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    实行硅系、铬系、锰系合金自动化浇铸的必要性

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实行硅系、铬系、锰系合金自动化浇铸的必要性一、自动化浇铸的发展过程高温液态物质连续浇铸的概念在19世纪中期就提出，1840年美国塞勒斯获得连铸铅管的专利，1846年转炉的发明者英国贝塞麦使用水冷旋转双辊式连铸机用于生产锡箔、铝板和玻璃板。

1866年美国亚瑟最早提出以水冷底部敞口固定结晶为特征的常规连铸概念，1872年英国戴维尔提出移动结晶器连续浇铸的概念，1886年—1889年提出了垂直浇铸的立式连铸机的设计，1921年提出了结晶器振动概念，使铸坯与结晶壁之间作连续相对运动，1931年瑞典皮尔逊提出结晶器以可变的频率和振幅做往复振动的想法，1933年连铸的先驱者德国容汉斯真正将这想法付诸实施，建设了世界上第一台立式带振动结晶器的连铸机，用于浇铸铜铝合金获得成功。

使有色金属连铸于30年代就已经应用生产于铜和铝的领域，在40年代容汉斯在德国建成第一台用于浇铸钢水的试验连铸机，随后期相续在美国、英国、奥地利、日本等国家建成了中间性试验连铸机。

其中（1951年在前苏联十月冶金厂建成了第一台不锈钢板坯连铸机，1952年在英国巴路钢厂建成了第一台小方型坯连铸机，1954年第一台浇铸圆坯的4流连铸机在原联邦德国建成，同年在加拿大阿特拉斯钢厂建成不锈钢坯连铸机，1956年在英国巴路钢厂建成了立弯式连铸机，同年瑞士冯莫斯获得弧形连铸机专利。

1958年第一台8流小方坯连铸机在意大利钢厂投产使用，1958年中国第一台连铸机在重庆第三钢铁厂建成，在60年代连续铸钢进入工业应用阶段，不少国家的工厂都相续建设连铸机，其中（1961年第一台立弯式板坯连铸机在原联邦德国建成，1963年第一台弧形结晶器小方坯连铸机在瑞士建成投产用于钢铁的浇铸，根据当年调查数据统计全世界已有61台连铸机投产，44台连铸机在建设之中，1964年第一台全连铸钢厂在英国谢尔顿工厂投产，同年第一台弧形板坯连铸机在原联邦德国梯林根钢厂投产。

1968年弧形结晶器板坯连铸机在美国钢厂投产，用于生产镀锡板，同年在加拿大钢厂投资一台工字梁连铸机。

以上连铸机的种类有立式连铸机、立弯式连铸机，直弧形连铸机、方板连铸机、椭圆形连铸机，弧形连铸机和水平连铸机，而这几种连铸机均适用于冶炼有色金属钢铁和铜铝合金领域。

有色金属钢铁和铜铝合金领域的连铸铸钢技术经历了“从本世纪30年代—40年代的提出了概念以及试验开发，50年代开始步入工业生产，60年代弧形铸机的出现，70年代由能源危机推动的大发展，到80年代日趋成熟的技术和90年代面临新的变革”的60年历史发展历程。

硅系、铬系、锰系合金（非金属）冶炼由于物料特性以及生产工艺与冶炼钢铁相比有着很大的区别，因此以上几种浇铸设备均不能使用到硅系、铬系、锰系合金冶炼产品的浇铸。

浇铸环节是衔接非金属产品冶炼完成后的最后一项工序，使高温液态直接浇铸一次成型能够达到客户要求的最终产品粒度的块状，在非金属硅冶炼行业中至今100多年来一直采用地模浇铸方法。

（国内一般浇铸尺寸长约4000mm宽2000mm高300mm或者1000mm1000mm200mm,国外一般浇铸尺寸约1000mm1000mm150mm,通过冷却后再进行人工铁锤破碎或破碎机破碎成为约50mm-100mm范围内）。

高温浇铸成套设备发明人朱辛其先生，1962年出生于中国，长期研究高温浇铸设备，经努力探索研究于2014年、2015年、2016年、2017年、2018年分别发明创造了多种不同用途的自动化浇铸成型流水线设备并获得中国国家专利。

高温浇铸脱模机构模具和高温浇铸成套设备专利成果在2017年第十四届中国科学家论坛、2018年第十五届中国科学家论坛被确定为优秀成果重点推介，并提名“发现2017、2018中国科技创新发明成果奖”。

与传统地模浇铸相比较，使用高温浇铸成套设备极大地改善了劳动条件，节省了大量劳动力，为提高生产率和产品质量创造了有利条件，该设备机械化、自动化程度高，提高了浇铸能力和浇铸速度，有效的控制杂质元素偏析的现象。

高温浇铸成套设备实用于金属硅、硅铁、硅锰、镍铁、铬铁等高温冶炼一次性浇铸成型产品领域，使用高温浇铸成套设备能够有效的控制杂质元素含量的偏析，改变使用地模浇铸造成对产品的比表面积和冷却时晶体微观结构以及粒度大小无法控制的难题。

由于比表面积、晶体微观结构以及粒度大小不均，对下游企业使用时造成原材料的浪费、成品率低、活性差、熔炼电耗高的不良影响。

自动化浇铸流水线设备能够使产品一次性成为合格产品，淘汰了用地模浇铸冷却后使用人工铁锤破碎或破碎机破碎的方法，两种破碎方法同样都存在用人多、浪费大、成本高，粒度大小无法控制的缺点。

二、高温浇铸成套设备工艺流程整个流水线操作实现自动化控制，高温浇铸成套设备工艺流程：台包倾倒装置平台→自动倾倒→倾倒流槽过滤→台包倾倒系统液压站→自动定时输送系统→块状合格产品一次成型→台包倾倒装置旋转扒渣→自动脱模装置→实现连续浇铸→模具喷涂保护装置→流水线系统液压站→自动称重吨袋包装系统→取样化验→按等级牌号入库。

三、浇铸时间的确定在非金属硅产品浇铸时为了使台包内的硅液不致因散热太多而形成台包内硅液上面凝壳和凝固，又能充分发挥其允许的浇铸时间潜力，保证浇铸的顺利进行，必须适当地确定和控制不同容量的台包允许浇铸时间。

根据金属硅液态凝固特性，采用“大流量、快流速”的浇铸操作方法，以利于迅速而平稳地填充模具，顺利完成浇铸工序。

产品浇铸形状和尺寸根据用途来确定，浇铸形状有：方形、矩形、圆柱形、梯形、圆锥形、多边形等。

在非金属产品生产浇铸中，当浇铸的硅锭比较厚时，一般硅锭成馒头形，中间厚而四边薄，因硅锭厚薄不一，四边薄的部位散热快，冷却快，而中间厚的部位散热慢，冷却慢。

通过研究和化验数据证明，目前现有工艺浇注长4000mm宽2000mm厚度200mm-320mm时，其中部最高部位断面中部的杂质元素含量可倍数地超过上部、下部的杂质元素含量，从而造成严重的偏析，使非金属产品中的杂质元素含量分布不均匀而严重影响产品质量。

根据以上化验数据的研究，在浇注时尽量减少产品中杂质元素的偏析，首先应控制浇注产品的厚度，按此推断，产品越薄越好，但由于产品特性硬而脆，结合下游使用企业对产品粒度要求，产品粒度尺寸以50mm-90mm左右为宜。

非金属产品浇铸过程中杂质元素的偏析，除与浇铸厚度有关外，还与浇铸速度和浇铸面积的大小以及冷却时间有关，在浇注时尽量使硅液尽快散热凝固，减少杂质元素的偏析程度，使产品中的杂质元素分布均匀，从而提高产品质量有着非常重要的意义。

五、实现自动化浇铸的特点（1）通过建立合理的控制模型，结合非金属产品物料的特性，保证工艺的最佳状态，以保证产品质量。

非金属液态浇入地模后边传热，边凝固，边运行，形成了液相穴相当长的板块，一般情况尺寸范围大约长4000mm宽2000mm高300mm，有的为使加速凝固冷却和保护地模的使用寿命，使用通水地模，存在极大的安全隐患。

其过程进行着一系列比较复杂的物理与化学变化，显然自动化连续浇铸成型具有连续性强，工艺难度大和工作环境条件差等因素，因此生产工艺对机械设备提出了较高的要求，设备应具有抗高温、抗疲劳强度的性能和足够的刚度，制造和安装精度要高，易于维修和快速更换。

传统地模浇铸后产品板块加工工艺流程：采用行吊将台包里硅液→倒入地模→台包除渣→冷却后将地模里的硅板运至包装车间→进行取样化验→化验后进行人工铁锤破碎或用破碎机破碎→破碎后进行人工称重吨袋包装→按等级牌号入库。

高温浇铸成套设备工艺流程：实现自动化控制，台包倾倒装置平台→自动倾倒→倾倒流槽过滤→台包倾倒系统液压站→自动定时输送系统→硅块一次成型→台包倾倒装置旋转扒渣→自动脱模装置→实现连续浇铸→模具喷涂保护装置→流水线系统液压站→自动称重吨袋包装系统→取样化验→按等级牌号入库。

六、高温浇铸成套设备与地模浇铸比较主要优势：（1）使连续浇铸工艺科学化，安全可靠，实现了自动化浇铸是提高产品质量的重要途径之一，改善了工作环境。

三、实现自动化浇铸所带来的经济效益综上所述，实现自动化浇铸主要优点体现在以下几个方面：（1）实行自动化浇铸不需要众多人工破碎或破碎机破碎，一次性浇铸成合格产品。

（5）解决产品偏析，稳定产品质量，提高经济效益，有十分重要的意义。

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