|
花上十分钟，了解一个工业常识。 连铸工艺是炼钢厂的最后一道工艺，作用是把炼钢炉出来的钢水浇铸成钢坯，送去轧钢。 这是一个辅助工艺，之所以拿出来专门讲一讲，是因为这是一个很棒的工艺，它带来了很大的收益，而且这个工艺里包含了很多特别有意思的构思。 连铸工艺在上世纪三、四十年代形成，五十年代逐步成熟并开始推广，而在国内，是在我参加工作的前后才开始推广的，那是上世纪七十年代，我都还见过不少初轧机的，而到现在，初轧机应该见不到了，连铸机已经成为钢铁企业的标配。 先来看看没有连铸之前的工艺流程，就能明白这个工艺带来了多大的好处。 炼钢炉出来的钢水，先要浇铸成钢锭，钢锭的模样很像冰棍，一头大一头小，因为它面临和冰棍一样的问题：两头一般大的话，凝固以后就拿不出来了，同样的问题，解决方法自然容易雷同。 这样的形状，成材轧机吃不进去，需要专门的初轧机开坯，把钢锭轧成轧钢机需要的尺寸合适的钢坯，钢坯和钢锭最大的区别，就是两头一般齐，而且截面尺寸和长度也正好符合要求，而钢锭不仅两头不一样大，而且要短胖一点，因为开坯的时候截面积会缩小，长度自然就会延长了。 都是轧钢机，但初轧机有点不一样，它要能够把钢锭的小头咬住拖进去，还要能够让大头通过，而且开坯不仅要把厚度轧成首尾一样，宽度也一样要首尾一致，所以需要边轧边做九十度翻转，需要附加一个机构，这活儿人可干不动，一个钢锭好几吨呢。 初轧开坯就成了一个独立工艺，在炼钢厂和轧钢厂之间，需要建一个初轧厂或者初轧车间，多出一道手续。 这道工序很耗能。 首先，初轧机个头比一般轧钢机大，它本身就耗能；其次，钢锭在炼钢厂浇铸出来，辗转送到初轧厂，已经冷透了，需要重新加热到红得发亮，才轧得动，这又要耗能；第三，出炉钢水的杂质含量当然是达标的，但在铸锭后慢慢凝固的时间里，重的杂质会下沉，轻的会上浮，两头的杂质含量就会超标，开坯以后得要切掉，再切成合适的块送回炼钢厂去重新入炉冶炼，这个能耗就更大了，也更冤。 如果能够改铸锭为铸坯，直接浇铸成能够送进成材轧机的钢坯，就可以取消初轧机和配套的加热炉，省掉很多能耗，我不说省掉了多少投资，和初轧机相比，连铸机的投资不见得少。 如果还能够连续浇铸，把几炉甚至更多炉钢浇铸成一个长坯条，再按尺寸切断，这样就是几炉钢一对头尾，而不是每炉钢有几对头尾，损耗减少了几十倍，这就把切头切尾回炉冶炼的能耗省掉了绝大部分。 想要能够连续浇铸钢坯，而不是一炉一炉地铸钢锭，这就是对连铸工艺的需求，所以连铸的全称应该是连续铸坯，有人说成连续铸锭，有教科书说成连续铸钢，我认为都不对，铸钢这个词有约定俗成的含义，做名词指的是铸造用钢，做动词指的是生产铸钢件的过程。 一个新技术新工艺的出现，一般需要三个条件，一是有需求，没有需求的工艺技术永远不会出现，这和日用品不同，日用品可以先做出来再用商业宣传去制造需求，工程师们对待工艺技术的判断很现实，不会听你商业手段的忽悠；二是先决技术条件具备，它会限制一个工艺技术出现的时机，比如很多现代工艺放在古代就不可能出现；第三就是要有人把点子想出来，这通常是个人的贡献，而且要碰运气。 对连铸工艺的需求，可以说从现代炼钢工艺成熟就有了，而连铸工艺对自动控制有起码的要求，这个先决条件差不多就是三四十年代开始具备的，所以我觉得，想点子的人好像还真不缺，但反过来一想，在国内为什么出现得那么晚？ 好吧，对连铸工艺的需求知道了，它的基本原理就不用讲了，要讲的就是工艺原理了，就是那一个个有意思的点子。 要不要边听我聊，边自己也想想点子？那样更有意思哈。 第一个要解决的，是两头一般大的钢坯，怎么从模具里拿出来？ 解决这个问题的点子既巧妙又简单：让模具不停地上下耸动，不给钢坯和模具粘在一起的机会，搞定。 这对模具肯定有新要求：内壁要光滑，需要精加工，材质肯定得是金属，还不能是钢，钢和钢水的亲和力太高，容易粘住，用的是铜。 铜的熔点比钢铁还低，所以要通水冷却，模具壁要做成中空的，内有冷却水道。 这样的模具在中文里换了名称，叫结晶器，英文名好像没换，还叫摸得儿。 结晶器冷却不仅是保护了结晶器，还会让钢水加速冷却凝固。 结晶器的上下耸动，称为结晶器振动，这个技术就解决了两头一般大小的钢坯怎么拿出来的问题。 然后就是怎么做到连续浇铸的问题了，方法是唯一的，不用想，让钢水从上面浇进去，钢坯从下面慢慢拉出来，不就连续了？ 这下结晶器就不是直筒杯子，而是一段直管子了，没了底子，钢水浇进去不漏吗？ 方法仍然是唯一的，用个塞子堵住就行，等最先的钢水慢慢开始凝固，形成了一层固体的外壳，就可以慢慢往下拉了，要慢慢拉，让后面的钢水来得及凝固成壳，继续堵住结晶器下口，始终不会漏。 现在才需要想点子了：塞子往下拉的动力怎么来？塞子又怎么把钢坯头部咬住往下拉？ 这个塞子需要有一段尾巴，用几对夹辊夹住，利用摩擦力往上顶和往下拉，因为是钢对钢的摩擦力，所以要几对夹辊才够，用液压机构把塞子的尾巴夹紧，以增加摩擦力，第一个问题就搞定了。 要想钢坯跟着塞子走，塞子的头部就不能是平的，要做成能够和钢坯头部互相咬住的形状，还要能够比较容易的脱离开，脱离的时候当然不能是拉开，得是错开，能够达到这两个要求的形状不止一种，比如燕尾槽就可以，好吧，第二个问题也解决了。 这个塞子连同尾巴称为引锭杆，是的，叫引锭杆，不是引坯杆，看来大家并不怎么在意钢锭钢坯的差别哈，或许是引坯杆读着不上口。 那几对夹辊整体叫做拉坯机，又不叫拉锭机了哈，瞧这名称乱的。 等引锭杆离开拉坯机后，拉坯机就得直接夹住钢坯往下拉了，这个时候钢坯就得冷过心了，整个断面都要凝固成固体，不能是溏心蛋，这就意味着拉坯机要离开结晶器一段距离，好让钢坯有时间冷却，而且还要往钢坯表面喷水，这叫做二次冷却水，简称二冷水，以别于结晶器冷却水，这段距离叫做二冷段。 拉坯机后面就可以布置切断设备了，小钢坯可以用飞剪切，大的方坯或者板坯，就要用火焰切割机切了。 为什么叫飞剪，因为钢坯一直在运动呀，虽然很慢，每秒几个厘米的速度吧，也不能停下来等你切呀，所以剪刃得跟着跑才行，说法很夸张，叫做飞剪，其实该叫移动剪，有液压飞剪和机械飞剪。 至于火焰切割机，做成移动小车，直接用抱钳把钢坯抱住，被动跟着钢坯一起前进，慢慢切就行了，切完之后用自身动力回到原处。 钢坯是有长度标准的，所以需要定尺寸切断，要有一个定尺长度测量设备，一般是一个摩擦轮怼在钢坯表面，通过检测摩擦轮转了多少圈加多少度，乘以摩擦轮的周长就可以了，定尺长度一到，就启动切断设备，所以切断时间必须小于最短定尺时间，保证切断设备有待命时间。 切割机下面要留出最长钢坯的长度，而且还要用一个设备把钢坯接住，切断的钢坯总不能自由落体往下砸吧？这个接坯设备也需要跟着钢坯跑，最后还要把钢坯放平，方便顺着辊道送走，它叫做翻钢斗。 还需要布置一个设备，好把引锭杆脱开，存放起来下次用。
这是最初的连铸机设计方案，上面是教科书上找到的示意图，图没啥问题，人家还用虚线表示了翻钢斗怎么把钢坯放到辊道上的，只有几个地方我要说明一下： 图中编号1叫钢水罐，其实我们都称为钢包，就是一个罐子，用来在出钢时接钢水的，罐子两边有耳朵，方便天车吊运。 钢包不是一直用天车提着往下浇的，那天车没法干别的了，所以还有一个钢包台，钢包放在台上慢慢浇，通常有两个钢包位置，一个浇灌一个等着，然后台子旋转把等着的钢包转到浇铸位置，所以通常叫做回转台，图中没有画。 编号2叫做中间罐，我们习惯叫中间包，相当于一个漏斗，放在中间包小车上，浇铸时开到结晶器上方，让漏斗嘴对准结晶器，不浇铸时离开，方便维护结晶器上口，漏斗的嘴有调节钢水流量的装置，因为温度太高，这个装置结构很简单，图中画的是一个塞棒，塞棒往下顶就会减小流量，也有用插板的。 中间包才是直接浇铸的设备，钢包是为中间包补充钢水的。 编号3是结晶器，没有画出结晶器振动装置。 编号4是二冷水装置，图中指向的却是二冷段夹辊，这些夹辊没有动力，只是帮助稳住钢坯壳，免得鼓肚的，真正的二冷水装置是一些可调节水量的喷头。 编号5和6不用说了，图下面有说明，编号7是切割设备，看着应该是火焰切割机，编号8和9也不用讲了。 图中没有画出定尺测量装置和引锭杆脱头装置。 这个方案叫做立式连铸机，浇铸效果很好，钢坯保持形状凝固，对内部结晶有好处，但有一个大问题：它太高了，整个连铸机得有几十米高，差不多十来层楼了。 那么炼钢炉放多高？放地面？那就得把钢水包往上拎十多层楼，放上面去？那么炼钢原料还是得拎到十多层楼高度去，多麻烦呀。 怎么办？又需要想点子了。 一个办法是直接让整个连铸生产线躺平，钢水从结晶器的前端浇进去，钢坯从后端拉出来，这个从技术上是可以实现的，没有想象中那么困难哈。
上图是水平连铸机的示意图，中间包是歪嘴的，从侧面往结晶器里灌，然后也是二冷段，拉坯机（图中误写成拉矫机了，这里不需要矫直功能），定尺切割（只画出了测量部分，没有表示切割部分），以及输送辊道，还是没有表示引锭杆脱头装置。 图中编号4、5、7是三个电磁搅拌装置，因为这样一来，杂质不往两头集中了，往钢坯的上下两个方向集中，这就不好了，所以需要不停地搅拌，又不可能伸进钢坯里搅，只能利用电磁涡流效应了。 即使这样，水平连铸机也不适合浇铸大截面的钢坯，它和立式连铸机一样，钢坯保持原状完成浇铸，效果比较好，所以一般用来浇铸高品质合金钢的小截面钢坯。 虽然水平连铸机代替立式连铸机的点子最容易想到，但实际出现有点晚，主要就是中间包到结晶器的密封问题，花了许多年才搞定，这个不细讲了，因为我也讲不太清楚。 实际上立式和水平连铸机我都没见过，前者太老，后者太少，但一直知道，也见过比较详细的图纸。 水平连铸机适用范围有点窄，有什么别的办法克服立式连铸机高度太高的缺点？ 想到的点子也简单，先掰弯，再掰直。 从结晶器下口出来的钢坯，就一个壳，里边还是钢水，软的，只要二冷段的夹送辊道摆成圆弧形，直接就掰弯了，到了拉坯机，液心是没有了，还是火红的，能够掰得动，前面的夹辊弧形排列，后面的夹辊直线排列，一下子就掰直了。 这下子拉坯机就有了矫直功能，改名拉坯矫直机，简称拉矫机，只有先掰弯再掰直思路的连铸机有拉矫机，立式和水平连铸机都是单纯的拉坯机。 这样的连铸机叫做弧形连铸机，从使用比例看是绝对主流。
上图是弧形连铸机的示意图，图中也没有表示回转台、引锭杆脱头以及定尺测量设备，切断设备是飞剪。 引锭杆现在不能做成'杆’了，要做成链条形状，可以弯，平时是放在输出辊道旁边的，需要开浇的时候用推送机构推到输出辊道上，辊道倒转让引锭杆进入拉矫机，这时拉矫机不仅要倒转，还要依次提起夹辊让过引锭杆头部，然后再压回来，就这样把引锭杆头部一直送到结晶器下口塞住，就可以准备开浇了，夹辊避让的目的是避免自身受损。
上图是一个引锭杆的设计图，不是示意图，连尺寸都有了，不该出现在教科书里的，难不成引锭杆都是这个尺寸？肯定是从设计图里抄来的，连简单改一下都懒得做。 从输送辊道送出的钢坯，也可以热送轧钢厂，只不过已经不是红得发亮的了，能够剩下几百度温度，在加热炉里可以节省部分能源。 连铸机有许多需要自动控制的地方，我只重点讲一个，二冷段的冷却水流量，因为钢坯到达拉矫机第一对夹辊处时，内部一定不能再有液心，不然就会被挤瘪了，但又不能太冷，不仅掰直困难，而且容易产生内部裂口，所以二冷段有多个温度检测，二冷水也分段调节流量，以保证整个二冷段的降温曲线稳定而准确。 下一次讲轧钢工艺。 |
|
|
