连续铸钢基本概念

连续铸钢基本概念（1）

发表日期：2007-5-19 阅读次数：705

1.什么是钢水的浇注作业?

钢的生产过程主要分为炼钢和浇注两大环节。浇注作业就是将成分合格的钢水铸成适合于轧钢和锻压加工所需要的一定形状的固体。

把钢水凝固铸成固体有两种工艺方法：一种是钢锭模浇注法，一种是连续铸钢法。后者可以将炼钢炉炼好的钢水直接浇注成板坯、扁坯、方坯和圆坯等钢坯，再将钢坯供给各种轧钢机，生产各种规格的钢材。

浇注作业是衔接炼钢和轧钢之间的一项特殊作业。它的特殊性表现为把钢水转变为固体的凝固过程。当钢水一旦凝固成固体后，在以后的轧钢过程中就不能对质量有本质上的改进了。因此，浇注作业对产品质量和成本有重大影响，必须予以特别重视。要精心操作，不出废品，保证质量。否则将“前功尽弃”。

2.什么叫连续铸钢?

连续铸钢与普通模铸不同，它不是将高温钢水浇注到一个个的钢锭模内，而是将高温钢水连续不断地浇到一个或几个用强制水冷带有“活底”(叫引锭头)的铜模内(叫结晶器)，钢水很快与“活底”凝结在一起，待钢水凝固成一定厚度的坯壳后，就从铜模的下端拉出“活底”，这样已凝固成一定厚度的铸坯就会连续地从水冷结晶器内被拉出来，在二次冷却区继续喷水冷却。带有液芯的铸坯，一边走一边凝固，直到完全凝固。待铸坯完全凝固后，用氧气切割机或剪切机把铸坯切成一定尺寸的钢坯。这种把高温钢水直接浇注成钢坯的新工艺，就叫连续铸钢。它的出现从根本上改变了一个世纪以来占统治地位的钢锭一初轧工艺。

3.连续铸钢有哪些优越性?

—简化了生产钢坯的工艺流程，节省大量投资。省去了模铸工艺中脱模、整模，以及均热和初轧开坯等中间工序。基建投资和操作费用可节省40%，占地面积减少50%,设备费用减少70%,耐火材料消耗减少15％。

—提高了金属收得率和成材率。连铸从根本上消除了模铸中注管和汤道的残钢损失，提高了钢水的收得率。同时省去了钢锭的保温帽，不需要切除钢坯的头部，成材率可提高10～15％。如100t钢水用钢锭模浇注，只可以得到86t钢坯。而同样数量的钢水，如果用连铸，去除浇注损失、火焰切割损失和氧化损失。可以得到95t钢坯。就是说年产100万t钢,采用连铸比模铸每年可以多生产9万t钢坯。可见其经济效益是相当可观的。

—极大地改善了劳动条件，机械化、自动化程度高。模铸工段的环境恶劣。劳动笨重，工作条件差，是炼钢生产过程中最落后的一个工序。特别是转炉炼钢技术的发展，铸锭与炼钢生产之间不相适应的矛盾日益突出，往往是炉后工序跟不上。成为提高产量的限制环节。采用连铸，机械化和自动化水平高，甩掉了笨重的体力劳动，节省了劳动力。为提高生产率创造了有利条件。

—大大节约能量消耗。采用连铸，省去了钢锭均热炉加热的燃料消耗，可使能量消耗减少二分之一到四分之一。据统计，生产一吨合格钢坯，连铸比模铸节能400～1200MJ，相当于节省重油10～30kg。如考虑采用连铸后金属收得率的提高，炼钢厂每生产一吨钢坯平均节能为1800～2600MJ。

4.连铸机分类方法有哪些?

目前连铸机已在钢厂广泛采用，形式多种，用途各异。对连铸机的叫法也很不一致。现按一般习惯介绍连铸机的分类方法：

(1)接连铸机外形分类有：立式连铸机、立弯式连铸机、弧形连铸机、超低头(椭圆形)连铸机、水平连铸机，轮式连铸机等。

(2)按浇注铸坯断面分类有：

—方坯连铸机：把断面小于或等于1503150mm叫小方坯，而大于1503150mm叫大方坯。在小方坯连铸中，把1203120mm做一个分界线，此值以上采用浸入式水口和保护渣浇注，此值以下采用敞开浇注或气体保护浇注。把矩形断面的长边与宽边比小于3的也叫方坯连铸机。

—板坯连铸机：铸坯断面为长方形。其宽厚比一般在3以上。

—圆坯连铸机：铸坯断面为圆形，直径Φ60～Φ400mm。

—异形坯连铸机：浇注异形断面如工字梁。

—方、板坯兼用连铸机：在一台铸机上，既能浇板坯又能浇方坯。

(3)按拉速分类有：高拉速连铸机和低拉速连铸机。它们的主要区别在于：高拉速时铸坯带液芯矫直，低拉速时铸坯全凝固矫直。

(4)按钢水静压头分类：静压力较大的叫高头型连铸机如立式、立弯式连铸机。静压力较小的叫低头连铸机如弧形、椭圆、水平连铸机。

5.什么叫连铸机台数、机数和流数?

在连铸生产中，凡是共用一个钢包同时浇注一流或多流铸坯的一套连铸设备，称为一台连铸机。一台连铸机可以是多机组，也可以是单机组。所谓机组，就是在一台连铸机中具有独立的传动系统和工作系统，当它机出事故时仍可照常工作的一套连铸设备称为一个机组。对于每台连铸机来说，同时能浇注铸坯的总根数叫连铸机流数。凡一台连铸机只有一个机组，又只能浇注一根铸坯叫一机一流。如能同时浇注两根以上的铸坯叫一机多流。凡一台连铸机具有多个机组又分别浇注多根铸坯的，称为多机多流。

一机多流与多机多流相比较，设备重量轻；投资省。但一机多流如有一流出事故，可造成金机停产，且生产操作及流间的配合困难。近年来，方坯最高浇8流，多数用2～4流。板坯最多浇4流，多数用l～2流。

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6.连铸设备的组成有哪些?在车间是怎样布置的?

连续铸钢设备主要由钢包(盛钢桶)回转台、钢水包、中间包(罐)、结晶器(一次冷却)、结晶器振动机构、二次冷却装置、拉坯(矫直)装置、切割装置和铸坯运出装置等9部分组成。

目前连续铸钢车间主要有横向和纵向两种布置形式：连铸机的中心线与厂房柱列线相垂直者

为横向布置，连铸机中心线与厂房柱列线相平行者为纵向布置。前者适合于生产规模大又配置多台连铸机的车间，后者则多在旧厂改造或连铸机台数较少的情况下采用。

7.连续铸钢操作过程有哪些?

从炼钢炉(转炉，电炉、平炉)初炼好的钢水注入钢包的同时进行脱氧合金化。然后运至钢包精炼站，进行钢水温度和成分的调整，送到连铸平台。由于直接用钢包浇注，钢液流量难以控制，因此采用中间包暂时储存钢液，然后再浇入结晶器内。钢液在水冷结晶器内迅速冷却，形成外表为凝固坯壳内部是未凝固的钢水的铸坯。在结晶器下端出口处的凝固坯壳应有足够厚度，以保证内部钢液不流出来(钢液流出叫拉漏)。随着拉辊缓慢地将带液芯的铸坯从结晶器拉出，中间包内的钢水也同时连续地注入结晶器内。这样就可以得到很长的带液芯的铸坯。带液芯铸坯在二次冷却区接受喷水的强制冷却，当拉到规定位置时，铸坯内部完全凝固。然后将铸坯切割成规定的尺寸，由出坯装置送后续工序。

8.连续铸钢机的类型有哪几种?

现在世界各国使用的连铸机有立式、立弯式、弧形、椭圆形和水平式等5种类型。

立式连铸机的浇注作业和结晶凝固、二次冷却、切割等工序都在垂直线上顺序进行。立弯式铸机，先是垂直的，待铸坯凝固后再弯90°成水平状，然后切割运出，设备高度比立式有所降低。弧形连铸机是把钢液浇到弧形结晶器内，然后沿弧形轨道运行，经过四分之一圆弧，然后在水平方向出坯，其设备高度比立弯式更进一步降低。在弧形连铸机的基础上进一步改进，就出现了椭圆形连铸机。水平连铸机目前正处于开发阶段。

据不完全统计，目前世界上所建的连铸机中，立式占17％，立弯式占21％，弧形占55％，其它形式占7％。目前新建连铸机是弧形的最多。

9.立式连铸机有什么特点?

立式连铸机从中间包到切割站等主要设备都排列在一条垂直线上。整个机身矗立在车间地平面上或者布置在地下的深坑内。这种连铸机占地面积小，设备紧凑；高温铸坯无弯曲变形，铸坯表面和内部裂纹少；铸坯内未凝固液体中夹杂物容易上浮，钢水比较“干净”；二次冷却装置和夹辊等结构简单，便于维护。立式连铸机的缺点是：机身高达20～40m，必须加高厂房或深挖地坑，基建费用昂贵；因不能把铸机高度增加过高，故只能低速浇注，生产率低；钢水静压力大，容易使凝固坯壳鼓胀(叫鼓肚)，从而导致铸坯质量恶化。

10.立弯式连铸机有哪些特点?

立弯式连铸机与立式相比，机身高度降低，节省投资；水平方向出坯，加长机身比较容易，可实现高速浇注；铸坯内未凝固钢液中的夹杂物容易上浮，夹杂物分布均匀。缺点是因铸坯要经过一次弯曲一次矫直，故容易产生内部裂纹；铸机高度虽然降低，但基建费用仍然较高。

立弯式连铸机有两种形式：一种是结晶器下有一垂直段，铸坯全凝固或接近全凝固时顶弯进入圆弧段然后再矫直。主要是适用于小方坯。另一种是直结晶器加上直立段(2～3米)，带液芯多点弯曲或渐渐弯曲进入弧形段然后再矫直。这种连铸机的优点：1)有垂直段可使液相穴内夹杂物充分上浮;2)铸坯多点或渐渐弯曲，避免了弯曲变形应力的局部集中，有效地减少了裂纹形成；

3)由于带液芯弯曲可以增加拉速，提高铸机生产率。目前，为了解决弧形连铸机铸坯内弧夹杂物集聚的质量问题，建设立弯式连铸机有增加趋势。

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11.弧形连铸机有哪些特点?

立式和立弯式连铸机的结晶器都是直的，而弧形连铸机采用的是具有某一曲率半径的弧形结晶器。其结晶器、二次冷却装置和拉矫装置都布置在某一半径的一个圆的四分之一弧度上。铸坯在结晶器内凝固时就已弯曲，带液芯的铸坯从结晶器拉出来，沿着弧形轨道运行，继续喷水冷却，在四分之一圆弧处完成凝固，然后矫直并拉出送至切割站。

弧形连铸机的高度仅为立式的三分之一，建设费用低，钢水静压力小，铸坯在辊间的鼓肚小，铸坯质量好;加长机身也比较容易，故可高速浇注，生产率高。弧形连铸机的缺点是：因铸坯弯曲矫直，容易引起内部裂纹；铸坯内夹杂物分布不均匀，内弧侧存在夹杂物的集聚；设备较为复杂，维修也较困难。

弧形连铸机虽有缺点，但由于在设备和工艺上的技术进步，仍然是世界各国钢厂采用最多的一种机型。

12.超低头连铸机(椭圆形连铸机)有哪些特点?

所谓超低头连铸机，系指连铸机高度低于一般连铸机，它的液芯压头自然也很低，故称超低头连铸机。目前各国还没有统一的定义标准，康卡斯特用铸机高度h和铸坯厚度H之比作为指标进行定义：

h/H>50 高压头连铸机

h/H=40～50正常压头连铸机

h/H=25～40低压头连铸机

h/H<25 超低头连铸机

超低头连铸机优越性有：

(1)由于钢液压头低，钢液静压小，鼓肚变形小，经计算，当连铸机半径由R=10.5m下降到R=3m 时，由鼓肚变形在铸坯两相区引起的应变仅为原来的10％以下，改善了铸坯质量，由于鼓肚变形小，简化了二次冷却区夹辊结构；

(2)连铸机主要设备置于水平位置，维修方便；

(3)设备重量轻，降低造价。

但是由于压头低，不利于夹杂上浮，因此应采取净化钢液和保护浇注的措施。

这种机型适合老厂改造，我国天钢、邯钢、马钢等企业都建设了这种超低头连铸机，取得了良好的生产效果。

13.水平连铸机有哪些特点?

水平连铸机的中间包、结晶器、二次冷却装置和拉坯装置全部放在地平面上呈直线水平布置。钢液浇入中间包，中间包与结晶器的入口端连接，中间包内的钢水通过结晶器与中间、包连接处的分离环进入水冷结晶器，凝固成一定形状的坯壳，带液芯的铸坯从结晶器内拉出来，经过二次冷却后全部凝固，送至切割站切成定尺。

水平连铸机设备高度低，在原有厂房内就可以安装，基建费用大大降低；设备简单，重量轻，维修方便；中间包与结晶器密封连接，可以防止二次氧化，钢的纯净度高；操作方便，可以不采用结晶器液面控制，结晶器不需保护渣，水口不易堵塞等；铸坯无需矫直，可浇注对裂纹敏感性强的合金钢。

水平连铸机的上述优点，使它特别适合于合金钢品种多、批量小的电炉炼钢厂采用。

发展水平连铸有3大技术关键：首先是分离环的材质、寿命和成本；第二是结晶器的涂层和润滑；第三是满足拉一停一反推拉坯方式的拉坯机构。最近几年来，这3大技术关键均有突破。

目前在德国、日本、美国已有用于工业生产的水平连铸机。我国马钢等单位曾进行过水平连铸机的开发试验。我国衡阳钢管厂用水平连铸机实现了起步全连铸。今后几年内，在我国中小钢厂水平连铸技术将会有较大的发展。

14.什么叫离心旋转连铸机?

这种机型在50年代开始研究。并于1969年在法国投产了第一台离心旋转立式连铸机。这种铸机只能浇圆坯，也称旋转圆坯连铸机。这种机型特点是：(1)浇注过程中结晶器以30～150r/min 速度旋转，钢水产生离心力，而夹杂物产生向心力，促使夹杂物上浮排除，提高了钢清洁度。(2)由于旋转作用，钢液冲刷凝固前沿的树枝晶，扩大了铸坯中心等轴晶区，减少了偏析和疏松。(3)圆坯几何尺寸精确，表面质量好。所以用旋转连铸机生产的圆坯，不经表面清理就可直送轧管。

但是这种机型的缺点是：(1)铸机结构复杂，设备和维修费用大。(2)铸机高度大，要求厂房也高，投资大。(3)只能浇注圆坯，生产灵活性小。(4)由于是立式，提高拉速受到限制，因此这种机型未得到大的发展。

15.什么叫轮带式连铸机?

轮带式连铸机的主体由周围带有结晶槽的轮子和一条环状钢带组成。结晶槽用耐热疲劳的铜合金制造，用钢带把开El的梯形结晶槽封起来，成为结晶腔体。钢液由中间包注入结晶腔体后即开始凝固，并随旋转的结晶轮同步运行，至轮子下切点附近，初凝的坯壳被矫直而脱离结晶轮，进入二次冷却区冷却，最后剪成定尺成品坯。

轮子可以垂直放置也可水平放置。其特点是：1)高速化，拉速达5～10m/min，容易和轧机一起实现连铸连轧。2)铸机高度低，设备简化，投资省。3)无结晶器振动，铸坯表面无振痕，表面质量好。轮式连铸机广泛用于浇注有色金属，用于浇注钢坯还在试验之中。

16.薄板坯连铸机有什么特点?

可铸出厚度20～50㎜、宽900～1600mm铸坯的连铸机叫薄板坯连铸机。

美国纽柯(Nucor)公司所建造的这种连铸机，铸坯厚50mm，铸坯宽1295～1560mm，年产量为100万t/年。机型为立弯式，结晶器为直的，为了插入水口，上口做成漏斗形状，开口度为170mm，它的纵断面为两段折线组成，结晶器为长形，长度为1100mm，两窄边距离可以调整，以适应不同宽度的薄板坯。

在结晶器下面有一段长700mm的冷却格栅，以支承刚拉出的薄弱坯壳。格栅下安装3组夹辊，第一组是辊径和辊距都比较小的分节辊，3组夹辊总长为4600mm。

经二次冷却区完全冷却的铸坯，用液压顶弯辊顶成R=3m的圆弧，再经四辊拉矫机拉出铸坯，最后用机械剪剪成定尺成品坯。

结晶器振动采用四偏心振动机构，按正弦振动，振幅为±3mm，振动频率随拉坯速度变化，即?=60Vmin-1，V为拉坯速度，单位用m2min-1。最高频率为400min-1。例如拉速V=4m/min时，

?=240min-1。

薄板坯连铸机的优越性在于简化了生产工艺流程，设备重量轻，降低基建投资，节约能源和降低生产成本。

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17.连铸机浇注的钢种和铸坯断面有多少种?

据统计，目前连铸机可以浇注的钢种已达130多个，不同钢号已达500余种之多。包括普碳钢、低合金钢、不锈钢、硅钢、高速钢、轴承钢以及高温合金等。其中约63％为碳素钢，37％为合金钢和不锈钢。

连铸可以浇注的断面有以下几种：小方坯：其断面小于1503150mm，最小断面为50350㎜；大方坯：其断面大于1503150mm，最大方坯为4503450mm;板坯(矩形坯)：其断面最小为

503108mm，最大为300～25032500～3000mm；圆坯：直径从Φ50mm到Φ450mm；异形坯：如工字形坯、中空圆坯等。

18.连铸机与炼钢炉匹配应考虑哪些原则?

连铸机可以与平炉、电炉、转炉配合生产，必须注意以下几点：

(1)多炉连浇：由于平炉冶炼时间长，连铸机一般只能单炉浇注。而与转炉和电炉配合，为充分发挥连铸机的生产能力，提高钢水收得率和降低成本，必须实现多炉连浇。

(2)连铸机浇注时间与转炉出钢周期应协调配合好。

(3)连铸机生产能力应适当大于炼钢炉生产能力，以满足冶炼设备生产潜力的发挥。一般应有10～20％的富余。

(4)选择满足产品质量要求的合适的炉外精炼设备，以保证连铸钢水质量。

19.连铸机与轧钢机配合应考虑哪些原则?

连铸机与轧钢机配合应考虑以下几点：

(1)钢种：目前连铸的钢种已超过100多个。应根据产品质量来选择下一步加工。

(2)铸坯断面：铸坯断面大小和形状主要决定于轧机的能力和轧机产品质量要求。连铸机生产断面应与轧机所需坯料断面相适应。小方坯连铸机主要供给650、500或400型轧机生产型材、线材。一般是一火成材。其典型供坯断面是：650轧机，140～220mm方坯、铸坯定尺2.8～3.2m；500/350轧机，120～140mm方坯、定尺1.4～1.6m；400／300轧机，90～120mm方坯、定尺1.4～1.6m。

铸坯断面大于160mm方坯，主要用于生产型钢如钢轨、工字梁、槽钢等。

连铸板坯主要供厚板轧机或宽带轧机生产中厚板或热轧带卷。

(3)压缩比：一般说，供给坯料断面小，可减少加热次数和轧制道次，提高轧机生产率和节约能源。但断面应以满足一定的压缩比以获得合格产品质量为前提。所谓压缩比是指铸坯横断面积与轧材横断面积之比。为了保证轧材内部组织致密，具有良好的机械性能，不同的产品要求不同的压缩比。压缩比为3时，可达到一般产品要求的机械性能；压缩比为4时，产品得到良好的物理性能，可使中心组织均匀化；压缩比为5～8时，可破坏轧材柱状晶结构，使钢的组织均匀化，获得良好的力学和物理性能。

(4)形状公差：对于方坯，要求形状要规整，断面两个对角线的偏差小于2.5～3％，断面角部偏差为90土2°。如铸坯菱形严重，在加热炉推坯时可能造成堆钢，或轧钢时坯子咬入孔型困难。

对于板坯，应防止有严重的鼓肚。坯子定尺翘曲度最大为10mm/m。

20.选择连铸机型应考虑哪些原则?

在设计炼钢厂时，首要的是连铸机的选择。要根据产品方案、产品质量和减少建设投资确定一种合适的机型。机型选择合适，就为今后生产管理和连铸机高产优质创造了条件。

选择连铸机的基本原则是：

(1)连铸机生产能力应与炼钢炉生产能力相匹配。为了发挥炼钢的生产潜力，连铸机生产能力应有10～20％的富裕。

(2)满足钢种和轧制断面规格要求。据生产实践的统计资料表明：目前应用立式、立弯式、弧形连铸机均可满足浇注普碳钢、低合金钢、合金钢和不同规格断面的要求，但以弧形连铸机应用最为广泛(约占建设连铸机的60％以上)。

(3)满足产品质量要求。铸坯质量主要包括两方面，一是铸坯内部裂纹和偏析，二是铸坯纯净度。前者决定于钢水静压力引起铸坯鼓肚和弯曲、矫直。按立式→立弯式→弧形→椭圆→水平顺序，铸机高度减小，产生的裂纹倾向也随之减小。而后者是与结晶器液相穴内夹杂物上浮有关。按立式→水平顺序，铸机高度的降低，铸坯内夹杂物聚集是逐渐增加。

在对以上两个相互矛盾的影响因素来综合评价，弧形连铸机还是较理想的机型，再加上采用炉外精炼、无氧化浇注等措施，完全可以满足产品纯净度的要求。为了彻底解决弧形连铸机铸坯内弧夹杂物集聚的缺点，建设直结晶器带直立段(2～3m)的立弯式连铸机又有新的发展趋势。

(4)减少建设投资和设备制造费用。

关于机型的选择，还无统一标准。要结合工厂产品方案，从生产率、产品质量、铸机高度、投资等方面综合考虑。要把建设连铸机作为一项系统工程。在连铸机上游，要考虑炼钢应有为连铸提供合格质量钢水的保证体系(如炉外精炼)，在连铸机下游，要考虑铸坯热送、热装、直接轧制的可能性以及轧制产品质量保证体系。在连铸机本身应考虑生产无缺陷铸坯的设备、工艺和控制体系。