连铸技术发展现状综述

《连续铸钢》论文

论文题目：连铸技术发展现状综述

作 者： ___________________________

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指 导 教 师： ___________________________

李昌齐 冶金工程 刘宇雁

连铸技术发展现状综述

李昌齐

（08冶金1班0861107143）

摘要：阐述了我国连铸技术的发展状况及其与工业发达国家之间的差距，系统地归纳和总结了连铸设备及其关键技术，并就今后我国连铸技术的发展方向进行了探讨。

关键词：连铸技术；连铸设备；发展现状

引言

连铸是把液态钢用连铸机浇注、冷凝、切割而直接得到铸坯的工艺。它是连接炼钢和轧钢的中间环节，是炼钢生产厂（或车间）的重要组成部分。一台连铸机主要是由盛钢桶、中间包、中间包车、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却装置、拉坯矫直装置、切割装置和铸坯运出装置等部分组成的。连铸技术的应用彻底改变了炼钢车间的生产流程和物流控制，为车间生产的连续化、自动化和信息技术的应用以及大幅度改善环境和提高产品质量提供了条件。此外，连铸技术的发展，还会带动冶金系统其他行业的发展，对企业组织结构和产品结构的简化与优化有着重要的促进作用。

1 连铸技术

1.1连铸和模铸的比较优点

图1是模铸工艺流程和连铸工艺流程的比较。可以看出二者的根本差别在于模铸是在间断情况下，把一炉钢水浇铸成多根钢锭，脱模之后经初轧机开坯得到钢坯；而连铸过程是在连续状态下，钢液释放显热和潜热，并逐渐凝固成一定形状铸坯的工艺过程。[1]钢在这种由液态向固态的转变过程中，体系内存在动量、热量和质量的传输，相变、外力和应力引起的变形，这些过程均十分复杂，往往耦合进行或相互影响。[2]

连铸工艺具有如下优点[3]：

(1)简化了铸坯生产的工艺流程，省去了模铸工艺的脱模、整模、钢锭均热和开坯工序。流程基建投资可节省40％，占地面积可减少30％，操作费用可节省40％，耐火材料的消耗可减少15％。

(2)提高了金属收得率，集中表现在两方面一是大幅度减少了钢坯的切头切尾损失；二是可生产出的铸坯最接近最终产品形状，省去了模铸工艺的加热开坯工序，减少金属损失。总体讲，连铸造工艺相对模铸工艺可提高金属收得率约9％。

(3)降低了生产过程能耗，采用连铸工艺，可省去钢锭开坯均热炉的燃动力消耗。可节省能耗1／4～1／2。

(4)提高了生产过程的机械化、自动化水平，节省了劳动力，为提高劳动生产率创造了有利条件，并可进行企业的现代化管理升级。

1.2我国连铸技术的发展状况

我国从50年代开始研究连铸技术。1957～1959期间先后建成三台立式连铸机。1964年重庆钢铁厂建成一台板坯弧形连铸机，这是世界上工业应用最早的弧形连铸机之一。80年代后，我国连铸技术进入新的发展时期，从国外引进了一批先进水平的小方坯、板坯和水平连铸机。80年代中期，我国拥有了第一个全连铸钢厂——武钢第二炼钢厂。近年来，我国连铸技术飞速发展，到2005年，全国除海南、宁夏、西藏外，其他各省(市、自治区)都有了连铸生产，连铸比已经达到了97．5％。目前，我国的钢铁冶金工艺水平达到了世界中上等水平。[4]

2 连铸工艺参数

连铸机的主要参数是决定设备性能和规格的基本因素, 也是设备选型和机械设计的主要依据。主要工艺参数包括：

（1）铸坯断面, 是确定连铸机型和功能的设计依据既要考虑炼钢炉容量及连铸机的生产能力, 又要考虑轧钢机规格和铸坯断面的关系, 以确保铸坯质量的最小最经

济断面。

（2）拉速。拉速(m/min)或注速(kg/min·流)是连铸机生产能力的标志, 是生产操作中的重要控制参数：受设备条件（冶金长度）、安全浇注（防止漏钢）及铸坯质量（内裂、偏析）等诸因素的限制, 拉速不能太大。

（3）冶金长度, 即铸坯的液心长度它是以最大拉速浇注最厚铸坯时钢液从结晶

器液面开始至全部凝固完毕时的长度。它是确定弧形连铸机半径和二次冷却区长度的一个重要工艺参数。

（4）弧形连铸机的半径, 是指外弧的半径。它是决定设备高度和铸坯厚度的重要参数。

（5）铸机流数。在钢包容量一定的条件下, 在浇注时间、铸坯断面及拉速确定后, 即可确定铸机流数, 以协调冶炼和连铸的匹配关系。[1]

3连铸机的主体设备及现状

连铸机的发展大致经历了立式--立弯式--弧形--超低头形--水平等几个阶段。每种机型都各有其特点，有它最适应的范围，还没有一种机型可完全取代其他机型。按铸流几何轨迹形式又可分为：立式、立弯式、弧形。

连续铸钢机是一套庞大而复杂的设备, 可以分为主体设备、辅助设备、工艺性设备及自动控制与检测仪表等四部分。

主休设备包括：浇钢设备、钢包及其承载设备、中间包及中间包车、结晶器及其振动装置、二次冷却及其支导装置、拉矫机、引锭装置和切割装置。辅助设备包括：铸坯输送辊道、精整设备及铸坯打印, 堆放设备等。

3.1钢包支承

钢包支承可以用吊车、固定座架、钢包车或回转台。回转台可以较少换包时间，有利于实现多炉连浇，同时回转台本身也可以完成异跨运输。[5]钢包回转台工作时，出钢跨一侧的吊车将盛满钢水的钢包吊放到回转台的接包支撑架上，然后回转台旋转180度，将钢包转到连铸跨中间包上方的浇注位置进行浇注。浇注完毕，再把空包转出的同时，又把另一个盛满钢水的钢包旋转到浇注位置，这样就可以快速更换钢包，实现多炉连浇。[2]随着连铸技术的发展，钢包回转台有功能更齐全的双臂摇摆式回转台和多功能回转台。

钢包回转台的关键技术有：钢包加盖，单包升降系统，钢包称量系统，防氧化保护浇注系统，钢包下渣检测系统，钢包倾斜机构，长水口自动安装系统，钢水质量控制系统，钢水温度控制检测系统，钢包吹氩搅拌系统，回转驱动采用液压马达的新型驱动系统。[6]

3.2中间包和中间包车

中间包是用来承接钢包钢水的过渡装置，主要功能是减少钢水的静压力, 使钢流平

稳、夹杂物上浮, 减少钢液对结晶器内凝固坯壳的冲刷，使钢水在中间包内有合理的流动状态，以小而均匀的温降向多流铸坯分配钢水, 在更换钢包时贮存钢水。

中间包的容量一般为钢包容量的20%-40%。通常情况下，钢水在中间包内停留

6-9min，这样才能保证夹杂物的上浮。为此，中间包有向大型化方向发展的趋势，容量可达60-80t，钢液的深度可达1000-1200mm。[5]

中间包车是中间包的运载工具。设置在连铸平台上，每台连铸机有两台中间包车，每台中间包车承载一个中间包，它们在中间包烘烤位置与结晶器之间行走。中间包车把烘烤考的中间包快速运到浇注位置，浇注完毕又把中间包从结晶器处运走，另一侧的中间包车又把烘烤好的中间包运过来，可以快速更换中间包，实现多炉连浇。[1] 3.3结晶器及振动装置

结晶器是连铸设备中最关键的部件，人们称它是连铸机的心脏。钢液在结晶器内凝固成所需的断面形状和一定厚度的坯壳，当铸坯拉出结晶器时在机械应力和热应力的综合作用下，保证坯壳不拉漏以及不产生变形和裂纹等缺陷。

结晶器的上下振动, 主要是为了防止凝壳与结晶器粘结、消除漏钢、在严格控制的条件下漏钢率可能减少到零。结晶器的振动由马达带动偏心轮来驱动, 目前已经开发了液压驱动装置。结晶器的振动必须保证结晶器上各个不同点的振幅相同,水平或径向运动误差小于0.2mm。高频率（达400次/min）低振幅的振动方式已经在推广使用。

结晶器关键技术有：结晶器倒锥度，在线热状态调宽调锥度系统，结晶器在线停机调厚，高速浇铸时铜板冷却水高流速均匀传热冷却结构，各种有效的液面检控系统，漏钢预报及热成像系统，结晶器铜板热面温度控制系统及最低进水温度控制，结晶器电磁搅拌和电磁制动，一个结晶器浇多流铸坯的插装式结构，结晶器铜板母材采用合金铜并镀镍铬、镍铁合金或镍钴合金(提高其高温抗变形的能力和耐磨性能)，浇铸宽板坯采用分段式结晶器足辊或高拉速时采用格栅支承结构，浸入式水口随板坯宽度和拉速变化而变化的最佳工艺特性，保护渣自动供给装置，保护渣的理化性能检测设施。[6] 3.4二次冷却及喷嘴

冷却水喷射的目的一是直接喷在铸坯上以强化凝固和减少漏钢的危险。另一方面是冷却导辊和设备框架，冷却水喷射形式的选择和水量分布取决于铸坯和辊子冷却的需要。喷嘴的设计和水的分布对铸坯表面的控制及铸坯的质量有直接影响。

气雾冷却是一项新技术, 发展很快,特别是在浇铸裂纹敏感的钢种时, 效果显著。气雾喷嘴有较大的调节范围，并且很少会被杂物堵塞, 其应用现已遍及各类钢种, 尤其着

重用于薄板钢类, 但是很少在小方坯连铸机上采用。

3.5拉坯矫直机

拉矫机是拉坯矫直装置的简称。它的作用是在开浇时拉着铸坯下行, 在出二次冷却区时把铸坯矫直, 在浇铸准备时把引锭杆送人结晶器底部。拉矫机的型式多种多样, 通常是按辊子的多少来标称, 辊子最少的拉矫机只有三个辊子。60年代前期连铸机的驱动马达都集中在拉矫区内, 但近期的连铸机设计在二次冷却区内也设置了驱动辊, 这种设计有利于来用上装引锭杆和压缩浇铸技术，压缩浇铸、逐步矫直及连续矫直的控制系统比较复杂。现在有一些小方坯连铸机也采用了逐步矫直技术。

4发展趋势

(1)进一步发展高效连铸技术(传统连铸技术的发展方向) [7]。高效连铸技术是指连铸机实现高拉速、高作业率、高连浇炉数及低拉漏率生产高温无表面缺陷连铸坯的技术。实现连铸高效化的前提是：及时为连铸机供应温度和成分均合格的钢水；完善自动检测的手段和电子计算机的联网控制；具有高质量的连铸用保护渣和耐火材料；操作人员具有熟练的操作技术等。实现连铸高效化，其核心是提高连铸机的拉速。而提高连铸机拉速，需要解决结晶器和二冷段的冷却效果、结晶器的液面控制及相关技术问题。

(2)推广近终形连铸技术。主要包括薄板坯连铸技术、薄带连铸技术、异型坯连铸技术和喷雾成形等。与传统工艺相比，它主要具有工艺简单、生产周期短、能量消耗低、生产成本低、质量较高等优点。这些优点恰好弥补了传统工艺的不足。此外，利用薄带连铸技术的快速凝固效应可以获得一些难以生产的材料和新功能材料[8]。

（3）液芯压下技术

液芯压下又称软压下, 是在铸坯出结晶器下口后, 对带液芯的铸坯的坯壳施加挤压, 使其减薄到目标厚度。根据液芯压下的终点位置又分静态压下和动态压下。液芯压下的终点位置不变, 在一个扇形段内结束的称静态液芯压下。动态液芯压下是指根据钢种、过热度、浇注速度及冷却模型计算液芯长度, 依据液芯长度在合适的铸坯长度上分配铸坯压下量, 且使液芯压下终点处于合适固相率的区域。动态液芯压下可细化晶粒, 减少中心偏析, 明显提高铸坯的内部质量。由于静态液芯压下是在固定位置实施, 而不是在铸坯的凝固末端, 普遍认为对铸坯内部质量的提高不大。目前CSP、QSP采用的是静态液芯压下, FTSR采用的是动态液芯压下技术[9]。

5结语

在过去的30年中连铸技术大大地改变了整个炼钢和轧钢生产面貌。社会经济的迅速发展对我国钢铁工业提出了更高的要求，主要表现在：生产水平和效率的提高、结构的变化和对产品规格、质量改善, 同时又促进了连铸技术和设备的不断更新，连铸设备的升级改造。我国连铸水平同国外相比还有很大差距，特别是在设备与工艺改进方面。一方面应加强新型设备工艺的研发功能，加强在技术与设备方面的资金投入，建立与选取高精度的连铸过程数学模型。积极采用连铸新工艺、新成果。引进薄板坯连铸技术、单晶连铸技术、连铸坯高温热送热装及直接轧制、水平连铸技术、铸坯的轻压下技术以及中间包冶金等技术，将对我国连甚至整个钢铁工业的发展起到重要的促进作用。另一方面，应推动我国高端研发人员和创新团队的建立，努力将我国整体设备研发水平提高到一个新的层次，才能确立我国钢铁强国的地位。

参考文献

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[2]干勇，仇圣桃，萧泽强．连续铸钢过程数学物理模拟[M]．北京：冶金工业出版社．2001．

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[10]徐宝升.连续铸钢设备, 北京钢铁学院.1985.

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