大型锻造钢锭的生产技术
大型锻造钢锭的生产技术
Christian Redl, Rainer Tarmann, Johannes Obitz, Matthias Pfennig,
Harald Holzgruber
白彦贵译
(奥地利因泰克特种冶炼公司，奥地利布鲁克8600)
摘要：目前对大型钢锭的需求特别是在能源市场上不断地增加，因此，对于生产大型钢锭的技术和设备存在巨大需求。本文介绍了大型钢锭不同的生产技术、所需的设备和最新的项目。关键词：钢锭浇铸；真空钢锭浇铸；锻造钢锭；氢含量
PRODUCTION TECHNOLOGIES FOR LARGE
FORGING INGOTS
Matthias Pfennig, Harald Holzgruber
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(INTECO special melting technologies GmbH, Bruck/Mur 8600, Austria)
Abstract：The required ingot sizes especially for the energy market are steadily increasing nowadays. Therefore it exists a huge demand for the equipment and technology to produce these large ingots. This paper shall give an overview about different production technologies, the required equipment and recent projects.
Key words：Ingot Casting, Vacuum Ingot Casting, Forging Ingots, Hydrogen Content
1  前言
虽然连续浇铸从上个世纪七十年代以来非常成功，在钢铁生产中，模铸钢锭一直占有重要地位。全球持续增长的能源需求促使对生产能源的材料的需求显著增长。这些原料通常由大型锻造钢锭制成。
在许多情况下，钢锭重量超过电弧炉的出钢量。因此需要进行多炉浇铸。目前最大的钢锭重达850 吨，特别是亚洲在过去几年投资了许多真空钢锭浇铸设备[1,2]。
在生产过程中存在两种生产理念：大气环境下多炉浇铸和真空钢锭浇铸。
一些钢厂只是偶尔生产大于出钢量的钢锭。然后对钢锭进行特殊处理获得较低的氢含量和避免锻造时剥落问题。这种情况不必要采用真空浇铸，传统浇铸工艺具有经济上的优势。
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如果氢含量要求非常低，则必须采用真空铸流脱气。真空铸流脱气的特别方式就是真空钢锭浇铸，这种浇铸钢锭可达700 吨，它要求钢厂具有良好的物流系统保证进行多炉浇铸。
下面将介绍浇铸方法和相应的设备。
2  多炉浇铸
多炉浇铸的基本思想是采用底部浇铸技术将多包钢水浇铸成为一个大型钢锭，这是在大
气条件下进行，因此在浇铸过程中容易增氢。为了保证安全稳定的浇铸必须采用特别流程和具有特别功能的钢锭浇铸车，通常情况
下，浇铸车在铁轨上移动到浇铸坑上。它载运第一包钢水，该钢包在浇铸过程中可当作中间包使用。第二包由浇钢天车吊运放置在第一包上面，浇铸操作如图1 所示：
图 1 多包浇铸
钢锭浇铸车上的钢包容易进行三维调整和通过滑动水口进行准确定位。浇铸车安装长水口保护上面钢包的钢水流入下面的钢包。理想情况是采用氩气保护长水口。称重设备可精确测定浇铸速度，如果需要可对浇铸速度进行控制和调整。滑动水口靠浇铸速度和下面钢包钢水液面保持恒定来控制直到上面钢包钢水浇铸完。
如果第二个浇钢天车可用就可进行多包浇铸。在任何情况下，天车的间隙都必须满足能将第二个钢包安放在钢锭浇铸车上。从冶金学角度，钢锭如果超过80 到100 吨就应该采用真空浇铸。
在过去几年，由于大钢锭需求的增加，钢包在35 到60 吨的多包浇铸已经调试成功。以这种浇铸技术浇铸的最大钢锭是120 吨，多于两个钢包浇铸。这种浇铸技术特别适合偶尔生产钢锭重量大于出钢重量的钢厂，投资也比较低。
3  真空铸流脱气
真空铸流脱气是目前钢厂采用的最久的真空处理工艺。真空脱气是在1950 年代初开发的，主要是在德国波鸿协会钢厂。大规模应用始于近年来的真空罐脱气（VD）和再循环脱气（RH）工艺[3]。真空铸流脱气的原理是将钢水从钢包浇铸到置于真空罐内的另一钢包或模锭内。在压力
减少的情况下，钢水铸流分散成小液滴，产生很高的表面体积比，有利于脱气反应。随着对大型钢锭的需求，特别是电力行业的需求，真空铸流浇铸引起了全球的兴趣。重
量达850 吨的钢锭浇铸正处于设计阶段。大型锻造钢锭真空浇铸的驱动力是氢含量要求非常低。氢是造成锻造时剥落的主要原
因。原则上，通过氢退可降低氢含量和减少剥落风险。然而，如果氢含量高（H>5ppm）的大型工件氢退周期可达 100 小时以上。合适的真空钢锭浇铸，大型钢锭的氢含量可低于1ppm[4,5]。
如果氢含量要求非常低建议在最终铸流脱气之前进行单个钢包脱气。不同工艺路线的脱氢趋势见图2。
图 2 不同工艺路线氢的含量
4  真空钢锭浇铸方式
真空钢锭浇铸可采用两种方式：直接浇铸（见图 3）或通过小型中包浇铸（见图 4）。
图 3 直接真空浇铸 图 4 通过小型中包浇铸
大多数情况下倾向推荐采用小型中包浇铸。它类似连铸操作的中间包，更好的控制浇铸 过程和安全。另外，也有利于非金属夹杂的分离。
赞美雪5  工艺设备
真空钢锭浇铸的主要设备如下： 真空
罐
真空罐通常是焊接板结构安装在工厂地面下面，真空罐大小根据安放在罐体内部的铸模 确定。为适应不同的钢锭尺寸可选择不同尺寸的真空罐。一个钢包支撑设备安放在真空罐内 实现钢包对钢包的铸流脱气。
真空盖 真空盖对真空罐进行密封，它携带小型中包或出钢钢包。真空盖衬有耐火材料，由天车
移动或安装在运载小车上。理想的设计是能够通过真空盖对铸流和铸锭进行观察。 保护渣
罐
在浇铸结束后应该立即加入发热型保护渣，保护渣罐安装在真空盖上。为避免再次氧化，
保护渣应该在真空下加入。小型中包和塞
棒系统
小型中包应设计为足够的容量，同时利于非金属夹杂的分离。浇铸速度由塞棒系统控制。
真空系统可采用蒸汽喷射真空泵或机械真空泵进行抽真空。根据蒸汽和电能的可获得性、浇铸频
率以及可用空间进行选择。不同的真空罐通过抽气管与真空系统连接。
6  工厂布置和物流
如前文所推荐的，真空钢锭浇铸之前要对每个钢包单独进行脱气处理。为了操作安全，
在浇铸开始之前，将要浇铸的炉次尽可能都要出钢，图5 显示了5 个钢包进行浇铸的工艺流程。所有炉次在真空浇铸前都要进行VD 脱气处理。显然实现该理想的工艺过程需要两座钢
包精炼炉。通常的浇铸速度在4-6 吨/分钟。根据工厂经验不同可进行大范围调整。图6 显
示了一个工厂布置案例，真空盖由天车移动。
图5 真空浇铸5 炉工艺顺序图 6 工厂布置案例2009 年亚洲某工厂安装了真空钢锭浇铸设备，它由七个真空罐与两种重量的钢包进行
组合。其中三个真空罐用于生产60-160 吨的钢锭，四个用于生产160-510 吨的钢锭。其中
一个真空罐安装钢包支撑系统用于钢包对钢包的脱气。因此采用两种不同的真空盖利用蒸汽
喷射泵抽真空，没有采用小型中包而直接进行浇铸。
音欠
7  结语
本文介绍了两种生产大型钢锭的方法。多炉浇铸适合于氢含量要求较低，钢锭重量小于100 吨的情况。由于投资成本低，该方法是钢厂经常采用的传统浇铸方法，偶尔可生产大于
出钢重量的钢锭。
真空钢锭浇铸工艺的实施需要对一些特殊设备的投资和对生产过程单元组合进行考虑，
特别是在满足对多个钢包浇铸成一个大型钢锭的需求时。然而这种方法特别适合生产几百吨同时氢含量要求非常严格的钢锭。两种方法的比较见表1。
表 1 两种浇铸方式的比较
参考文献
[1] Burghardt, H., Neuhof, G., Stahlerzeugung, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, Germany
(1982)
[2] Ubukata, T., Suzuki, T. Murayama, A., Ueda, S., Nakajima, T., Shibata, T., Rise in Productive Capacity by
Increase the Facilities in the Melting Shop, Proceedings 18th Int. Forgemasters Meeting, Pittsburgh (USA), 2011.
[3] Ikeda, Y., Morinaka, K., Muraoka, T., Recent Technological Progress on Large Ingots for Rotor Forgings,
Proceedings 18th Int. Forgemasters Meeting, Pittsburgh (USA), 2011.
[4] Ubukata, T., Suzuki, T., Ueda, S., Shibata, T., Dehydrogenation in Large Ingot Casting Process. Proceedings
17th IFM, Santander, Spain.2013重阳节是几月几日
[5] Toyooka, Y., Yamada, H., Naruse, H., Muraoka, T., Advanced Ladle to Ladle Stream Degassing Method in助理医师技能考试
JCFC, Proceedings 17th IFM, Santander, Spain.

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