浇注工艺

炼好的钢水浇注成钢锭的方法及技术

浇注工艺指的是将炼好的钢水浇注成钢锭的方法及技术。浇注方法按钢水进入钢锭模的方位可分为上注和下注，表面质量要求严格的不锈钢、硅钢、薄板等钢种采用下注，内部质量要求较高的重轨、炮管等钢种多采用上注;小钢锭只能下注，大钢锭则适于上注。

浇注作用与影响因素

设备条件一定和冶炼钢种确定时，浇注工艺是十分重要的。浇注工艺中最重要的两个工艺参数就是浇注温度与浇注速度。它决定钢锭的表面质量，如冒口的收缩、气体逸出与夹杂物的上浮、钢的偏析、疏松、缩孔等质量问题。对于浇注温度的确定，一般采用如下公式：

T浇注=T溶点+T过热

式中T浇注——钢种的液相线温度;T溶点——包括根据钢种决定的浇注最小过热量。因浇注方法和锭型等因素，要求增减的温度以及整个浇注过程中钢液的温度下降值;T过热——开浇时钢液温度。

一些高合金模具钢的浇注，一般都采用低温快注的原则，以减少钢中的偏析和疏松，出钢温度控制在高于钢的熔点80℃～100℃，根据钢种、锭型和钢包的大小而定。浇注速度是与浇注温度密不可分的，通常用 “高温慢注”与“低温快注”，必须根据注温调节注速。如注速过快，相当于提高了浇注温度，因为同一时间内带入钢锭模内的热量增加，整个钢锭的凝固时间延长，成分偏析严重，夹杂物增加，气体也不易排出，还可能出现翻皮缺陷。另外，在模具钢的浇注过程中，一定要注意补缩。至于补缩的时间与锭型、钢种等有关系。

浇注方法

按钢水进入钢锭模的方位可分为上注和下注;按钢锭模、底板整备作业流程特征可分为车铸和坑铸。一般根据钢锭大小、钢种特点和车间生产条件等进行选择。表面质量要求严格的不锈钢、硅钢、薄板等钢种采用下注，内部质量要求较高的重轨、炮管等钢种多采用上注;小钢锭只能下注，大钢锭则适于上注;沸腾钢较适于下注，压盖钢和半镇静钢较适于上注。中国钢厂采用下注比较普遍。车铸可上注，也可下注，适合于大型钢铁联合企业采用;坑铸适用于小型炼钢厂的小型钢锭浇注(多为下注)和重型机械厂锻造钢锭的浇注(多为上注)。

上注

由盛钢桶水口流出的钢水直接(或经中间罐)从钢锭模上口注入模内的浇注方法(图2)。上注的优点是准备工作简单，耐火材料消耗少，钢水收得率高，成本较低，夹杂物含量一般也较低;由于模内钢水高温区始终位于钢锭上部，有利于减少翻皮，钢锭缩孔等缺陷。上注的缺点是一次只能浇注1支或2～3支(采用中间罐)钢锭。盛钢桶水口启闭次数较多。而且，开浇时容易引起钢水飞溅，造成钢锭结疤、皮下气泡等缺陷。

下注

由盛钢桶的水口流出的钢水经中注管及流钢砖从下部同时注入多支钢锭模的浇注方法(图1)。下注的优点是可以同时浇注若干支(最多可达近百支)钢锭，适合于小钢锭浇注;浇注时模内钢水上升平稳，飞溅少，不易产生结疤等缺陷，钢锭表面质量好。下注的缺点是准备工作较复杂，钢水收得率较低，耐火材料消耗大，钢锭成本较高;

而且由于钢水流经中注管、流钢砖时对耐火材料的浸蚀作用，可能使钢中大型夹杂物增加。

车铸

底板和钢锭模等置于铸锭车上，浇注、脱模、整模各工序的操作均由机车牵引至各自的车间进行。这种方法生产效率高，劳动条件好，适合于大型钢铁联合企业采用。与坑铸相比它占地面积大，基建投资较多。

坑铸

底板和钢锭模等置于专用的铸坑内，整模、浇注和脱模等操作都在固定的铸坑内进行。它的主要优点是设备简单、占厂房面积小、基建投资少，但劳动条件差，生产率低。有些小型钢厂提高了车间轨面标高，把坑铸改成平地浇注，即把底板放置在地平面上进行整模、浇注和脱模等操作，在一定程度上改善了劳动条件。

浇注参数

指控制浇注操作顺行和保证钢锭质量良好的浇注操作要素，主要有镇静时间、注温、注速等。

镇静时间

从出钢完毕到开始浇注，钢水在盛钢桶内的静置及传搁时间。必要的镇静时间，能促进钢水中的脱氧产物及出钢时混入钢水的炉渣、耐火材料等上浮排出，同时还起到调节注温的作用。镇静时间一般不少于10min。对于有钢包精炼作业的生产流程，已无规定镇静时间的必要。

注温

指开始浇注时盛钢桶内的钢水温度。合适的注温是保证钢水顺利浇注成合格钢锭的前提条件。注温过低使浇注困难，会造成短锭、回炉等废品和表面夹砂、重接、翻皮等钢锭缺陷;注温过高可造成熔断塞棒或烧穿滑板、底板跑钢、钢锭焊模等事故，并助长钢锭裂纹、缩孔、成分偏析等缺陷。合适的注温是根据钢种、盛钢桶容量、锭型、浇注方法等因素综合确定的。一般要求高于液相线温度(即过热度)60～100K，浇注小钢锭或下注时采用高限。

注速

浇注时钢水充满钢锭模的速度。通常以单位时间模内钢水面的上升高度(称浇注线速度，m/min)或注入模内的钢水质量(称质量浇注速度，kg/min)表示。有的工厂直接用钢锭本体和帽部的浇注时间(min)表示。注速是浇注的一项重要工艺参数。它既关系到铸锭车间的生产能力，又影响钢锭的内部质量和表面质量。适宜的注速应根据浇注方法和钢种特点确定。上注的注速明显高于下注。热裂敏感性强的钢种(如20钢，硫易切钢等)宜慢注，而含易氧化元素(如Re、Ti、Al等)较多的钢种宜快注。注速还要与注温相配合，注温高时慢注，注温低则快注。镇静钢保温帽部位宜慢注，以利于补缩。下注时注速通常为0.2～0.4m/min，小钢锭采用高限;上注注速通常为1～2m/min，最高注速(半镇静钢)可达7m/min。

浇注操作

浇注过程中通过水口开启度控制注速。对不同的钢种和锭型，采用不同的浇注操作，如镇静钢下注，镇静钢上注，沸腾钢下注，沸腾钢和半镇静钢上注等。

镇静钢下注

每一盘钢锭的浇注，在满足平均注速(约0.2m/min)要求的前提下，通常按开流、跟流、增流、减流充填四个阶段控制注速的变化。(1)开流：根据钢水温度的高低，将注流平稳、果断地开至满流的60%～80%(注温高趋下限)。开流要保证钢水迅速充满汤道，并使进入模底的钢水平稳铺开而不致于产生飞溅;(2)跟流：当钢水充满模底，并在锭模内上升到80～100mm时，即逐渐提高注速，以使钢水从锭尾球形或锥形区进入较大截面的锭身时，仍能保持液面平稳、匀速上升;(3)增流：当浇至锭身一半左右时，即随着盛钢桶内液面的降低和模内钢水静压力的增加，将注流适时平稳地增至满流，以防止钢水上升缓慢而导致翻皮，甚至重接等缺陷。增流一直浇到接近帽口线处;(4)减流充填：浇至帽口线处，立即减速，采取中流至细流进行帽部充填。为了充分补足钢水凝固时的体积收缩，一般充填帽部的时间为钢锭本体浇注时间的0.5～1.5倍。对于收缩倾向大的钢种，如碳素工具钢、轴承钢、高硅钢等采用上限。

由于受轧机能力的限制，中国部分小型钢厂仍然采用上小下大不带帽的钢锭模以下注法生产小型镇静钢钢锭(小于200×200mm)。由于一个底板上同时浇注十几支乃至几十支钢锭，操作难度大，注速要求更为严格。其操作要点为：稳开快注，缓收齐锭，水冷封顶，合理补注：(1)稳开快注：水口平稳开启，在20～50s内使注流由开流时的1/3～1/2流(注温低趋上限)开至满流。开流过小，易产生短锭;开流过猛，易产生飞溅，也会造成个别钢锭模被堵死。开流之后只能平稳加速，不能收流，否则极易出现重接。开满之后到距浇高180～250mm时，用全速浇注，注速力争大于350mm/min，以利于改善表面质量。(2)缓收齐锭：到距浇高150～250mm时，开始收流，使各锭液面平齐，缓慢上升。收流过早，钢锭表面质量差，而收流过晚，钢锭顶壳薄，于下一步的封顶不利。(3)水冷封顶：达到浇高之后将流变细，但最好不中断，同时立即由底板内圈到外圈向钢锭模上口打水，冷却钢锭头部，使顶壳加厚，为下一步补注做准备。(4)合理补注：封顶之后采用连续细流或间断中流，在保证钢锭不冒顶的情况下尽快注满中注管，将钢水压力升上来。然后用细流充填或以间断中流冲压式补注，保持中注管内液面不下降。补注时间一般要求为锭身浇注时间的1～1.5倍。

镇静钢上注

中国有的钢厂对重轨、道岔等高碳钢种采用上注。并总结出了上注镇静钢13字操作法：对正、稳开无声、快开满、圆流、快注。(1)对正：指注流中心要对正钢锭模底中心，避免注流冲刷模壁造成粘模和钢锭结疤废品;(2)稳开无声：指开棒(或滑板)平缓均匀，注流冲击底塞声音不大，即注速由小到大至全流的瞬间，模内不发生“噗噗”声响和飞溅;(3)快开满：是在对正、稳开无声的基础上尽快地把注流均匀开满，动作要连续，而不是分多次或阶梯式的开满，以免钢锭模内钢水上升不稳而引起卷渣;(4)圆流、快注：就是强调注流饱满呈圆柱形状，达到水口直径尺寸，既不是圆锥体，更不是喇叭形，以达到快注的目的。一旦钢流温度偏低，水口结小，要及时烧氧。圆流快注可使模内钢液上升平稳，冷却时钢锭受力均匀，有利于改善钢锭的表面质量和内部质量。

沸腾钢下注

在保证下注沸腾钢平均注速(0.15～0.30m/min)的条件下，过程注速采取两头慢，中间快的操作。开棒(或滑板)要平稳、缓慢，使第一批进入汤道内和模内的钢水无响声，以防飞溅。随后要迅速开大水口，以防钢水凝壳。当模内钢水升至钢锭1/5～1/4高度并开始沸腾后，即打开水口全流浇注。浇至离预定浇高200～400mm时，逐渐减速，以利于封顶。有些使用大容量盛钢桶的工厂，采用“一开到底”的操作，即一开浇水口就完全打开，全程进行全流浇注。该操作法的优点是可避免因多次调速引起塞棒(或滑板)失控所造成的水口关不严或漏钢事故。

沸腾钢或半镇静钢快速上注

为了增加铸锭车间生产能力，美国、前苏联等一些生产沸腾钢的工厂把传统的下注法改为上注，采用直径为60～100mm的大水口进行全程全流浇注，使注速提高到2m/min以上。采用快速上注可降低出钢温度20～30℃，使铸锭车间生产能力提高20%～40%，并减少漏钢事故。但快速上注时，由于注流对底板冲击过猛和钢水静压力增加过速而抑制沸腾，必须采用底板涂料、模内防溅筒和助沸剂等相应技术措施。

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