連鑄

連鑄(Continuous casting, strand casting)，也稱為連續鑄鋼，是將熔融金屬凝固成「半成品」鋼坯（英語：Billet (semi-finished product)）、大方坯（英語：Bloom (casting)#Bloom）或板坯（英語：Slab (casting)#Slab）的過程，以用於隨後在精軋機中軋制。在1950年代引入連鑄前，傳統的模鑄法是把鋼水倒入固定模具中以形成鋼錠。模鑄需要把一爐鋼水間斷地澆注成多根鋼錠，待凝固成形冷卻後脫模後得到鑄坯。因模鑄每澆一次要做模具、冷卻再脫模，佔地面積大，時間比較長生產效率低。連鑄已經發展到提高產量、質量、生產率和成本效率。由於產品的連續標準化生產固有的較低成本，以及通過自動化提供對過程的增強控制，它允許以較低成本生產質量更好的金屬型材。該工藝最常用於鑄鋼（就鑄鋼噸位而言）。鋁和銅也是連續鑄造的。^[1]

設備與工藝

鑄鋼

熔融金屬從熔爐中進入鋼包(ladle)中。在經過任何鋼包處理（如合金化和脫氣）並達到正確的溫度後，鋼包被運送到澆鑄機的頂部。通常，鋼包位於鑄造機旋轉轉塔上的槽中。一個鋼包處於「澆注」位置（給澆鑄機供料），而另一個澆包處於「待澆注」位置，當第一個鋼包為空時切換到澆注位置。

從鋼包中，鐵水通過耐火罩（管）轉移到稱為中間包（英語：tundish）的保溫槽(holding bath)中。中間包（英語：tundish）允許金屬儲罐在鋼包切換時為澆注機供料，從而充當熱金屬的緩衝容器，以及平滑流動、調節模具的金屬進料和清潔金屬。^[2]

通常使用的一次性工作襯裏耐火材料稱為「中間包板」(tundish boards)。

金屬從中間包中通過另一個護罩排入開放式銅結晶器的頂部。結晶器的深度可以從 0.5 到 2 米不等，具體取決於鑄造速度和截面尺寸。結晶器採用水冷方式，使與模具直接接觸的鋼水凝固；這是主冷卻工藝。它還垂直振動（或以接近垂直的曲線路徑）以防止金屬粘在結晶器壁上。將潤滑劑（與金屬接觸時熔化的粉末或液體）添加到結晶器內的金屬中以防止粘連，並捕獲可能存在於金屬中的雜質並帶到池頂形成一層浮渣。護罩的設置使熱金屬在結晶器的渣層下方排出，因此稱為浸入式入口噴嘴 (submerged entry nozzle, SEN)。在某些情況下，中間包和結晶器之間可能不使用護罩（「開放式澆鑄」）；在這種情況下，中間包底部的可互換計量噴嘴將金屬引導到模具中。一些連鑄佈局從同一個中間包給幾個結晶器供料。^[3]

在結晶器中，靠近結晶器壁的先固化的薄層金屬，而在結晶器中間部分（現在稱為股線strand）的鋼水在離開結晶器底部進入噴霧室仍未固化，仍處於熔融狀態。股線立即由緊密間隔的水冷軋輥支撐，軋輥支撐股線壁以抗衡股線內仍在凝固中的液體的鐵靜壓力（比較靜水壓力）。為了提高固化速度，當線材通過噴水室(spray-chamber)時，需要用大量用水噴灑；這是二次冷卻過程（「二冷」）。線材的最終固化可以在線材離開噴水室之後進行。在此處，連鑄機的設計可能會有不同選擇。可用「弧形圍裙」(curved apron)的立彎式連鑄機；也使用垂直佈局的立式連鑄機。在弧形板式連鑄機中，鑄流垂直離開結晶器（或在接近垂直的曲線路徑上），當鑄流通過噴腔時，軋輥逐漸將鑄流向水平方向彎曲。在立式連鑄機中，鑄流在通過噴水室時保持垂直。弧形圍裙鑄造機中的結晶器可以是直的或彎曲的，這取決於機器的基本設計。^[4]

在真正的臥式連鑄機中，結晶器軸線是水平的，鋼的流動是水平的，從液態到薄殼再到固態（無曲線部分）。在這種類型的機器中，使用股線或模具振動來防止粘在結晶器中。^[5]

離開噴水室後，鋼股線通過拉矯機的矯直輥（如果在非立式機器上澆鑄）和拉出輥完成拉坯矯直。出了連鑄機後可能會有一個熱軋機架，以利用金屬的熱條件來預成型最終的鑄坯。最後，通過機械剪或移動式氧炔炬將鋼股線切割成預定的長度，進行標記以供識別，然後將其送往庫存或下一個成型工藝。

在許多情況下，鋼股線可能會繼續通過額外的軋輥和其他機構將金屬壓扁、滾動或擠壓成最終形狀。

自1980年代中期以來的發展減少了可鑄造的厚度，最初是約50毫米厚的棒材，也稱為薄板坯，後來減到2毫米厚的帶狀鑄件。

鑄鋁和鑄銅

鋁的垂直連鑄機
熔融的鋁澆築在鑄盤(俯視圖)
鑄盤(仰視圖)
切割後的鑄鋁錠

由於較低的融化溫度，鋁和銅更容易水平連鑄，並且更易於近淨成形（英語：near net shape），即初始生產非常接近最終（淨）形狀，從而減少了表面處理的需要。減少加工或磨削等傳統精加工可消除某些行業三分之二以上的生產成本。^[6]

參考文獻

^ Oman Aluminium Rolling Company: Capturing Growth Trends for Aluminum and Transforming Oman, Andrea Svendsen Company: Light Metal Age Issue: Vol. 70, No. 6 Summary 2013
^ T Frederick Walters, Fundamentals of Manufacturing for Engineers. Taylor & Francis, London, 2001
^ Mechanical Engineer's Reference Book, 12th Edition. Edited by E.H. Smith. Published by Elsevier, Amsterdam, 1998.
^ Dr.–Ing. Catrin Kammer, Goslar, Continuous casting of aluminium, pp 16–17, 1999, European Aluminium Association
^ Matthew J. King, Kathryn C. Sole, William G. I. Davenport, Extractive Metallurgy of Copper, pp 166, 239, 256-247, 404-408, Copyright 2011 Elsevier Science, Ltd.
^ Modern Advances in Producing Building Sheet Products from Twin Roll Cast Aluminum, Light Metal Age, April 2008

外部連結

Section sizes from the Bluescope Steel website and from the AISI's website on continuous casting
Thin slab casting and rolling, Ispatguru website （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
Continuous Casting of Steel: Basic Principles
Continuous casting section at steeluniversity.org, including fully interactive simulation
Video of the continuous casting process. West Virginia State Archives. Filmed in 1969. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）

[1] Oman Aluminium Rolling Company: Capturing Growth Trends for Aluminum and Transforming Oman, Andrea Svendsen Company: Light Metal Age Issue: Vol. 70, No. 6 Summary 2013

[2] T Frederick Walters, Fundamentals of Manufacturing for Engineers. Taylor & Francis, London, 2001

[3] Mechanical Engineer's Reference Book, 12th Edition. Edited by E.H. Smith. Published by Elsevier, Amsterdam, 1998.

[4] Dr.–Ing. Catrin Kammer, Goslar, Continuous casting of aluminium, pp 16–17, 1999, European Aluminium Association

[5] Matthew J. King, Kathryn C. Sole, William G. I. Davenport, Extractive Metallurgy of Copper, pp 166, 239, 256-247, 404-408, Copyright 2011 Elsevier Science, Ltd.

[6] Modern Advances in Producing Building Sheet Products from Twin Roll Cast Aluminum, Light Metal Age, April 2008

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