澆注工藝

澆注工藝指的是將煉好的鋼水澆注成鋼錠的方法及技術。澆注方法 按鋼水進入鋼錠模的方位可分為上注和下注，表面質量要求嚴格的不鏽鋼、矽鋼、薄板等鋼種採用下注，內部質量要求較高的重軌、炮管等鋼種多採用上注;小鋼錠只能下注，大鋼錠則適於上注。

基本介紹

• 中文名：澆注工藝
• 外文名：teeming technology
• 目的：將煉好的鋼水澆注成鋼錠
• 學科：冶金工程
• 分類：上注和下注
• 澆注參數：鎮靜時間、注溫、注速

澆注作用與影響因素

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就是澆注溫度與澆注速度。它決定鋼錠的表面質量，如冒口的收縮、氣體逸出與夾雜物的上浮、鋼的偏 析、疏鬆、縮孔等質量問題。對於澆注溫度的確定，一般採用如下公式：

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，一般都採用低溫快注的原則，以減少鋼中的偏析和疏鬆，出鋼溫度控制在高於鋼的熔點80℃～100℃，根據鋼種、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”，必須根據注溫調節注速。如注速過快，相當於提高了澆注溫度，因為同一時間內帶入鋼錠模內的熱量增加，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，還可能出現翻皮缺陷。另外，在模具鋼的澆注過程中，一定要注意補縮。至於補縮的時間與錠型、鋼種等有關係。

澆注方法

按鋼水進入鋼錠模的方位可分為上注和下注;按鋼錠模、底板整備作業流程特徵可分為車鑄和坑鑄。一般根據鋼錠大小、鋼種特點和車間生產條件等進行選擇。表面質量要求嚴格的不鏽鋼、矽鋼、薄板等鋼種採用下注，內部質量要求較高的重軌、炮管等鋼種多採用上注;小鋼錠只能下注，大鋼錠則適於上注;沸騰鋼較適於下注，壓蓋鋼和半鎮靜鋼較適於上注。中國鋼廠採用下注比較普遍。車鑄可上注，也可下注，適合於大型鋼鐵聯合企業採用;坑鑄適用於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)。下注的優點是可以同時澆注若干支(最多可達近百支)鋼錠，適合於小鋼錠澆注;澆注時模內鋼水上昇平穩，飛濺少，不易產生結疤等缺陷，鋼錠表面質量好。下注的缺點是準備工作較複雜，鋼水收得率較低，耐火材料消耗大，鋼錠成本較高;

而且由於鋼水流經中注管、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(或經中間罐)從鋼錠模上口注入模內的澆注方法(圖2)。上注的優點是準備工作簡單，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;由於模內鋼水高溫區始終位於鋼錠上部，有利於減少翻皮，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(採用中間罐)鋼錠。盛鋼桶水口啟閉次數較多。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

底板和鋼錠模等置於鑄錠車上，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。這種方法生產效率高，勞動條件好，適合於大型鋼鐵聯合企業採用。與坑鑄相比它占地面積大，基建投資較多。

坑鑄

底板和鋼錠模等置於專用的鑄坑內，整模、澆注和脫模等操作都在固定的鑄坑內進行。它的主要優點是設備簡單、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

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

鎮靜時間

從出鋼完畢到開始澆注，鋼水在盛鋼桶內的靜置及傳擱時間。必要的鎮靜時間，能促進鋼水中的脫氧產物及出鋼時混入鋼水的爐渣、耐火材料等上浮排出，同時還起到調節注溫的作用。鎮靜時間一般不少於10min。對於有鋼包精煉作業的生產流程，已無規定鎮靜時間的必要。

注溫

指開始澆注時盛鋼桶內的鋼水溫度。合適的注溫是保證鋼水順利澆注成合格鋼錠的前提條件。注溫過低使澆注困難，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，並助長鋼錠裂紋、縮孔、成分偏析等缺陷。合適的注溫是根據鋼種、盛鋼桶容量、錠型、澆注方法等因素綜合確定的。一般要求高於液相線溫度(即過熱度)60～100K，澆注小鋼錠或下注時採用高限。

注速

澆注時鋼水充滿鋼錠模的速度。通常以單位時間模內鋼水面的上升高度(稱澆注線速度，m/min)或注入模內的鋼水質量(稱質量澆注速度，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。它既關係到鑄錠車間的生產能力，又影響鋼錠的內部質量和表面質量。適宜的注速應根據澆注方法和鋼種特點確定。上注的注速明顯高於下注。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。鎮靜鋼保溫帽部位宜慢注，以利於補縮。下注時注速通常為0.2～0.4m/min，小鋼錠採用高限;上注注速通常為1～2m/min，最高注速(半鎮靜鋼)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，採用不同的澆注操作，如鎮靜鋼下注，鎮靜鋼上注，沸騰鋼下注，沸騰鋼和半鎮靜鋼上注等。

鎮靜鋼下注

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：根據鋼水溫度的高低，將注流平穩、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，並使進入模底的鋼水平穩鋪開而不致於產生飛濺;(2)跟流：當鋼水充滿模底，並在錠模內上升到80～100mm時，即逐漸提高注速，以使鋼水從錠尾球形或錐形區進入較大截面的錠身時，仍能保持液面平穩、勻速上升;(3)增流：當澆至錠身一半左右時，即隨著盛鋼桶內液面的降低和模內鋼水靜壓力的增加，將注流適時平穩地增至滿流，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，採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。對於收縮傾向大的鋼種，如碳素工具鋼、軸承鋼、高矽鋼等採用上限。

由於受軋機能力的限制，中國部分小型鋼廠仍然採用上小下大不帶帽的鋼錠模以下注法生產小型鎮靜鋼鋼錠(小於200×200mm)。由於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：穩開快注，緩收齊錠，水冷封頂，合理補註：(1)穩開快註：水口平穩開啟，在20～50s內使注流由開流時的1/3～1/2流(注溫低趨上限)開至滿流。開流過小，易產生短錠;開流過猛，易產生飛濺，也會造成個別鋼錠模被堵死。開流之後只能平穩加速，不能收流，否則極易出現重接。開滿之後到距澆高180～250mm時，用全速澆注，注速力爭大於350mm/min，以利於改善表面質量。(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，鋼錠表面質量差，而收流過晚，鋼錠頂殼薄，於下一步的封頂不利。(3)水冷封頂：達到澆高之後將流變細，但最好不中斷，同時立即由底板內圈到外圈向鋼錠模上口打水，冷卻鋼錠頭部，使頂殼加厚，為下一步補註做準備。(4)合理補註：封頂之後採用連續細流或間斷中流，在保證鋼錠不冒頂的情況下儘快注滿中注管，將鋼水壓力升上來。然後用細流充填或以間斷中流衝壓式補註，保持中注管內液面不下降。補註時間一般要求為錠身澆注時間的1～1.5倍。

鎮靜鋼上注

中國有的鋼廠對重軌、道岔等高碳鋼種採用上注。並總結出了上注鎮靜鋼13字操作法：對正、穩開無聲、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)穩開無聲：指開棒(或滑板)平緩均勻，注流衝擊底塞聲音不大，即注速由小到大至全流的瞬間，模內不發生“噗噗”聲響和飛濺;(3)快開滿：是在對正、穩開無聲的基礎上儘快地把注流均勻開滿，動作要連續，而不是分多次或階梯式的開滿，以免鋼錠模內鋼水上升不穩而引起卷渣;(4)圓流、快註：就是強調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。圓流快注可使模內鋼液上昇平穩，冷卻時鋼錠受力均勻，有利於改善鋼錠的表面質量和內部質量。

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，過程注速採取兩頭慢，中間快的操作。開棒(或滑板)要平穩、緩慢，使第一批進入湯道內和模內的鋼水無響聲，以防飛濺。隨後要迅速開大水口，以防鋼水凝殼。當模內鋼水升至鋼錠1/5～1/4高度並開始沸騰後，即打開水口全流澆注。澆至離預定澆高200～400mm時，逐漸減速，以利於封頂。有些使用大容量盛鋼桶的工廠，採用“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。該操作法的優點是可避免因多次調速引起塞棒(或滑板)失控所造成的水口關不嚴或漏鋼事故。

沸騰鋼或半鎮靜鋼快速上注

為了增加鑄錠車間生產能力，美國、前蘇聯等一些生產沸騰鋼的工廠把傳統的下注法改為上注，採用直徑為60～100mm的大水口進行全程全流澆注，使注速提高到2m/min以上。採用快速上注可降低出鋼溫度20～30℃，使鑄錠車間生產能力提高20%～40%，並減少漏鋼事故。但快速上注時，由於注流對底板衝擊過猛和鋼水靜壓力增加過速而抑制沸騰，必須採用底板塗料、模內防濺筒和助沸劑等相應技術措施。