模铸系统设计(design of ingot casting systern)

将钢水注入钢锭模凝成钢锭，供轧钢或锻压加工成钢材的工艺系统设计。它是炼钢厂设计的组成部分。模铸是传统工艺，1970年以来逐渐被连续铸钢(简称连铸)取代。但下列为数不多的产品，仍须采用模铸，难以用连铸取代：例如，供锻压用的大中型钢锭；一些特厚板用钢锭；复合钢板用夹心钢锭；某些高级特殊钢等。同时模铸工艺仍在不断发展改进，以提高质量，降低消耗和提高成材率。例如：(1)注流增加吹氩保护；(2)用双层底板将钢锭的平直底部改为球形底部，可以减少钢锭切尾率0．5％～1．0％；(3)镇静钢钢锭采用绝热帽、发热挂板和强发热剂，使钢锭切头率减少1％～3％；(4)钢包采用滑板水口；(5)钢包内衬采用整体灌注法制造等。

模铸产品分类 按钢水脱氧程度可分为沸腾钢、半镇静钢和镇静钢钢锭。这由钢厂产品方案和订货的钢种决定。模铸镇静钢钢锭需在钢锭模上装保温帽或绝热板，且待钢锭全凝后才进行脱模工序，工作量大且周转时间长；模铸沸腾钢和半镇静钢钢锭则不用保温帽或绝热板，都采用上小下大钢锭模，钢锭可在未全凝下脱模，因此作业较简单，周转时间也短。

浇铸方法 按钢水注入钢锭模的方向可分为上注法和下注法。采用下注法时，需安装中注管和在底板上砌入流钢砖，钢水注入中注管，经流钢砖后从底部进入钢锭模而凝固成钢锭。而上注法则需在底板上安放底垫和防溅筒，钢水由上部直接注入钢锭模中，一般单重小于600kg的钢锭采用下注法，大型钢锭采用上注法，而大多数中型钢锭可选择上注法或下注法。

模铸基本流程工序 模铸的基本流程工序组成见表1。

                           注：符号“o”指具有该项工序。

半镇静钢模铸的基本流程工序与沸腾钢相同。由表1可见，镇静钢模铸流程工序多，并且周转时间长，因此在镇静钢比例高的钢厂，其模铸系统规模较大。

模铸系统布置形式 可分为车铸和地面(坑)铸两种。车铸是钢锭模安放在铸锭车上浇铸，浇钢后铸锭车移送别处脱整模作业，一般用于规模较大的钢厂。地面(坑)铸为钢锭模安放于地面或地坑内，浇钢后就地脱整模作业，用于小型炼钢车间；锻压用大型钢锭，也采用这种作业方式。按铸锭列车在浇铸跨厂房内的停放方向不同，车铸又分为纵向车铸及横向车铸两种，因浇钢区或模注台形式的不同，又有多种类型，主要类型及其特点见表2。

纵向车铸 铸锭列车由1辆或多辆组成，其停放方向与浇铸跨厂房行列线平行。对于。一般大型转炉或电炉，每列车可浇1炉钢，对于中小型转炉或电炉，每列车则可浇2～4炉钢。浇钢后的列车由机车牵引，根据钢锭单重和钢种所定的冷凝时间，送厂房外停放冷凝，或者不经停放直接送脱整模间。视钢种和锭型的不同，按表1流程工序，分别进行脱整模作业。

有多座平炉的钢厂，因浇铸跨狭长和出钢点分散，宜采用纵向车铸。又因多数钢种的铸锭列车可停放在厂房外冷凝，占用厂房少，环境卫生条件好，因此纵向车铸也曾被多数转炉和电炉钢厂采用。但厂房外铁路线多，调度管理比较繁杂。纵向车铸车间由浇铸跨和脱整模间组成。

(1)浇铸跨。由浇钢区、钢包周转区、钢水处理区和翻渣区等组成。浇钢区是浇铸跨的主要部分，一个起重机走向一般有1～3条铸锭列车线，可供浇完一个钢包后接连再浇下一个钢包。一般在炼钢炉每侧设一个浇钢区，所需浇钢区数多时则增加浇铸跨跨数，也有在炼钢炉每侧设2个浇钢区的，但跨间要长，且需经纵向传送车将钢包送入第二浇钢区，或第一浇钢区设地浇机，使钢包由起重机吊运送入第二浇钢区。

浇铸跨的长度和宽度，根据浇钢区所需宽度以及合理安排其他作业区和铁路道岔等来确定。而浇铸跨起重机轨面高度，则按模铸作业和墙式悬臂起重机作业等所需的高度来确定。

(2)脱整模间。其组合由钢种、上注或下注工艺以及脱整模工作量等来确定。主要的组合方式有：综合的脱整模间；分为脱模间和整模间；分为底板间、绝热板间、上注及下注脱整模间。对各种组合的脱整模间，按钢厂日需铸锭列车数和分担的各工序作业周期，确定该跨间作业的铸锭列车位数。脱整模间的尺寸，除安排铸锭列车的作业车位外，尚需合理布置钢锭模冷床、中注管修换、保温帽修理和烘烤、汤道废钢堆放和运输线路等的作业位置，综合确定跨间的长度、宽度及高度等。

横向车铸 铸锭列车由1辆或多辆组成，其停放方向与浇铸跨厂房行列线垂直，布置若干条铸锭列车线，一般每列车浇1炉钢，大型转炉也有2列车浇1炉钢的，浇钢后列车由链绳牵引，横穿到平行的各脱整模跨，随锭型和钢种不同，按表1的流程工序，进行脱整模作业。也有由机车牵引到主厂房外送至脱整模间(同纵向车铸)进行脱整模作业的。

采用链绳牵拉的横向车铸，各跨厂房毗连，简化了繁杂的铁路运输，且铸锭车的台面宽度不受铁路运输限制，适于下注和扩大每块底板的钢锭支数，缩短浇钢周期，如日本福山钢，一曾采用长12m、宽7m的台面，每车可安放10个18t钢锭，一次浇180t钢水。其缺点是：对于镇静钢的大型钢锭，冷凝时间达150～250min，铸锭列车的周转时间成倍延长，造成铸锭车线增多而密布各跨厂房，费用较高。中国的中小钢厂，因钢锭单重小，每列车周转时间为90～120min，每座吹炼转炉只配3～4条线，条件较好。横向车铸的铸锭列车呈横向排列，其浇铸跨跨度要宽些。脱整模跨的组合方式也由钢种、上注或下注工艺以及脱整模工作量等来确定，主要的组合方式有：综合为一个脱整模跨；分脱模跨和整模跨；分底板跨、脱整模跨和钢锭模冷却清刷跨。脱整模跨的尺寸，主要取决于所需的铸锭车线数，并考虑钢锭模冷床等面积。

地面(坑)铸 浇钢和脱整模作业均在浇铸跨内进行，浇钢起重机和脱整模起重机的吊运作业互相干扰，浇钢和砌底板作业距离太近，劳动条件较差。但小型炼钢车间采用小钢锭下注工艺时，每座吹炼转炉配6～7炉的底板，可轮流浇铸和脱整模作业。对沸腾钢或半镇静钢，使用的是上小下大的钢锭模，浇钢后由起重机用特殊吊具将钢锭模成组吊起，空冷或浸入水池冷却1～3min，即可吊放在另一新砌完汤道砖的底板上，以供浇钢，省去了钢锭模外运和装卸车工序，操作简便；对上大下小的镇静钢钢锭，浇钢后用起重机成组吊挂钢锭头部的有炉号印志挂的倒U形环，来脱出钢锭，然后移模和清理底板，操作稍为复杂些。当跨间作业拥挤时，可用横向平板车将钢锭或钢锭模运送至旁跨内冷却、堆放或处理，中国转炉容量在30t以下的钢厂，曾多采用这种方式。

对于浇铸锻压钢锭的炼钢车间，其生产批量小，钢锭单重及锭身高度有多种，甚至还有单重150～350t的特大锻压钢锭，这些钢锭可安放在不同深度的地坑内浇铸，其钢锭多经保温车热送锻压车间加工。