真空鑄錠概述

其工藝示意見圖。真空鑄錠是一種滴流真空處理法，中間罐內(nèi)以流束狀下降的鋼液進入真空室內(nèi)，由于壓力急劇下降，使流束膨脹，并展開成很大的角度以滴流狀降落，使脫氣表面積增大，有利于氣體逸出和促進表面反應(yīng)。脫氣程度取決于注速、落下高度和擴散角的大小。也取決于鋼液中氣體含量，注口形狀，真空度以及鋼液的流動性等因素。

簡史 真空鑄錠的滴流脫氣是鋼液真空脫氣法的先驅(qū)。早在20世紀初，首次出現(xiàn)了因氫脆而在高碳鋼的機器部件、合金鋼制造的槍銃和裝甲鋼板內(nèi)發(fā)現(xiàn)熱裂縫及發(fā)紋，30年代對鋼中氫和白點做了大量研究工作，大直徑鍛件擴氫慢、脫氣難，由于防止白點的熱處理費用非常昂貴，使鍛件制造者陷入困境。由于電站的發(fā)電機轉(zhuǎn)子和低壓汽機轉(zhuǎn)子曾發(fā)生過爆炸斷裂事故，而轉(zhuǎn)子都是NiMoV鋼，是因白點原因發(fā)生的事故。這些意外事故再次強調(diào)急需解決對鋼中氫的控制。1950年，聯(lián)邦德國的Bochumer Verein公司開始了鋼液脫氣試驗，1952年在該公司建成了世界上第一臺35t、150t真空鑄錠室，并開始了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。1955年蘇聯(lián)開始試驗大鋼錠的真空澆注，1956年蘇聯(lián)烏拉爾機器制造廠建成了30t、120t真空室澆鑄鋼錠。1956年美國開始進行真空鑄錠，并于1958年建成了當時世界上最大的250t真空室。1957年日本建成10t真空室。此后，英國、意大利、奧地利、法國、比利時、新西蘭、瑞典、捷克斯洛伐克、波蘭、民主德國和西班牙等先后裝備了真空鑄錠裝置。真空鑄錠在50~60年代發(fā)展很快，它以脫氫為主要目的，適用于生產(chǎn)大型鍛造鋼錠。至今已有日本、美國、法國、俄羅斯等國，相繼建成了200~600t級的真空鑄錠設(shè)備。

中國于1956年在沈陽重型機器廠建成40t真空鑄錠工業(yè)試驗裝置，并于60年代初開始籌建使用蒸汽噴射泵的真空鑄錠裝置，由第一機械工業(yè)部第一設(shè)計院、西安重型機械研究所，第一重型機器廠進行設(shè)計制造并安裝于第一重型機器廠，其公稱容量為60t，實際最大澆鑄過120t鋼錠。1964年調(diào)試成功澆成第一支鋼錠，此后該廠用此裝置生產(chǎn)了一大批10萬kw以上汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子等重要鍛件用鋼錠。此后20年間，真空鑄錠工藝和其他真空冶金工藝在中國得到了較大的發(fā)展。1975年第二重型機器廠建成200t真空鑄錠裝置，1979年第一重機廠建成250t真空鑄錠裝置投產(chǎn)，把我國的真空鑄錠工藝提高到一個新的高度。第二重機廠1989年建成國內(nèi)最大的400t真空鑄錠裝置。在此期間，沈陽、上海、太原、洛陽等地先后建成了一批100t左右的真空鑄錠裝置。至此，中國的真空鑄錠技術(shù)水平已躋身于世界先進行列。

工藝設(shè)備 真空鑄錠工藝只適于一室一錠，多用來澆鑄大型鍛造用鋼錠，其設(shè)備除常規(guī)的鋼錠模、保溫帽和底盤外，主要是真空室和真空泵。

真空室由鋼板焊成的一個密封的筒形金屬室，上部有蓋蓋住，底部和側(cè)壁砌有耐火磚，側(cè)壁可全部砌磚，也可砌l/2高。在真空室蓋上有一澆口，澆注前用鋁盆緊緊蓋住，在蓋子上緊密地安放中間包，中間包水口必須與蓋上澆口的中心線重合。真空室、真空蓋、中間包之間用耐熱膠圈密封。由于鋼水進入真空室空間后就擴散成細流，鋼流不易對準鋼錠模，為此在真空蓋下方裝有導(dǎo)流管。導(dǎo)流管由鋼板卷成筒形，內(nèi)砌耐火磚，其內(nèi)徑各廠不盡相同，為200~460mm不等。真空室大小以能放入需澆鑄的最大鋼錠全部冶金附具(包括鋼錠模、底盤、保溫帽)并留有適當?shù)目晒┑跹b的空間為準。真空室的抽氣管道置于室的上部與真空泵聯(lián)結(jié)，并設(shè)置真空閥門。真空室蓋的開閉可以用吊車吊運，也可以自身帶有開閉裝置。為了看清澆注時鋼水流束的分散情況和鋼水上升位置，真空室蓋上裝有窺視孔，有的還裝有工業(yè)電視，在操作控制室內(nèi)觀察澆鑄情況。

真空泵鋼液真空處理最早使用機械泵，機械泵有兩大缺點:一是抽氣量不大，一套真空鑄錠裝置得用很多臺泵并聯(lián)，泵房站占地面積大;二是比較容易損壞，維修量很大，從而限制了真空處理鋼水工藝的應(yīng)用和發(fā)展，直到二次世界大戰(zhàn)后，制造出了排氣速度大的高性能高效率的真空泵，真空鑄錠技術(shù)才得以迅速發(fā)展。蒸汽噴射泵是以蒸汽為動力的真空泵，它的最大特點是沒有機械轉(zhuǎn)動部分，不易損壞，維修容易，操作方便，一般設(shè)計成四級或五級，分級把真空室抽到所需的真空度，真空度為26.7~66.6Pa。

工藝過程 真空澆鑄需經(jīng)中間包，鋼水有一定溫降，故出鋼溫度比大氣澆鑄時要高。底盤、鋼錠模、保溫帽事先在真空室內(nèi)裝配完畢，蓋上真空室蓋，在冶煉即將結(jié)束時，開始安裝導(dǎo)流管和安放中間包，然后開始抽真空。當受鋼包內(nèi)的鋼水注入中間包內(nèi)約2/3高且澆注溫度達到工藝要求時，打開中間包塞桿，鋼水經(jīng)水口流出，熔化澆口上的鋁盆進入真空室注入鋼錠模內(nèi)。鋼錠澆注完畢破壞真空，打開真空室蓋子，加入保溫劑，鋼錠在模內(nèi)靜置到完全凝固后脫模送水壓機車間。

處理效果 日本制鋼、神戶制鋼、美國伯利恒、意大利臺爾尼等幾家生產(chǎn)大型鑄鍛件的工廠用真空鑄錠工藝制造發(fā)電機、汽輪機轉(zhuǎn)子、特厚板軋機支承輥、核反應(yīng)堆大型封頭、高壓釜等鍛件的最大鋼錠已達570t。中國幾個重型機器廠用真空鑄錠法生產(chǎn)的電站鍛件、大型冷熱軋輥、壓力容器以及軍品等大型鍛件所需鋼錠，最大的已達260t。鋼水脫氫率平均約50%，真空澆鑄后鋼的氫含量平均約2×10-6，最低氫含量<1.5×10-6。根據(jù)中國第一重型機器廠對真空處理鋼鍛件縮短鍛后熱處理周期試驗的研究，60CrMnMo鋼、輥身直徑1270~1320mm的213根軋輥試驗結(jié)果，鍛后熱處理擴氫時間縮短了50%~60%;26(Cr2Ni4MoV不易擴氫的發(fā)電機轉(zhuǎn)子用鋼，擴氫時間由原來的800h縮短到400h。大大縮短了制造周期，從而提高了設(shè)備利用率，降低了能源消耗。真空鑄錠除脫氫外，還能防止二次氧化，減少鋼水中非金屬夾雜物和鋼錠偏析程度，提高鋼錠內(nèi)部質(zhì)量。70年代初在真空鑄錠的基礎(chǔ)上發(fā)展了真空碳脫氧工藝，即以沒有脫氧或半脫氧的鋼水進行真空鑄錠，使鋼水在真空處理過程中用自身的碳來脫掉鋼水中的氧，因脫氧產(chǎn)物是CO氣體，不僅達到鋼水完全脫氧的效果，且提高了鋼水的純凈度。真空處理后鋼中夾雜物含量可降至0.01%以下。