新编连续铸钢手册 01第一篇 总论

表 1-3 20 世纪 70 年代大型转炉炼钢厂实现全连铸工厂
国别 工厂名
投产 年份
美国
麦克劳斯公司特 伦顿厂
1969
机型 铸机数 流 弧形 4 双流
铸坯断面 mm 230×（910~1524）
转炉 年产量 数量×吨位 万 t
5×110t 240
法国
敦刻尔克厂二转 炉车间
1972
弧形
3 双流
250×1650
追溯连铸技术发展的进程，大致可以分为以下几个阶段。
1.1 世界连续浇铸技术的发展经历 1.1.1 连续浇铸方法的提出
最早提出将液态金属连续浇铸成形的设想可追溯到 19 世纪 40 年代，1840 年美国的塞 勒斯（G.. E. Sellers），1843 年莱恩（J. Laing）以及 1846 年英国的贝赛麦（H. Bessemer）提 出了各种连续浇铸有色金属的方法，贝赛麦获得用双辊法浇铸可锻铸铁的专利（1856 年）， 在 20 世纪 30 年代以前连续浇铸只是在有色金属中应用，例如低熔点金属铅、锌，也有用于 浇铝、铜的。
表 1-2 世界主要工业国 1970－1980 年间连铸坯产量与连铸比上升情况
国家
连铸增长
1970 年
连铸坯产量 万t
连铸比 ％
1980 年
连铸坯产量 万t
连铸比 ％
连铸坯平均年增长量 万t
连铸比平均年增长 %
日本 527 5.6 6627.1 59.5 610.0 5.39
德国 372.6
8.3 2016.2 46.0 164.4 3.77
由德国人德伦提出立式连铸机的雏形和 S. 容汉斯的结晶器振动技术组合。在 1933 年 容汉斯在德国建成一台浇铸黄铜的立式连铸机，并取得成功。1943 年容汉斯又建了一台浇 钢的试验机组，第二次世界大战结束，世界各主要工业国都对连铸技术进行研究，在 1946～ 1947 年间，第一批连续铸钢试验装置分别建于美国的巴布考克和威尔考克斯公司（Babcock & Wilcox）、英国的劳莫尔公司（Low Maor）、日本尼崎钢管厂，以后奥地利的布雷坦费尔 德钢厂、英国钢铁学会（BISRA）和美国阿·勒德隆（Alleghenyludlum）钢公司都建设了试 验设备。在此基础上，第一台生产型立式连续铸钢机于 1950 年在德国曼内斯曼（Mannesman） 建成。随后，1951 年原苏联红十月冶金厂建成一台浇铸不锈钢的立式半连续铸机，往后英 国巴路厂（Barrow）、加拿大阿特拉斯厂都建造立式连铸机，中国也于 1958 年在重庆第三钢 铁厂建成一台工业生产用双流矩形坯立式连铸机，当时德国、苏联是建设立式连铸机的积极 者。
第一篇 总论
1. 连续浇铸的历史沿革
连续铸钢技术与钢锭模浇铸相比具有节省能源显著，提高钢水收得率，可实现机械化自 动化操作，节省人力、降低劳动强度。由于诸多优点，连续铸钢技术在世界上得到广泛应用。 但是连续浇铸从提出到世界上第一台工业生产用连铸机建成（1950 年），其发展历程走了 100 余年。自从生产性连续铸钢机出现至今有 50 余年，这 50 余年中连续铸钢（以下简称连铸） 技术发展很快，机型的变化，工艺、设备的改进，品种质量的发展提高，检测、自控的不断 进入，计算机的介入使连铸技术有飞速发展。总体技术的发展，连铸生产效率不断提高，从 单炉浇铸到多炉连浇，从铸坯冷送到热送、直装、直轧，已实现连铸连轧。现今正在向半无 头、无头轧制方向迈进。
立弯式连铸机 立式连铸机总体高度大，铸坯剪断和出坯运输不便。因此，德国迪林根冶金公司和奥地 利的本泰勒厂等研究提出立弯式连铸机，在铸坯完全凝固后再弯曲呈水平方向出坯，但连铸 机总高度减低不多，而铸机体积并不小，因此，立弯式连铸机并未取得预想的发展。
1.1.3 弧形连铸机的问世和发展（20 世纪 60 年代）
弧 形 连 铸 机 的 出 现 弥 补 了 立 式 连 铸 机 的 不 足 。 1963 年 德 国 曼 内 斯 曼 建 成 一 台 200mm×200mm 断面的弧形连铸机，同年瑞士的冯·莫斯厂由康卡斯特（Concast）设计的弧 形连铸机投入热试。1964 年曼内斯曼迪林根厂建成的大型板坯（2100mm 宽）弧形连铸机 投产，同年中国重庆第三钢铁厂自行设计、制造的一台板坯（1500mm）宽弧形连铸机投入 热试车，很快弧形连铸机得到人们青睐，并具备大力发展广为采用的基本条件，因之在 70
水平 ％ ～1 ～1 ～1
1.1.4 连铸技术迅速进入大生产、技术进步快（20 世纪 70 年代）
进入 20 世纪 70 年代，世界发生能源危机，传统的钢铁生产工艺流程是钢水浇成钢锭， 经初轧开坯、再轧制成材，其间有二次加热、二次轧制过程，小型材可能还有第三次加热轧 制过程，工艺流程长，能量消耗巨大。用连铸坯可以一次轧制成材，节省了初轧、开坯工序， 节省能源可观，而且缩短工序时间，弧形连铸机的诞生，为连铸建设与生产提供了方便，因 此，连铸技术得到迅速发展，尤其是能源匮乏的日本，连铸技术发展极为迅速，连铸比从 1970 年的 5.6％上升到 1980 年的 59.5％，其他工业发达国也都迅速发展连铸。连铸比上升 最快的是日本国，其次是意大利、法国和德国，美国、前苏联，连铸坯产量平均每年增加 100 万 t 以上（参见表 1-2）。
400
原苏 新里宾斯克厂二
联
转炉
1970
立式
5 双流 (25～350)×(1200～2200) 2×300t
400
新图拉钢铁厂 1971～ 立式 1975
6
4流
130×130
2×130t 220
1.1.5 连铸技术全面高速发展时期（20 世纪 80 年代～90 年代）
由于连铸技术在生产上广泛被采用，连铸技术倍受重视，连铸装备、工艺及相关技术全 面高速发展，新技术层出不穷。
前苏联高尔达宾（M. F. Goldobin）于 1938 年提出履带式倾斜浇铸法[2]（参见图 1-1）。 该铸机的结晶器由上下二条带凹槽履带组合而成，浇铸时凝固铸坯随结晶器一起运动，这种 随动结晶器于铸坯同步运动，因之可实现高拉速而无黏结漏钢事故，此设备曾在前苏联库兹 涅茨克/康拜因公司浇铸 100mm×100mm 方坯，而后在莫斯科的苏比莫托公司和布罗斯基城
的贝兹斯基厂实验。经过较长时间试验，但因结晶器整体性能差，铸坯出结晶器时履带运动 情况不好、铸坯表面有横裂，纵向有毛刺和凸肩、运转时履带有振动等原因，虽然作了很长 时间的试验，最终未能转入正常生产。以后有人提出倾斜式连铸机（参见图 1-2），该连铸 机是将高尔达宾铸机的履带结晶器换成倾斜放置的水冷铜结晶器，铸机主体与地坪呈 30 度 角，因之铸机高度较低，该铸机可以不建高架厂房，不用挖很深地坑。有一定的吸引力，在 原苏联和我国首钢试验厂、大连钢厂曾建成类似的试验机组作过较长时间的试验，后因为铸 坯上层及皮下有大量的大夹杂物积聚，严重影响质量而于 20 世纪 60 年代中期才停止试验。
法国 19 0.8 956.1 41.3 93.7 4.05
美国 452.1 3.7 2095.5 20.3 160.75 1.66
意大利 72 4.2 1330 50.1
125.8 4.59
苏联 加拿大
498 127
4.3
11.3
1860 407 12.5 25.6 136.2 28
0.82 1.43
年代以后，弧形连铸机所占比例不断提高，建设立式连铸机的已很少，表 1-1 所示 70 年代 到 80 年代连铸机占比例情况。
表 1-1 20 世纪 70 年代到 80 年代各类铸机占比例 ％
年份 1970 1976 1983
立式连铸机 ％ 28 16 15
立弯式 ％ 17 17 6
弧形、直弧形 ％ 54 66 78
图 1-1 M. Φ. 高尔达宾式连续铸钢机示意图
图 1-2 倾斜式连铸机示意图
1.1.1.2 水平连铸机 水平连铸技术早在 19 世纪 30 年代就有人研究开发用于浇铸有色金属铝、铜、铸铁等。
20 世纪 50 年代，苏联、英国、美国对其进行研究，美国 G. M. (General Motors)在 20 世纪 60 年代开始做中间试验，到 1977 年德国 T. G.公司(Technica Guss)买 G. M. 公司专利进行再 开发，并成功地用于钢生产[3]。20 世纪 70～80 年代水平连铸曾受到各国的关注，日本、德 国、苏联、中国等投入大量科研力量，并在生产中得到应用，但因其浇铸断面小、生产规模 小、效率低，不适应大规模生产，生产成本较高等问题而没能发挥其效能。
此外，美国哈兹莱脱法（Hazelett）用两条运动的钢带作结晶器，并在美国的伯利垣公 司(Bethlenenn Steel)、美国钢公司和日本的住友川崎厂作过试验。哈兹莱脱法在 20 世纪 30～ 40 年代曾用于浇铸有色金属，是可行的。
1.1.2 立式连铸机进入钢生产领域（20 世纪 50 年代）
现在连铸的雏形是由德国人德伦（R. M. Daelen）提出的，用敞口（上、下口敞开）结 晶器，外有水冷却，结晶器下部有喷水二次冷却、引锭装置、夹持辊、切断设备等组合。由 于结晶器是固定不动的、浇钢时出现坯壳与结晶器壁黏结、无法正常连铸，1933 年被称为 现代连铸之父的容汉斯（S. Junghans）和罗西提出结晶器振动技术[1]，使连铸走入生产成为 可能。
随着连铸技术被广泛采用，工艺不断进步、设备性能提高与完善和自控技术随之介入与
技术发展，例：迴转台臂能升降、板坯结晶器在线调宽、上装引锭杆，适应高拉速的二冷导 辊制成密排小辊径分节支撑、连续矫直等等。工艺上，重视钢水质量，与精炼措施相结合， 开发中间包冶金技术、二冷实现动态控制；检测与自动控制项目如：钢流下渣检测、结晶器 液面自动控制、漏钢预报、铸坯质量控制模型等被广为采用。到 1980 年，全世界已建成铸 机一千多台（据统计为 1020 台），有一大批大型炼钢厂实现全连铸，这些工厂的年生产能力 都在 200 万 t 以上（参看表 1-3）。
3×200t 400
日本 新日铁大分厂 1972 弧形 5 双流
300×2200
2×300t 1×340t
800
德国 莱茵豪森厂 1975 弧形 2 双流 (200～300)×(800～1650) 3×300t 350
新里宾斯克厂一
转炉
1966
立式
6 双流 (175～280)×(935～1820) 3×160t
20～30
最大容量
80
40
注：中间包容量与铸流多少有关，表中数据只说明一种趋势。
小方坯连铸 4 5
15～25 30
结晶器的变化：板坯结晶器普遍采用在线调宽、方坯结晶器注重内型的构造，如钻石型、 凸型、抛物线锥度型替代以往的单锥、双锥度结晶器，结晶器可快速吊装更换与对中、液压 振动技术。
为提高铸坯质量，提高拉坯速度，防止板坯鼓肚，板坯二冷区普遍采用气－水喷雾替代 水喷嘴，二冷导辊改用多支点分节辊、小辊径密排布置、多点矫直、多点弯曲、流道辊缝收 缩或轻压下、动态轻压下。日本方坯采用锻压办法提高铸坯中心部位质量。其中有些技术在 90 年代被提出或尚未广泛被采用，直到 90 年代末或 21 世纪初才被广泛采用。
生产工艺流程采用炼钢－精炼－连铸的优化组合，中间包冶金受到高度重视。中间包容 量扩大(参见表 1-4)，包内钢液深度由 60 年代的 300～400mm 增长到 800～1200mm。
表 1-4 中间包平均容量的变化（单位：吨）
年份
板坯连铸
大方坯连铸
1975
16
12
1984
23Leabharlann 1690 年代30～50
检测自控项目扩展和使用面广，如：钢流下渣检测、结晶器液面自动控制、二冷动态控 制、铸坯定尺优化切割、漏钢预报、铸坯质量在线判定和控制、无缺陷坯生产技术。计算机 的介入不仅为自动控制提供了方便，并为监测、数据收集分析、前后工序的联系，建立生产 过程控制系统，包括冶炼、连铸、轧钢一体化以及质量保证体系在内的过程控制系统。
在 20 世纪 30 年代至 50 年代，连续铸钢设备（连铸机）并未定形，各种专利技术都在 试验，各色各样的连铸方法在竞争，在较量。当时立式连铸机并未被确定并公认是最佳的， 各国都尝试各种浇铸方式如：倾斜式连铸机、水平式连铸机、轮带式、固定结晶器、随动型 结晶器，间歇式拉坯不一而足。
以下重点介绍几种在 20 世纪 30～40 年代较为有影响的连铸法。 1.1.1.1 倾斜式连续铸钢机