會造成短錠廢品和表面夾砂、重接、翻皮等鋼錠缺陷；注溫過高易造成熔斷塞棒或燒穿滑板、底板跑鋼、鋼錠焊模等事故，并助長鋼錠裂紋、縮孔、偏析等缺陷。合適的注溫要根據(jù)鋼種、盛鋼桶容量及熱工狀況、錠型、澆注方法等綜合確定。一般要求高出鋼種液相線溫度（即過熱度）60～100K。小鋼錠、下注趨高限；合適的注溫應靠嚴格控制出鋼溫度來保證，并經(jīng)爐外精煉或盛鋼桶吹氬攪拌精確調(diào)整。注速是調(diào)節(jié)注溫的輔助手段。注溫高宜慢注。鎮(zhèn)靜鋼下注速度一般為0.2～0.4m/min。小鋼錠和含易氧化元素（Re、Ti、Al等）的鋼種趨高限。澆注過程中要在滿足平均注速要求的前提下，按照開流、跟流、增流、充填4個階段控制注速的變化。開澆后向模內(nèi)加保護渣，澆至帽口線位置時要收流慢注，并向鋼水面加發(fā)熱型防縮孔劑。帽部充填時間應為鋼錠本體澆注時間的0.5～1.0倍。對于純凈度要求嚴格的鋼種，還應采取注流保護措施。小型鎮(zhèn)靜鋼鋼錠，通常采用上小下大敞口模澆注。澆注至預定高度時，收流減速，并立即用冷水封頂，細流充填。充填時間應不少于錠身的澆注時間。 2100433B