立式連鑄工藝原理

澆鑄和鑄坯凝固全部過程都是在垂直狀態(tài)中進(jìn)行的連續(xù)鑄鋼|煉鐵類型。這種連鑄|軋鋼的中間罐、結(jié)晶器、二冷區(qū)、拉矯機、切割設(shè)備以及接受定尺鑄坯等一系列設(shè)備和操作均布置在一條垂直的中心線上(見圖1)。鋼水從中間罐注入結(jié)晶器后，初凝鑄坯經(jīng)二冷區(qū)加速凝固，由拉坯機以設(shè)定的拉速拉出，經(jīng)切割后，定尺鑄坯進(jìn)入翻鋼斗中，翻斗接受鑄坯后將鑄坯放至水平狀態(tài)由輸送輥道運出(地坑式鑄機有提升機將鑄坯提至地坪面上后再由地面輥道輸出)，或者由翻鋼斗傾斜倒到斜式履帶運輸機，由履帶運輸機將鑄坯送到地面上由地面輥道輸出，再由拉鋼(或推鋼)機將鑄坯推到集中冷床上。

1—中間罐;2—結(jié)晶器;3—二冷區(qū);4、5—拉坯機;6—切割設(shè)備;

7—翻鋼斗;8—坑下輸送輥道;9—提升機;10—地面輥道

立式連鑄是最早用于工業(yè)生產(chǎn)的連鑄技術(shù)。1933年德國容漢斯(S.Junghans)發(fā)明結(jié)晶器振動技術(shù)，解決了由于初凝坯殼與結(jié)晶器粘連而引發(fā)的拉漏問題后，連鑄進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用，50年代到60年代前期，世界各國相繼建設(shè)立式連鑄機，但是由于這種類型鑄機建設(shè)費用高、生產(chǎn)效率受高度的限制，加之連鑄技術(shù)尚不完善，所以發(fā)展速度緩慢。

世界上第一臺工業(yè)試驗性立式連鑄機于1946年在英國的勞莫爾工廠(Low Maor)建成，澆鑄小斷面鑄坯。第一臺工業(yè)生產(chǎn)用小方坯立式連鑄機于1952年在英國的巴路(Barro)鋼廠建成，第一臺板坯連鑄機(半連續(xù)立式鑄機，板坯斷面為180mm×800mm)在前蘇聯(lián)紅十月鋼廠建成。

中國第一臺工業(yè)試驗立式連鑄機于1956年在上海鋼鐵研究所建成。第一臺工業(yè)生產(chǎn)型立式連鑄機于1958年建成于重慶第三鋼鐵廠，澆鑄斷面為170mm×250mm。1964年弧型連鑄機問世，立式連鑄機的建設(shè)多為弧型鑄機替代，但尚有少數(shù)立式鑄機仍在建設(shè)，甚至80年代還有新建立式連鑄機的，中國太原鋼鐵公司第三煉鋼廠即在1985年建設(shè)一臺半連續(xù)澆鑄不銹鋼、合金鋼的立式鑄機。立式鑄機大部分還在繼續(xù)發(fā)揮作用，但也有部分已經(jīng)拆除或改建。立式連鑄機以前蘇聯(lián)擁有量最多，法國次之。

立式連鑄主要工藝特點是：

(1)鋼液從中間罐注入直立的結(jié)晶器，鋼液中大顆粒夾雜物及部分小夾雜有可能上浮到表面，使用保護(hù)渣澆注時，夾雜可被保護(hù)渣吸收，而殘留在鑄坯內(nèi)的夾雜物分布較均勻，不會出現(xiàn)弧型連鑄時鑄坯內(nèi)夾雜物在內(nèi)弧面積聚現(xiàn)象。

(2)鑄坯的冷卻均勻，凝固組織對稱性好。

(3)坯在凝固過程及在鑄機內(nèi)不受彎曲、矯直等外力的作用，鑄坯內(nèi)部不會有機械應(yīng)力引起的裂紋缺陷，且由于鋼水靜壓力較大，易于凝固補縮，所以立式連鑄適宜于澆注合金鋼及裂紋敏感性高的鋼種。

但是立式連鑄設(shè)備總高度大，由于鑄坯在垂直狀態(tài)凝固，設(shè)備總高度還要隨澆鑄坯斷面的增加和拉速度的提高而增大，鑄坯定尺愈長鑄機高度愈大，一般立式鑄機的高度比弧型連鑄機的高度大兩倍，澆鑄同類型斷面鑄坯，弧型鑄機只有立式鑄機高度的1/3。

如大型板坯或方坯鑄機的高度(澆鑄平臺到輸出輥道的上表面距離)在30m以上，一般較小斷面的立式鑄機高度也需20m左右，所以廠房高度很高或需將鑄機部分設(shè)備建在地坑中(中國唐山鋼廠一煉鋼車間的立式鑄機地坑深度為18m)。

因此立式連鑄的基建工程量大，廠房或地坑的建設(shè)費用高。此外鑄坯的運出較麻煩，一旦鑄造過程出現(xiàn)故障、鑄機只能停止工作。自20世紀(jì)60年代弧型連鑄機問世以來，立式連鑄機的建設(shè)基本上為弧型機替代。

連鑄機可以按多種形式來分類。若按結(jié)構(gòu)外形可把連鑄機分為立式連鑄機，立彎式連鑄機，帶直線段弧形連鑄機，弧形連鑄機，多半徑橢圓形連鑄機和水平連鑄機。隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展，又開展了輪式連鑄機，特別是薄板坯連鑄機的研究。

如果按照連鑄機所澆鑄的斷面的大小和外形來區(qū)分，連鑄機又可分為板坯連鑄機、小方坯連鑄機，大方坯連鑄機、圓坯連鑄機、異形斷面連鑄機和薄板坯連鑄機。在方坯連鑄機中也包括矩形坯連鑄機，通常把澆鑄斷面或當(dāng)量斷面積大于200×200mm的鑄坯叫大方坯，斷面或當(dāng)量斷面積小于160×160mm的鑄坯叫小方坯，寬厚比大于3矩形坯稱為板坯。

若按連鑄機在共用一個鋼水包下所能澆鑄的鑄坯流數(shù)來區(qū)分，則可分為單流、雙流或多流連鑄機。

連鑄割嘴是用于連鑄切割的專用割嘴，連鑄割炬的嘴頭部分，由此噴出切割氧流及預(yù)熱火焰的混合氣流。比普通割嘴大，可切割厚度厚，一般由割嘴體、割嘴芯、割嘴外殼組成。

連鑄割嘴的好壞直接決定切割質(zhì)量的好壞及切割割縫的大小、鋼材成本的節(jié)約，質(zhì)量好的連鑄割嘴正常情況下能用3個月，并且保證割縫，如150cm的鋼坯3mm割縫，質(zhì)量不好的連鑄割嘴用4天以后割縫就會越來越大，影響切割質(zhì)量，浪費鋼材。

使用神麒新型連鑄割嘴前后效果對比圖：（左：使用前；右：使用后）

連鑄切割要想真正起到高效率、節(jié)約成本的目的，除了連鑄切割機、連鑄割嘴之外，連鑄氣體的選擇也很重要，傳統(tǒng)的工業(yè)燃?xì)?-乙炔，火焰溫度高，但切割有熔渣，燃燒污染大，已經(jīng)被人們摒棄。新型工業(yè)燃?xì)?-天然氣工業(yè)燃?xì)猓ㄊ羌尤胂⊥寥剂显鲆鎰┑奶烊粴猓⊥寥剂显鲆鎰┑淖饔檬翘岣咛烊粴獾幕钚?，可增加天然氣的溫度），是連鑄火焰切割氣體的最佳選擇，可以充分利用連鑄切割機的高效、自動化的切割方式，結(jié)合天然氣工業(yè)燃?xì)獗旧淼母邷囟龋偌由掀淝鍧嵞茉吹臋C制，在連鑄切割中不僅可以提高切割效率，更能節(jié)約燃?xì)獬杀尽?