连续铸钢及其发展
连铸技术的发展状况及高效连铸
机作业率大大提高（≥８０％）。
１．２高效连铸的主要作用
１．２．１
连铸坯产量大幅度提高
００４
从１９８９年到２００１年我国连铸坯产量由１
投资３～４亿元。
万ｔ增加到１２ ０００万ｔ以上，连铸比由１６．３％提高 到８７．５％。如果只靠投资新建铸机，而没有连铸机 的高效化，新建和原有铸机都是那样的低生产率，要 想达到这样的总产量是不可想象的，无论资金投入、 场地占用等许多方面都是难以承受的。高教连铸技 术为钢铁行业的调整结构降低成本作出了贡献。 １．２．２ 实现炼钢车间的炉机匹配 我国的转炉车间炉容从几吨到２００ ｔ都有小方坯 生产。由于小方坯铸机生产能力低，３台转炉配４、５ 台甚至６台连铸机，匹配关系复杂混乱，工艺制度不 能保证。这反过来又影响了铸机生产和铸坯质量。 经过连铸机的高效化改造，设备可靠性增加，浇 铸速度提高，连铸机的台时产量大幅提高。实现了各 种模式的炉机匹配生产。如原３炉４、５机全连铸炼 钢车间只需要３台铸机．１炉对１机生产。原来炉容 较小的３炉２机加模铸的车间可实现３炉对２机的 全连铸生产。 炉机匹配后的最大好处全车间生产顺行，工艺制 度得以执行。钢水的温度、氧化性、到位时间都可保 证。这又促进了铸机生产的稳定、高速、优质。 １．２．３经济效益 实现高教连铸使各项技术指标提高，消耗下降， 铸坯质量改善，可使企业降低成本节省投资，获得很 大的经济效益。 连铸直接效盎首钢三炼钢厂统计，由于提高合 格坯收得率、节省备件费用、减少耐材消耗等可降低 连铸坯成本约７元／ｔ。广钢转炉厂节省中间包材料 及提高铸坯收得率可降低连铸坯成本１０元／ｔ。 综合经济效益包括降低冶炼消耗、降低连铸成 本、提高综合成材率等，见表４。
４５０
ｍｍ，带厚度２．３～３．２
ｍｍ，拉速达３５～７０ ｍ／ｒａｉｎ，该生产线计划于２００１年
《连续铸钢》课件
有色金属行业
连续铸钢也可用于生产 铜、铝等有色金属材料
。
机械制造行业
连续铸钢生产的钢材可 用于制造各种机械零件
和设备。
其他领域
连续铸钢还可应用于建 筑、石油、化工、航空
航天等领域。
02
连续铸钢工艺流程
钢水的准备
总结词
钢水准备是连续铸钢工艺流程的起始环节，其目的是确保钢 水具备合适的化学成分和温度，为后续工艺提供稳定的基础 。
智能化控制
通过智能化控制技术实现生产过程的 自动化和智能化，提高产品质量和降 低能耗。
拓展应用领域与市场
总结词
新材料领域
随着工业领域的发展和需求的不断变化， 连续铸钢技术的应用领域和市场也在不断 拓展。
连续铸钢技术在制造高性能、高强度材料 方面具有优势，可应用于航空航天、汽车 、高铁等领域。
新工艺领域
结晶器的选择与维护
总结词
结晶器是连续铸钢工艺中的重要设备，其选择和维护对铸坯的质量和连铸机的稳 定运行至关重要。
详细描述
根据铸坯的规格和材质，选择合适的结晶器材质和结构。同时，为确保结晶器的 使用寿命和减小能耗，需定期对结晶器进行维护和保养，如清洗、涂层保护和更 换等。
二次冷却工艺
总结词
二次冷却工艺是连续铸钢工艺中的关键环节之一，其目的是控制铸坯的冷却速度，进而影响铸坯的组织结构和机 械性能。
优化设备维护方案
制定科学合理的设备维护和保养方案，降低 维护成本。
提高操作人员素质
加强操作人员的培训和技能提升，提高操作 水平和应对能力。
灵活应对市场需求
加强市场调研和预测，灵活调整生产和销售 策略，应对市场需求波动。
04
连续铸钢的未来发展
世界连铸技术的发展
世界连铸技术的发展世界连铸技术的发展大体上经历了4个阶段：早期探索时期、工业应用推广时期、现代连铸技术大发展和完善时期、高速连铸技术和近终形连铸(薄板坯连铸和薄带坯连铸)技术发展时期。
早期探索时期(20世纪50年代以前) 连续浇铸液体金属的设想是19世纪中叶由美国塞勒斯(G．E．Sellers)(1840年)、莱思(J．Laing)(1843年)和英国贝塞麦(H．BessemeI’)(1846年)提出的，由于当时技术条件的限制，只能用于低熔点有色金属(如铅)的浇铸。
最早的类似现代连铸的建议是1887年由德国德伦(R．M．Daelen)提出的，在其设备中已经包括上下敞口的水冷结晶器、二次冷却段、引锭杆、夹辊和铸坯切割设备等装置。
1933年现代连铸之父德国容汉斯(S．Jung hans)开发了结晶器振动系统，从而奠定了工业上大规模采用连铸的工艺基础。
同年，容汉斯在德国建成一台使用振动结晶器的立式连铸设备，并用其浇铸黄铜获得成功，月产量达1700t。
1936年铝合金的连铸也取得了成功。
这样，从30年代开始，连铸工艺便进入有色金属的工业化阶段。
但工业规模上实现钢的连铸要比有色金属困难得多，其主要原因是：钢的熔点比铝、铜高得多；钢的比热容较大，而导热系数较小，凝固速度较慢，不利于连铸；钢的生产规模也要大得多。
1943年容汉斯在德国建成第一台浇铸钢水的试验性连铸机，提出了振动的水冷结晶器、浸入式水口和结晶器钢水面加保护剂等技术，为现代连续铸钢奠定了基础。
第二次世界大战以后，世界各地相继建设了一些试验性和半工业性试验设备。
1949年容汉斯在德国、阿勒德隆(AIleghengLudlun)公司在美国分别采用容汉斯振动结晶器系统在立式铸机上进行钢的连铸试验，1950年德国曼内斯曼(Mannesmann)公司按容汉斯振动结晶器方式投产了一台工业试验性立式连铸机，后来使用振动结晶器成为标准的铸机模式。
工业应用推广时期(20世纪50～60年代) 从50年代起，连铸开始用于钢铁工业。
结晶器振动
第1章绪论第1章绪论1.1连续铸钢技术的发展钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。
连续铸钢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。
是连接炼钢和轧钢的中间环节，是炼钢厂的重要组成部分[1]。
连铸的出现从根本上改变了一个世纪以来占统治地位的钢锭——初轧工艺，为炼钢生产向连续化、自动化方向的发展开辟了新的途径[2]。
1.1.1 连续铸钢技术的发展历程早在十九世纪中期美国人塞勒斯(1840年)、赖尼(1843年)和英国人贝塞麦(1846年)就曾提出过连续浇注液体金属的初步设想，并用于低熔点有色金属的浇铸；但类似现代连铸设备的建议是由美国人亚瑟(1886年)和德国人戴伦(1887年)提出来的。
他们的建议中包括有水冷的上下敞口的结晶器、二次冷却段、引锭杆、夹辊和铸坯切割装置等设备，当时用于铜和铝等有色金属的浇铸。
1933年德国人容汉斯建成第一台结晶器可以振动的连铸机，并用其浇铸黄铜获得成功，后又用于铝合金的工业生产。
结晶器振动的采用，不仅可以提高浇注速度，而且使钢液的连铸生产成为可能，容汉斯因此成为现代连铸技术的奠基人。
但连续铸钢步入工业生产阶段，应当归功于英国人哈里德提出的“负滑脱(Negative Strip)”概念。
在哈里德的负滑脱振动方式中，结晶器下振速度比拉坯速度快，铸坯与结晶器壁间产生了相对运动，真正有效的防止了铸坯与结晶器壁的粘结，使钢连续浇铸的关键性技术得以突破[3]。
1.1.2 连续铸钢的优越性连续铸钢与模铸的根本差别在于模铸是在间断的情况下，把一炉钢水浇注成多根钢锭，脱模之后经初轧机开坯得到钢坯；而连铸是把一炉钢水燕山大学工学硕士学位论文连续地注入结晶器，得到无限长的铸坯，经切割后直接生产铸坯。
基于这一根本差别，连铸和模铸比较，就具有许多明显的优越性[4-9]：(1)简化了钢坯生产的工艺流程，节省大量投资，省去了模铸工艺中脱模整模均热及初轧等工序，缩短了钢水到钢坯的周期时间。
钢铁冶炼过程中连续铸造技术的应用
钢铁冶炼过程中连续铸造技术的应用钢铁产业一直是国民经济中的重要支柱产业之一，而钢铁冶炼是钢铁产业的核心环节之一。
在现代化工业生产中，连续铸造技术已经广泛应用于钢铁冶炼过程中，其优势在于能够大幅度提高产量、降低成本、保证质量稳定性以及环保节能等方面。
本文将从连续铸造技术的原理、优势以及应用范围等方面进行详细探讨。
一、连续铸造技术的原理钢铁冶炼过程中，传统的铸造方式是将熔化的金属倒入成型模具中进行加工，这种方式具有可塑性强、成型精度高的特点。
然而，由于钢厂的生产需求越来越高、规模越来越大，使得炉顶工具升降的时间成为瓶颈，从而限制了钢铁生产的速率。
传统铸造方式的生产能力显然满足不了社会发展的需要。
连续铸造技术的应用，成为了解决这一问题的有效途径。
连续铸造技术运用了连续铸机的原理，将熔融金属通过上下两端持续循环，铸造出连续不断的板材，从而大幅增加了生产效率。
与传统铸造技术相比，其原理特点在于分为三个环节：浇注熔融金属、凝固铸坯、定尺剪切。
1. 浇注熔融金属：在连续铸造技术中，熔化的钢水通过熔炉或电弧炉被输送到连续铸机的浇注室内。
这是最关键的一环，也就是将钢水稳定地浇入铸造机器的连铸结晶器。
2. 凝固铸坯：浇注钢水后，铸机顶部的冷却水开始喷淋在钢水上方喷注成薄雾形式，逐渐冷却钢水，框架中的铸蛇板缓慢前行，从而使得钢水逐渐凝固成坯，而且是一段一段地连续进行的，从而得到了一条连续的存在凝固层的铸坯。
3. 定尺剪切：铸坯通过抛光后，被就位在连铸机前部的设备剪切成预定尺寸的钢板，然后被送送到下一个生产环节。
二、连续铸造技术的优势1. 高效率：通过高效的连续铸造过程，产生的钢材可以一直持续取出，大大提高了生产效率，并降低了铸造工艺的复杂性。
相较于传统铸造技术，连续铸造技术的生产能力可提高10至20倍不等。
2. 质量稳定：连续铸造技术的铸造过程在浇注、冷却及剪切等关键环节上，均采取了高度的自动化控制系统，更能控制钢坯质量，降低干裂、悬露、表面打裂等缺陷的产生。
8连铸原理
一、连续铸钢的发展
1、连续铸钢发展概况： ⑴1933年德国人Junghans（容汉斯）建设 第一台连铸机； ⑵1951年前苏联建设了第一台不锈钢板坯连 铸机； ⑶1952年英国建设了第一台小方坯连铸机； ⑷1954年德国建设了第一台圆坯连铸机。
2、我国连续铸钢技术发展：
⑴1957年进行试验研究； ⑵1958年在重钢建成双流连铸机，浇注 175×200mm铸坯； ⑶1960年在唐钢建成立式方坯连铸机； ⑷1964年在重钢建成弧形板坯连铸机（世界最 早弧形连铸机）。
⑵板坯连铸机的特点
钢包支撑（回转台、升降、称量、长水 口、钢包加盖） 中间包和中间包车（大容量、内设挡墙、 侵入式水口、塞棒控制、滑动水口、升 降、横移） 结晶器（在线调宽、液面自控、漏钢预 警） 二次冷却（上半部分强水冷、中部和下 部气-水冷却；支撑装置为小辊距密排辊）
⑵板坯连铸机的特点
轧机规格 高速线材 420/250轧机 铸坯断面，mm 方坯：100× 100~150× 150 方坯：90× 90~140× 140 矩坯：＜100×150 方坯：100× 100~180× 180 矩坯：＜150×180 方坯：140× 140~180× 180 矩坯：＜140×260 板坯：（120~180）×(700~1000） 板坯：（120~180）×(700~1000） 板坯：（150~250）×(900~2100） 板坯：（150~350）×(1200~2100） 板坯：（150~350）×(1200~1600） 板坯：（100~200）×(700~1350） 板坯：（120~350）×(700~1600） 板坯：（120~350）×(900~1900）
三、连铸工艺参数的设计原理
连续铸造技术与应用
金属的凝固与结晶
凝固过程
金属在冷却过程中，从液态逐渐转变 为固态，发生相变和组织转变，需要 控制冷却速度和温度梯度，以获得理 想的组织和性能。
结晶过程
金属结晶过程中，原子或分子的排列 方式发生变化，形成晶格结构和晶体 形态，对金属的力学性能和物理性能 产生影响。
铸坯的形状与尺寸
铸坯形状
根据产品需求和工艺要求，铸坯的形状和尺寸需要进行合理的设计和控制，以 满足后续加工和使用的需求。
有色金属行业
在有色金属行业中，连续铸造技术主 要用于铜、铝、锌等金属的加工和生 产。
通过连续铸造技术，可以生产出各种 规格的有色金属材料，如铜板、铜管 、铝型材等，广泛应用于电力、建筑 、交通等领域。
非金属材料行业
非金属材料行业是连续铸造技术的重要应用领域之一，主要用于生产玻璃纤维、 玻璃钢管、陶瓷管等非金属材料。
安全管理
企业重视安全生产管理，制定了一系列安全操作规程和应急预案， 确保生产过程的安全可靠。
生产线的经济效益与社会效益
经济效益
该生产线采用连续铸造技术，提高了生产效率和产品质量，降低了能耗和生产成本，为 企业带来了显著的经济效益。
社会效益
该生产线的建设符合国家产业政策和环保要求，能够推动钢铁行业的转型升级和绿色发 展，同时为社会提供了高质量的钢材产品，满足了市场需求。
市场接受度有限
虽然连续铸造技术具有很多优势，但由于其 成本较高、技术难度较大，市场接受度有限 。
D
未来发展趋势与展望
技术创新
智能化发展
未来将继续推动连续铸造技术的创新，提 高产品质量和降低生产成本。
随着智能化技术的不断发展，未来连续铸 造技术将更加智能化，实现自动化生产和 智能化管理。
连铸知识培训
3、浇注温度如何确定？
连铸浇注温度是指中间包钢水温度。钢水浇注温度包括两部分：一 是钢水凝固温度（也叫液相线温度），因钢种不同而异。二是钢水过热 度，即超过凝固温度的值。以TC代表浇注温度，TL代表液相线温度， ΔT代表钢水过热度，则：TC=TL+ΔT
4、液相线温度如何计算？
计算TL有不同的公式，常用的公式如下：
ΔT２为吹氩搅拌（或其他炉外处理）钢水温降（转炉吹 氩时间一般为3～5min）。吹氩钢水温降与钢包容量、 吹氩时间有关。吹氩引起的温降为4～6℃/min。
ΔT３为钢包运输、静置时间的钢水温降。钢包内钢水自 然温降与钢包衬耐火材料质量、钢包加覆盖剂或加盖等 有关。一般为1～1.5℃/min。
ΔT４为浇注过程中钢水温降，一般是小于1℃/min。
现在连铸机生产的钢坯断面有圆坯、小方坯、 矩形坯、板坯、异形坯等几个断面。方坯断面规 格用其边长数值相乘来表示；板坯或矩形坯则用 连铸坯的厚度值与宽度值相乘来表示；圆形连铸 坯则用其直径尺寸来表示；异形坯平常较少，比 如工字形坯、中空圆坯等。
连铸机按结构外形可分为立式连铸机、立弯 式连铸机、弧形连铸机、椭圆形连铸机、水平式 连铸机等。立恒炼钢厂三台连铸机和新区炼钢厂 的三台连铸机均是弧形连铸机，立恒炼钢厂的连 铸机为8m弧，新区炼钢厂的为6m弧。
对结晶器倒锥度的要求是什么？ 钢水浇入结晶器冷却凝固生成坯壳，进而收
缩脱离铜壁，形成气隙，使传热减慢，延缓了坯 壳生长。为了减少气隙，加速钢水的传热和坯壳 生长，通常将结晶器做成下口断面比上口断面小， 这称为结晶器的倒锥度。
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• 还可以按铸坯断面形状分为: 方坯连铸机、圆坯连铸机、板坯连铸机、异 型连铸机、方/板坯兼用型连铸机等. 按钢水的静压头可分为: 高头型、低头型和超低头型连铸机等。
连铸机机型示意图
1—立式连铸机；2—立弯式连铸机；3—直结晶器多点弯曲连铸机 4—直结晶器弧形连铸机；5—弧形连铸机； 6—多半径弧形（椭圆形）连铸机；7—水平式连铸机
第七章 连续铸钢及其发展
7.1 连铸过程
钢水直接铸成接近最终产品尺寸的钢坯。这 一想法经过一百多年的努力探索，终于使该技 术在本世纪70年代开始大规模用于实际，并逐 步形成了今天的连铸技术。
主要设备由钢包、中间包、结晶器、结晶器振 动装置、二次冷却和铸坯导向装置、拉坯矫直 装置、切割装置、出坯装置等部分组成。
椭圆形连铸机机型示意图
水平连铸机
• 结晶器、二次冷却区、拉矫机、切割装置等设备安装 在水平位置上。中间包与结晶器是紧密相连的,相连 处装有分离环。拉坯时，结晶器不振动，而是通过拉 坯机带动铸坯做拉-反推-停不同组合的周期性运动来 实现的。
• 高度最低的连铸机。设备简单、投资省、维护方便。 结晶器内钢液静压力最小，避免了铸坯的鼓肚变形， 中间罐与结晶器之间是密封连接，有效地防止了钢液 流动过程的二次氧化；铸坯的清洁度高，夹杂物含量 少，一般仅为弧形连铸机的1/8-1/6。
• 为了改善铸坯质量，在弧形连铸机上采用直结晶器，在结晶 器下口设2-3m垂直线段，带液芯的铸坯经多点弯曲，或逐 渐弯曲进入弧形段，然后再多点矫直。垂直段可使液相穴内 夹杂物充分上浮，因而铸坯夹杂物的不均匀分布有所改善， 偏析减轻。
弧形连铸机机型示意图 a—全弧形连铸机；b—多点矫直的弧形连铸机
多点弯曲、多点矫直连铸机机型示意图
7.4 连续铸钢的优越性
• 简化了工序，缩短了流程
省去了脱模、整模、钢锭均热、初轧开坯等工序。 由此可节省基建投资费用约40%，减少占地面积 约30%，劳动力节省约70%。
• 提高了金属收得率
采用模铸工艺，从钢水到钢坯，金属收得率为 84%-88%，而连铸工艺则为95%-96%，金属收 得率提高10%-14%。
同 步 运 动 结 晶 器 连 铸 机 机
型
1—双辊式连铸机；2—单辊式连铸机 3—双带式连铸机； 4—单带式连铸机；5—轮带式连铸机
立式连铸机
• 是20世纪50年代至60年代的主要机型。立式连铸 机从中间罐到切割装置等主要设备均布置在垂直中 心线上，整个机身矗立在车间地平面以上。采用立 式连铸机浇注时，由于钢液在垂直结晶器和二次冷 却段冷却凝固，钢液中非金属夹杂物易于上浮，铸 坯四面冷却均匀，铸坯在运行过程中不受弯曲矫直 应力作用，产生裂纹的可能性较小，铸坯质量好， 适于优质钢、合金钢和对裂纹敏感钢种的浇铸。
• 降低了能源消耗
采用连铸工艺比传统工艺可节能1/4-1/2。
• 生产过程机械化、自动化程度高
设备和操作水平的提高，采用全过程的计算机管理，不仅从 根本上改善了劳动环境，还大大提高了劳动生产率。
• 提高质量，Biblioteka 大品种几乎所有的钢种均可以采用连铸工艺生产，如超纯净度钢、 硅钢、合金钢、工具钢等约500多个钢种都可以用连铸工艺 生产，而且质量很好。
弧形连铸机
• 是世界各国应用最多的一种机型。弧形连铸机的结晶器、二 次冷却段夹辊、拉坯矫直机等设备均布置在同一半径的1/4 圆周弧线上；铸坯在1/4圆周弧线内完全凝固，经水平切线 处被一点矫直，而后切成定尺，从水平方向出坯。弧形连铸 机的高度比立弯式连铸机又降低了许多，仅为立弯式连铸机 的1/3，因而基建投资减少了。
椭圆形连铸机
• 结晶器、二次冷却段夹辊、拉坯矫直机均布置在 1/4椭圆圆弧线上。椭圆形圆弧是由多个半径的圆 弧线组成，其基本特点与全弧形连铸机相同。它又 进一步降低了连铸机和厂房的高度。可为低头和超 低头连铸机。
• 低头或超低头连铸机的机型是根据连铸机高度(H) 与铸坯厚度(D)之比确定的。连铸机高度是指从结 晶器液面到出坯辊道表面的垂直高度。H/D=2540时，成为低头连铸机；H/D<25时，则称为超低 头连铸机。
工艺流 程演示
7.2 连铸的发展史
1、现代炼钢技术的发展（连铸技术的作用） （1） 1947年－1974年：
技术特点：转炉、高炉的大型化；以模铸－初轧 为核心，生产外延扩大。
（2） 1974年－1989年：
技术特点：全连铸工艺，以连铸机为核心。
（3） 1989年－现在：
技术特点：连铸－连轧工艺，以薄板坯，连铸－连轧为代 表，钢厂向紧凑化发展。
1—盛钢桶；2—中间罐； 3—导辊；4—结晶器； 5—拉辊；6—切割装置； 7—移坯装置
立弯式连铸机
• 立弯式连铸机是连铸技术发展过程的过渡机 型。立弯式连铸机是在立式连铸机基础上发 展起来的，其上部与立式连铸机完全相同， 不同的是待铸坯全部凝固后，用顶弯装置将 铸坯顶弯90oC，在不同方向切割出坯，它主 要适用于小断面铸坯的浇铸。
• 2、 21世纪钢铁工业发展趋势 • （1） 产品更加纯洁化 • （2） 生产工艺更加高效低耗 • （3） 生产过程对环境更加友好
7.3 连铸机的机型及其特点
• 按结晶器是否移动可以分为两类：一类是固定式结 晶器（包括固定振动结晶器）的各种连铸机，如立 式连铸机、立弯式连铸机、弧形连铸机、椭圆形连 铸机、水平式连铸机等；另一类是同步运动式结晶 器的各种连铸机。这种机型的结晶器与铸坯同步移 动，铸坯与结晶器壁间无相对运动，适合于生产接 近成品钢材尺寸的小断面或薄断面的铸坯,如双辊式 连铸机、双带式连铸机、单辊式连铸机、单带式连 铸机，轮带式连铸机等。
7.5 连铸机的台数、机数、流数
• 台数
凡是共用一个盛钢桶，浇注1流或多流铸坯的1套连续铸钢设 备称为1台连铸机。
• 机数
凡具有独立传动系统和独立工作系统，当它机出现故障，本 机仍能照常工作的一组连续铸钢设备，称之为1个机组。1台 连铸机可以由1个机组或多个机组组成。
• 流数
1台连铸机能同时浇注铸坯的总根数称之为连铸机的流数。 1台连铸机有1个机组，又只能浇注1根铸坯，成为1机1流；