真空鑄錠

將鋼錠模置入真空室內，鋼水通過置於真空室蓋子上的中間包注入鋼錠模鑄成鋼錠的鋼液真空處理技術。也稱真空澆注，其工藝示意見圖1。真空鑄錠是一種滴流真空處理法，中間罐內以流束狀下降的鋼液進入真空室內，由於壓力急劇下降，使流束膨脹，並展開成很大的角度以滴流狀降落，使脱氣表面積增大，有利於氣體逸出和促進表面反應。脱氣程度取決於注速、落下高度和擴散角的大小。也取決於鋼液中氣體含量，注口形狀，真空度以及鋼液的流動性等因素。

1—受鋼鋼水包；2—中間包；3—窺視孔；4—真空蓋；5—導流管；6—真空室；7—鋼錠模；8—密封橡皮圈

真空鑄錠的滴流脱氣是鋼液真空脱氣法的先驅。早在20世紀初，首次出現了因氫脆而在高碳鋼的機器部件、合金鋼製造的槍銃和裝甲鋼板內發現熱裂縫及發紋，30年代對鋼中氫和白點做了大量研究工作，大直徑鍛件擴氫慢、脱氣難，由於防止白點的熱處理費用非常昂貴，使鍛件製造者陷入困境。由於電站的發電機轉子和低壓汽機轉子曾發生過爆炸斷裂事故，而轉子都是NiMoV鋼，是因白點原因發生的事故。這些意外事故再次強調急需解決對鋼中氫的控制。1950年，聯邦德國的Bochumer Verein公司開始了鋼液脱氣試驗，1952年在該公司建成了世界上第一台35t、150t真空鑄錠室，並開始了大規模工業生產。1955年蘇聯開始試驗大鋼錠的真空澆注，1956年蘇聯烏拉爾機器製造廠建成了30t、120t真空室澆鑄鋼錠。1956年美國開始進行真空鑄錠，並於1958年建成了當時世界上最大的250t真空室。1957年日本建成10t真空室。此後，英國、意大利、奧地利、法國、比利時、新西蘭、瑞典、捷克斯洛伐克、波蘭、民主德國和西班牙等先後裝備了真空鑄錠裝置。真空鑄錠在50～60年代發展很快，它以脱氫為主要目的，適用於生產大型鍛造鋼錠。至今已有日本、美國、法國、俄羅斯等國，相繼建成了200～600_t級的真空鑄錠設備。

中國於1956年在瀋陽重型機器廠建成40t真空鑄錠工業試驗裝置，並於60年代初開始籌建使用蒸汽噴射泵的真空鑄錠裝置，由第一機械工業部第一設計院、西安重型機械研究所，第一重型機器廠進行設計製造並安裝於第一重型機器廠，其公稱容量為60t，實際最大澆鑄過120t鋼錠。1964年調試成功澆成第一支鋼錠，此後該廠用此裝置生產了一大批10萬kW以上汽輪發電機轉子等重要鍛件用鋼錠。此後20年間，真空鑄錠工藝和其他真空冶金工藝在中國得到了較大的發展。1975年第二重型機器廠建成200t真空鑄錠裝置，1979年第一重機廠建成250t真空鑄錠裝置投產，把我國的真空鑄錠工藝提高到一個新的高度。第二重機廠1989年建成國內最大的400t真空鑄錠裝置。在此期間，瀋陽、上海、太原、洛陽等地先後建成了一批100_t左右的真空鑄錠裝置。至此，中國的真空鑄錠技術水平已躋身於世界先進行列。

真空鑄錠工藝只適於一室一錠，多用來澆鑄大型鍛造用鋼錠，其設備除常規的鋼錠模、保温帽和底盤外，主要是真空室和真空泵。

由鋼板焊成的一個密封的筒形金屬室，上部有蓋蓋住，底部和側壁砌有耐火磚，側壁可全部砌磚，也可砌1/2高。在真空室蓋上有一澆口，澆注前用鋁盆緊緊蓋住，在蓋子上緊密地安放中間包，中間包水口必須與蓋上澆口的中心線重合。真空室、真空蓋、中間包之間用耐熱膠圈密封。由於鋼水進入真空室空間後就擴散成細流，鋼流不易對準鋼錠模，為此在真空蓋下方裝有導流管。導流管由鋼板捲成筒形，內砌耐火磚，其內徑各廠不盡相同，為200～460mm不等。真空室大小以能放入需澆鑄的最大鋼錠全部冶金附具（包括鋼錠模、底盤、保温帽）並留有適當的可供吊裝的空間為準。真空室的抽氣管道置於室的上部與真空泵聯結，並設置真空閥門。真空室蓋的開閉可以用吊車吊運，也可以自身帶有開閉裝置。為了看清澆注時鋼水流束的分散情況和鋼水上升位置，真空室蓋上裝有窺視孔，有的還裝有工業電視，在操作控制室內觀察澆鑄情況。

鋼液真空處理最早使用機械泵，機械泵有兩大缺點：一是抽氣量不大，一套真空鑄錠裝置得用很多台泵並聯，泵房站佔地面積大；二是比較容易損壞，維修量很大，從而限制了真空處理鋼水工藝的應用和發展，直到二次世界大戰後，製造出了排氣速度大的高性能高效率的真空泵，真空鑄錠技術才得以迅速發展。蒸汽噴射泵是以蒸汽為動力的真空泵，它的最大特點是沒有機械轉動部分，不易損壞，維修容易，操作方便，一般設計成四級或五級，分級把真空室抽到所需的真空度，真空度為26.7～66.6Pa。

真空澆鑄需經中間包，鋼水有一定温降，故出鋼温度比大氣澆鑄時要高。底盤、鋼錠模、保温帽事先在真空室內裝配完畢，蓋上真空室蓋，在冶煉即將結束時，開始安裝導流管和安放中間包，然後開始抽真空。當受鋼包內的鋼水注入中間包內約2/3高且澆注温度達到工藝要求時，打開中間包塞杆，鋼水經水口流出，熔化澆口上的鋁盆進入真空室注入鋼錠模內。鋼錠澆注完畢破壞真空，打開真空室蓋子，加入保温劑，鋼錠在模內靜置到完全凝固後脱模送水壓機車間。

日本製鋼、神户制鋼、美國伯利恆、意大利台爾尼等幾家生產大型鑄鍛件的工廠用真空鑄錠工藝製造發電機、汽輪機轉子、特厚板軋機支承輥、核反應堆大型封頭、高壓釜等鍛件的最大鋼錠已達570t。中國幾個重型機器廠用真空鑄錠法生產的電站鍛件、大型冷熱軋輥、壓力容器以及軍品等大型鍛件所需鋼錠，最大的已達260t。鋼水脱氫率平均約50%，真空澆鑄後鋼的氫含量平均約2×10-，最低氫含量<1.5×10-。根據中國第一重型機器廠對真空處理鋼鍛件縮短鍛後熱處理週期試驗的研究，60CrMnMo鋼、輥身直徑1270～1320mm的213根軋輥試驗結果，鍛後熱處理擴氫時間縮短了50%～60%；26Cr2Ni4MoV不易擴氫的發電機轉子用鋼，擴氫時間由原來的800h縮短到400h。大大縮短了製造週期，從而提高了設備利用率，降低了能源消耗。真空鑄錠除脱氫外，還能防止二次氧化，減少鋼水中非金屬夾雜物和鋼錠偏析程度，提高鋼錠內部質量。70年代初在真空鑄錠的基礎上發展了真空碳脱氧工藝，即以沒有脱氧或半脱氧的鋼水進行真空鑄錠，使鋼水在真空處理過程中用自身的碳來脱掉鋼水中的氧，因脱氧產物是CO氣體，不僅達到鋼水完全脱氧的效果，且提高了鋼水的純淨度。真空處理後鋼中夾雜物含量可降至0.01%以下。 ^[2]