1-绪论

80年代－连铸技术成熟阶段

生产高质量钢铸坯技术和体制已经确立； 板坯连铸开始采用HCR、HDR工艺； 高速连铸、中间包加热、液压振动、电磁制动、拉漏预报、二冷 动态控制、轻压下等大批新工艺技术采用； 年产300万吨以上的大型连铸板坯铸机建立； 发达国家连铸比超过或接近90％； 以高拉速、高作业率、高质量、高度自动化、 高稳定性生产为标 志，常规连铸达到了其成熟 阶段。
1.2.3 连铸工艺技术
• 1933年，德国人Junghhans建设第一 台1700t/月立式带振动结晶器的连铸机 浇注铜铝合金获得成功 • 1943年， Junghhans在德国建成第一 台用于钢水浇注的试验铸机，奠定现代连 铸机基础 • 50年代，连续铸钢进入工业应用阶段： • 1951年，前苏联红十月钢厂建成第一 台不锈钢板坯连铸机，断面 180mm*800mm，年产36000t
1.2.4 凝固理论和连铸工艺 关键技术 • 合格钢水供应 • 浇注过程钢水保护 • 中间包冶金 • 结晶器冷却过程控制 • 二次冷却过程控制 • 拉坯矫直过程铸坯控制
凝固过程直接相关
连铸机浇注原理图
中间包上方的钢包回转台和钢包
板坯连铸机正面实物图
பைடு நூலகம்
第一块板坯切头
处于切割工位的板坯
切割完毕等待运出的板坯
凝固理论－铸造、连铸的理论基础
1.2 钢铁冶金流程与现代连铸技术
• 钢铁生产过程
采矿→炼铁→炼钢→浇注→轧制(加工成型)
物质形态 液← →固
冶金方法
学科
化学冶金
冶金
物理冶金
材料
1.2.1 钢水浇注工艺 • 将冶炼合格的钢水变成一定形状的钢锭 或钢坯，是炼钢产品的最终成形工序。 其产品可作为下一步轧钢工序的原料。 可分为： • 锭模浇注：产品为钢锭 • 连续铸钢：产品为钢（铸）坯 • 压力浇注 • 真空浇注
1.1.5 金属铸造工艺

金属成型工艺 金属材料的一般加工过程
1.1.5 金属铸造工艺

铸造：Casting—to pour hot metal into a specially shaped container (mould) to make a cast.
金属液＋铸模＝铸件（铸锭、铸坯）
1.2.3 连铸工艺技术 • 连铸工艺的优点： • 节省工序，缩短生产流程 • 提高金属收得率 • 降低能耗 • 生产过程机械化、自动化程度高 • 生产产量高 • 品种、质量逐步提高
1.2.4 凝固理论和连铸工艺 • 从钢铁产品质量-凝固理论
1）组织均匀性——偏析（微观、宏观） 2）组织致密性——缩孔、疏松 3）裂纹 4）气孔 5）夹杂物
70年代－连铸快速发展时期


日本钢铁厂大规模采用连铸技术； 1972年新日铁大分厂300t转炉－3台板坯铸机 结合实现全连铸； 大包回转台、滑动水口、集装辊扇形段、保护浇铸、液面控制、 上装引锭杆、电磁搅拌、多点矫直、小辊密排、二冷自动配水、 小方坯多级结晶器、刚性引锭杆等开发成功； 低碳铝合金钢、沸腾钢替代钢种等连铸成功，低碳铝合金钢实现 了铸坯无清理； 70年代末世界连铸比提高到28.4%。
• 工业中的凝固现象
人类利用凝固过程的历史可以追溯到公元前 4000年前后标志人类文明进程的铜器时代！
1.1.2 凝固理论的发展
第一阶段：（20世纪，50~60年代：经典
凝固理论的诞生时期 ） 一代大师Chalmers(多伦多大学)
指导Tiller、Jackon和Rutter于50年代初提出了 著名的“成分过冷理论” 培养了 Weinberg,Jackson,Tiller,Rutter,Aust,Bo lling等一批著名的凝固学家 1964年出版了“凝固原理”
1.1.2 凝固理论的发展
第三阶段（20世纪80年代——现代凝固理论的发展 ） • 推动力： • 极端条件下的凝固过程：快速、极低速 • 特殊条件下：微重力凝固、超重力凝固、超高 压凝固 • 计算机的应用：使得过去无法求解的问题成为 可能 • 代表性理论： • 快速凝固理论 • 凝固过程组织形态选择的时间相关性和历史相 关性理论 • 枝晶间距选择的容许范围
7、90年代－传统连铸的进一步完善和近 终形连铸技术的兴起
传统连铸向进一步降低生产成本、强化高级产品生产、注重环境 的方向发展； 近终形连铸取得成功： － CSP、ISP等薄板坯连铸技术被愈来愈多的 工厂采用，品种也逐步扩大； － QSP、CONROLL等中厚度板坯连铸连轧技术 开发成功。

重要的连铸工艺技术：
1、绪 论
北 京 2008
主要内容
1.1 凝固现象与金属铸造工艺 1.1.1 凝固现象 1.1.2 凝固理论的发展 1.1.3 凝固过程的基本特征 1.1.4 影响金属凝固过程的因素 1.1.5 金属铸造工艺 1.2. 钢铁冶金流程和现代连铸技术
1.1 凝固现象与金属铸造
1.1.1 凝固现象：（Solidification)液态向 固态转变的相变过程； • 典型的自然界凝固现象
高生产率连铸技术：
高拉速连铸技术、连铸坯热装轧制技术、结 晶器在线高速调宽技术、正常速度终止浇铸 技术、拉漏预报技术、浸入水口防堵塞技术、 结晶器辊道长寿技术、热中间包循环使用技 术、结晶器液面自动控制技术等；
2.3 连铸工艺技术
• 中国连铸的发展历程：
• 进入90年代，连铸快速发展 • 引进薄板坯连铸连轧（珠钢、包钢、邯钢） • 连铸比达到99%以上，薄板坯连铸连轧快速 发展 • 品种质量得到很大提高
1.1.3 金属凝固过程的基本特征
放出热量 液态钢的显然 凝固潜热 固态钢的显热
—— 20KJ/Kg 钢 —— 300K J/Kg 钢 —— 900－1000KJ/Kg钢
体积收缩——疏松、缩孔 选分结晶——偏析
1.1.4 影响金属凝固过程的因素：
传热
传质
流体流动
1.1.2 凝固理论的发展

Flemings（MIT）

Flemings等从工程的角度出发，进一步 考虑了凝固过程两相区的液相流动效应。 提出局部溶质再分配方程等理论模型，推 动了凝固理论的发展

1974年出版了“Solidification Processing”
1.1.2 凝固理论的发展

大野笃美
1.2.3 连铸工艺技术
• 50年代，连续铸钢进入工业应用阶段： • 1951年，前苏联红十月钢厂建成第一 台不锈钢板坯连铸机，断面 180mm*800mm，年产36000t • ………… • 70年代，连铸大发展时期，连铸机具备了 和大型氧气顶吹转炉相配合的工业生产可 能性，技术体系基本成熟
1.2.3 连铸工艺技术
• 中国连铸的发展历程：
• 1957年，开始进行连铸试验研究 • 1958年，重钢三厂建成立式双流连铸机，采 用500t飞剪，175mm*200mm断面 • 1960年，唐山钢厂建成140mm*140mm 方坯立式连铸机 • 1964年，重钢三厂建成第一台弧形板坯和方 坯兼用的连铸机，是世界上最早用于工业生产 的弧形连铸机，首次采用1500t飞剪 • 1967年，重钢建成当时世界上最大的弧形连 铸机 • 1964~1967年间，建成40多台弧形连铸机 • …………
高拉速技术：
均匀强冷结晶器、保护渣、液压振动、 电磁制动、拉漏预报、辊道冷却等；
优质洁净钢铸坯生产技术：
大包下渣监测、大容量中间包、保护浇铸、 中间包多重堰、过滤器、浸入式水口防堵 塞、结晶器液面控制、防卷渣、FC结晶器、 电磁搅拌、中间包加热、亚包晶钢铸坯表 面裂纹防止、多点矫直、二冷动态控制、 喷嘴堵塞自动监测、二冷喷水宽度控制、 压缩铸造、轻压下等；

1964年开始，受北大西洋海面冰山的启发， 用氯化铵水溶液模拟观察钢锭的凝固过程。 发现了等轴晶产生游离现象，并提出了在凝 固前沿“过冷度减小”的概念。

1973年出版了“金属凝固学”
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1.1.2 凝固理论的发展
第二阶段60——80年代，经典凝固理论的应用 凝固组织和凝固过程的优化和控制 ： • 提高大型铸钢锭、铸件的冶金质量 • 连铸电磁搅拌 • 快速凝固技术 • 定向凝固、 • 半固态铸造
1.2.1 钢水浇注工艺 • 模铸工艺 下注法：钢液由钢包经过中注管、 流钢砖、再分别从钢锭模底部注入 钢锭模下部。
1.2.2 钢水浇注工艺 • 连铸工艺 直接将钢液用连铸机连续浇注、冷凝、 切割成钢坯。
1.2.3 连铸工艺技术 • 连铸工艺的产生和发展
• 1840年，美国SELLERS 获得连铸铅管 专利 • 1846年，Bessemer使用水冷旋转双辊 式连铸机生产锡箔、铅板和玻璃板 • 1872年，美国戴维尔提出移动结晶器连 续浇注概念 • 1886~1889年，提出垂直浇注的立式连 铸机设计 • 1921年，皮尔逊提出结晶器振动概念， 使铸坯和结晶器之间做连续相对运动
方坯连铸机正视图
方坯连铸机侧面图
方坯连铸机侧面图
1.2.5 钢铁冶金流程
本节结束