簡介
開展異形坯連鑄研究最早的是英國鋼鐵協會，在60年代初就提出了用連鑄狗骨狀的鑄坯軋制H型鋼。而德國的西馬克公司研製的異形坯連鑄機於1968年在加拿大阿爾戈馬鋼鐵公司的工業試驗成功，從而使異形坯連鑄開始真正進入工業生產階段。此後，日本引進了這項技術，並得到了進一步發展，80年代初已有4台異形坯連鑄機連續投產。在美國，用異形坯軋制H型鋼的工藝在1981年才受到幾家小鋼廠的重視，隨即得到迅速發展。其中，紐柯爾一大和(Noucor-Yamato)鋼廠是比較有代表性的一家，其2號異形連鑄機生產的異形坯規格達到了1048mm X 450mm X 110mm 。
目前，異形坯連鑄在世界上已是比較成熟的技術，國外已有20多台異形連鑄機為H型鋼軋線提供坯料。用連鑄異形坯生產H型鋼的一般工藝流程為:煉鋼→異形坯連鑄→冷床→加熱爐→初軋開坯機→萬能初軋機→二輥軋邊機→萬能精軋機→H型鋼。
為了實現連鑄連軋H型鋼，異形坯連鑄正向H型鋼坯連鑄(近終形連鑄)發展，西馬克公司開發的緊湊式鋼樑生產工藝流程(簡稱CBP)就屬於這一類，其工藝流程為:煉鋼→H型鋼坯連鑄→冷床→加熱爐→立輥軋機→萬能初軋機→二輥軋邊機→萬能精軋機→H型鋼。連鑄出的鑄坯更接近H型鋼尺寸，工藝流程進一步縮短 。
馬鋼異形坯連鑄機簡介
我國對異形坯連鑄機的研製是近幾年的事。正在建設的馬鋼異形連鑄機，是國內研製的首台異形坯連鑄機。
馬鋼異形坯連鑄機主要設備工藝布置。該鑄機共3流，可同時澆鑄異形坯和矩形坯。採用的是弧形板式結晶器，圓弧半徑10m，三點矯直，短臂四連桿振動。二冷段共有32組支撐輥，結晶器月面中心距二冷段第32組支撐輥中心線7.1m。異形坯拉速為0. 6-0. 9m/min。改澆矩形坯時，只需更換結晶器、二冷段、引錠桿頭，並適當調整中間包水口位置即可，比異形坯更換斷面所需時間還短 。
異形坯連鑄的關鍵技術及設備
異形坯斷面形狀、尺寸是由軋鋼工藝要求確定的。異形坯表面積大，散熱條件好，在二冷段內就已完全凝固，所以矯直為固相，矯直許用應變值較大，對矯直有利。異形坯矯直後形狀變化大，主要影響的因素是翼板尺寸H, H確定後，只有通過增大鑄機半徑R來改善異形坯矯直後的斷面形狀。異形坯斷面形狀複雜，斷面上各點散熱條件差別很大，若鑄坯在鑄機內停留時間增長，斷面上各點溫差就增大，易於產生矯直缺陷。因此，異形坯連鑄機的半徑R和拉坯速度受到限制，鑄機半徑小，影響矯直形狀，而半徑過大或拉坯速度過低都會增長鑄坯在鑄機內的停留時間，導致異形坯斷面上各點溫差增大。拉坯速度過高，二冷段支撐就有間題，特別是異形坯剛拉出結晶時，由於坯殼較薄，異形坯要得到較好支撐很困難。而且，提高拉速冶金長度增長，二冷段支撐長度也相應隨之加長，從而增大了設備複雜程度。
H型鋼坯連鑄順利解決了這些問題，由於H型鋼坯腹板和翼板尺寸薄，鋼水熱量幾乎都被結晶器冷卻水帶走，冶金長度很短，鑄坯拉出結晶器很快就完全凝固，二次冷卻水量很少，很容易獲得溫度均勻的高溫鑄坯，鑄機拉速可大大提高。歐美國家煉鋼普遍採用矽(Si)脫氧，連鑄採用定徑水口壽命很高，定徑水口尺寸小且結構簡單，連鑄異形坯可在腹板與翼板相接的最大直徑D外分別設定兩個水口同時澆鑄。國內煉鋼主要採用鋁(Al)脫氧，鋼水中殘存的A1203易於堵塞定徑水口，增大水口直徑就只能採用塞棒或滑動水口，結構不僅複雜，占據空間位置也較大，由於受中間包上的位置限制，在異形坯結晶器上只能設定一個水口澆鑄，所以國內異形坯連鑄的水口設計布置難以妥善解決。在異形坯腹板與翼板相接處的最大直徑D處設定水口較易實現，但只設定一個水口澆鑄，鋼水在結晶器內流動不對稱，結晶器內熱量分配不均，坯殼凝固厚度不均勻，導致水口設定處凝固終點增長，影響鑄坯質量。一個水口澆鑄的最佳位置應該是在異形坯腹板中間位置，但這裡尺寸太小，無法採用常規浸入式水口，只能採用特製的扁平浸入式水口澆鑄。國外在異形坯腹板厚度為90mm的異形坯連鑄機上已成功使用這種水口，在薄板坯連鑄機上寬度為70mm的結晶器上也採用這種水口，但國內這項技術套用較少。
異形坯連鑄機與方(矩)形坯連鑄機的結構形式基本相同，主要區別在於結晶器的內腔形狀和二冷段支撐輥的分配布置形式。
結晶器
異形坯結晶器最初是由兩塊銅錠組成的，一塊為外弧，一塊為內弧，用氣缸夾在一起固定在振動台上，結晶器內腔四周通水冷卻。這種結晶器修磨後內腔形狀、尺寸變化較大，壽命短，在異形坯翼板(窄邊)上容易產生縱向裂紋。因此，異形坯結晶器經過多次改進，才逐步得到完善。近年來，按少方坯管式結晶器的爆炸成型方法製造的管式異形坯結晶器，其規格已達到432mm X 204mm X 102mm。這種結晶器製造成本低，修復較容易，可製造出各種錐度，是未來異形坯結晶器的主要形式。
馬鋼異形坯連鑄機結晶器。它由4塊銅板組成，銅板通過螺栓固定在兼作冷卻水箱的支承框架上，其中外弧支承框架為U型，其餘三邊用可設定夾持力的夾緊裝置聯接在U形框架上，結晶器冷卻水通過4個迴路進出，總冷卻水量為200m³/h。內外弧在銅板上鑽水孔冷卻，兩側銅板上開水縫冷卻。冷卻水流速需大於8m/s，以降低銅板溫度，縮小銅板各處的溫差。
異形坯結晶器銅板國外多採用鉻鉛製造，因為這種銅板的高溫導熱性好，熱膨脹係數低，軟化溫度高，再結晶溫度可達400℃。由於異形坯結晶器銅板形狀複雜，加工費用高，一般都在銅板表面增鍍耐磨材料，以延長使用壽命。異形坯結晶器銅板也可以採用導熱性好的含銀磷脫氧銅板。紐柯爾一大和鋼廠異形坯連鑄機結晶器採用的複合鍍層(Ni-f-Cr)的含銀磷脫氧銅板壽命也很高，而且價格便宜。其方法是:先鍍Ni，加工為0. 3mm厚，再均勻鍍Cr，厚度嚴格控制在0. 05-0. 1mm以內。
鋼水在結晶器中冷卻形成坯殼的同時，由於凝固收縮在結晶器壁會形成氣隙，氣隙增厚則嚴重影響結晶器的冷卻傳熱，是造成鑄坯缺陷的主要原因之一。為了消除或減少氣隙，結晶器設有錐度。由於影響氣隙厚度的因素很多，很難用一個函式式來表示，所以結晶器的實際錐度只能採用一條近似曲線。結晶器錐度的設計還應考慮銅板溫度的影響，彎月面下100mm附近的銅板溫度最高，熱膨脹量也較大。為了加工方便，結晶器實際錐度一般只用一條直線(稱單錐)或一條折線(稱雙錐)代替，錐度值靠經驗來確定。異形坯結晶器採用雙錐效果較好，但異形坯斷面形狀複雜，按理斷面一周的坯殼凝固收縮程度不同，則各點的錐度也應不一樣，要做到這點很困難。為了加工方便，斷面一周各點按一定區域分別給定錐度值:兩窄邊(側翼)為從上到下向內傾斜的倒錐度，錐度值最大，一般取0.8-1.20a/m，其餘各處的錐值較小，在0.80a/m之內，腹板和翼板相交圓角處幾乎沒有錐度。這裡應特別注意翼板內側斜面及過渡圓角處錐度的設計，如果設計不合理，坯殼在這一帶極易產生內部裂紋和表面裂紋。
二冷段
異形坯連鑄機的弧形區包括二冷段和支承導向段。二冷段在結晶器和支承導向段之間，包括足輥和幾個獨立的二冷小段，足輥固定在結晶器上，隨結晶器上下振動。異形坯冷卻條件好，冶金長度短，二冷段相對也較短，受異形坯形狀所決定，凝固點必須控制在二冷段內。馬鋼異形坯連鑄機二冷段設計為一組結晶器足輥和0號、1號兩個二冷小段，共32組168個支撐輥。
二冷段一般採用調節範圍寬的氣水噴咀冷卻，為了快速冷卻剛拉出結晶器的鑄坯，在足輥處可採用噴霧水強冷，冷卻水量約占二次冷卻水量的20%以上。二次冷卻所需的總水量一般為0. 6-1. 1L/kg鋼。由於異形坯斷面形狀複雜，冷卻面積大，而且斷面各點散熱條件不同，所需的冷卻強度也不一樣。為使鑄坯得到均勻冷卻，需要設計一種合理的冷卻方式。
馬鋼異形坯連鑄機二冷段噴咀布置形式，共分七個冷卻迴路，其中一個為噴霧水冷卻，其它六個為氣水冷卻。噴淋水有五種控制方式，噴吹空氣有四種控制方式，可根據鋼種、拉速和其它澆鑄條件，確定一個最佳的冷卻模式進行冷卻。
異形坯連鑄機二冷段除對鑄坯進行強制冷卻外，還應有效地支承鑄坯，以防止鼓肚變形。異形坯剛拉出結晶器時，坯殼較薄最易鼓肚，所以足輥及二冷段最初幾組支撐輥的輥徑和輥距應儘可能小，各組輥子的布置應儘可能接近異形坯的形狀。隨著異形坯在二冷段內冷卻時間的增長，坯殼逐漸增厚，異形坯剛度增大，支撐輥的輥徑和輥距也可以增大。異形坯翼板兩端的冷卻條件好，幾乎完全凝固，因此側翼兩端的四個支撐輥可以取消，這樣就大大簡化了結構。
二冷段最初幾組支撐輥的輥徑較小，但在這一區域的噴水量較多，這些輥子靠外部冷卻已能完全滿足輥子軸承冷卻要求。隨後輥徑、輥距增大，噴水量減少，輥子軸承主要採用內部通水冷卻 。
總結
異形坯連鑄機主要是隨H型鋼軋機生產發展起來的。目前國內H型鋼的產量少，規格小，鋼結構設計一般只能採用焊接H型鋼。軋制的H型鋼精度高，重量輕，強度好，馬鋼H型鋼生產線的投產，必將促進軋制H型鋼在國內各領域內的廣泛使用，也將推動我國異形坯連鑄技術的發展 。
