连铸历史简介。

亨利?贝塞麦是提出连铸思想的第一人。

他在1858年钢铁协会伦敦会议的论文《模铸不如连铸》中提出了这一设想，但一直到20世纪40年代，连铸工艺才实现工业应用。

在这一段时间内，由于钢的高熔点和高导热率等原因，研究人员遇到了许多问题。

在连续铸钢开始出现时，最先使用的是立式连铸机。

这种连铸机有一个用弹簧固定的结晶器，产量通常很低，且因为钢与结晶器粘结，漏钢并不少见。

振动结晶器的想法应归功于德国人SeigfriedJunghans，他首创了有色金属的连续铸造。

1952年，英国巴罗钢厂将这个概念引入炼钢领域，当时使用的是德国曼内斯曼提供的直结晶器立式连铸机。

这便是工业化连续铸钢的开端。

???? 由于技术上的缺陷，连续铸钢长期以来一直局限在电炉钢厂内，大型钢铁联合企业1970年才开始生产连铸板坯。

借助科学理论对凝固现象的深入了解推动了连铸的发展。

炼钢技术在同一时期内的发展也是连铸工业化的一个先决条件。

低成本的电炉炼钢和联合钢铁厂的碱性氧气转炉炼钢比平炉更能保证连铸钢水的供应。

今天，在这些炼钢工艺中，比重最大的是氧气炼钢，占到了63．3％，相比之下，电炉和平炉分别占33．1％和3．6％。

???? 连铸工艺的主要优势可概括为：收得率比模铸提高10％～12％，成本降低20％；由于从钢水到终产品的生产环节减少了，所需人时降低；取消了脱模、加热和初轧，设备投资低；有实现全连铸和高度自动化的可能性。

???? 由于这些固有的优点，随着浇铸产品质量的提高，连铸延伸进了模铸的领域，普及度迅速提高。

???? 全球情况
???? 1970年，连铸钢仅占粗钢产量的4％，而到今天，已经达到了惊人的88％。

世界钢铁供大于求的形势即将消退，供需平衡即将恢复，粗钢产量年平均增长速度4％。

2001年连铸钢产量8．503亿t；2002年增长了6．2％，达到9．036亿t。

2003年粗钢产量为9．648亿t，较前一年增长了6．8％；而2004年的粗钢产量达到了10．5亿t，增幅8．8％，该年连铸产量达到9．37亿t。

???? 在产钢大国中，中国占据世界连铸钢产量的23．72％，其后是日本12．76％和美国10．38％。

中国连铸比91．20％，低于工业国的平均水平，但高于88％的世界平均水平。

在提高世界平均连铸比方面，中国仍将扮演重要角色。

???? 连铸技术发展
???? 近终形连铸
???? 钢铁生产者已经开始寻找能够充分发挥连铸优点的技术。

德国SMS首当其冲于1989年在纽柯安装了薄板坯连铸机。

这台连铸机上的漏斗形结晶器是新鲜事物，而其余部分的结构则与普通连铸机相似。

这推动了薄板坯连铸机在全球范围的工业化进程，产品厚度介于40～70mm，正常拉坯速度5．5m／min。

???? 薄板坯连铸的成功并没能阻止钢铁生产者继续探索更薄的连铸技术，研发重心是贝塞麦最初提出的带钢连铸概念。

1999年，纽柯、BHP和IHI发起了Castrip工艺的工业化进程，蒂森克虏伯、于齐诺尔和VAI的Eurostrip也开始用钢水直接浇铸带钢。

???? 在这种双辊带钢连铸工艺中，钢水灌注到两个逆向转动的浇铸辊之间，两个陶瓷侧挡板压在浇铸辊上，故构成了一个钢水池。

钢水在铸辊上产生凝壳，凝壳延伸到两辊间的接触点，在此处合成一体，随着穿过铸辊缝而形成连续的钢带，向下移动离开连铸机。

形成2mm厚带钢的这个过程大约需要0．4s。

根据钢带厚度、铸辊尺寸和钢水池深度的不同，浇铸速度通常从40m／min到130m／min不等。

???? 最早的近终形连铸是为工字梁和型钢开发的，用八字形异型坯取代了方坯和矩形坯。

工
字梁异型坯降低了轧制的成本与能耗，提高了生产效率，其普通规格为（480～1050）×（355～450）×（120～165）mm，拉坯速度0．45～2．5m／min。

???? 结晶器形状的变化
???? 结晶器是连铸机的心脏，其设计结构决定了拉坯速度和生产率。

若提高拉速增大产率，则需要结晶器有适宜的几何形状来改善传热效果、降低摩擦力。

???? 大板坯连铸机的直结晶器：使用直结晶器比传统弧形结晶器更能让铸坯与结晶器间均匀接触。

其带来的结果是坯壳均匀、快速地生长，降低了漏钢的风险，而且，非金属夹杂物能上浮到钢液面，使得板坯具有优秀的内部质量。

???? 小方坯连铸机的多级结晶器：现已证实，多级结晶器能有效降低高速小方坯连铸机的漏钢率。

其结构组成为一个初级管式结晶器和一个采用刚性连接的长320mm的第2段。

第2段由4个固定在外壳底板上的水冷铜板构成。

浇铸时，冷却铜板挤压在铸坯上，每块铜板配有两个螺旋弹簧负责维持这个压力。

小方坯中的热量由铜板导出，冷却水直接喷在包裹着小方坯的铜板上。

该工艺的最大可实现拉坯速度4～4．3m／min，漏钢率0．5％～1．0％；而普通带有足辊的结晶器只有3．5m／min的拉坯速度；漏钢率为1％。

???? 锥形结晶器：锥形结晶器可用在大方坯、小方坯和大板坯连铸机上。

大方坯和小方坯连铸机抛物面结晶器的引入是连铸发展史的转折点。

结晶器锥度与钢种和拉坯速度有关。

结晶器在设计时考虑到了铸坯在结晶器内的收缩，因此，铸坯与结晶器保持接触，确保了良好的导热效果。

铸坯在高速连铸机结晶器内的停留时间非常短，坯壳必须有足够的厚度和强度来承受钢水静压力，因此，要考虑到铸坯的收缩，使铸坯和结晶器保持良好接触，所以结晶器管的各段要设计多个锥度。

???? 另一个发展是在大板坯结晶器下端采用削角边的抛物面锥，保证坯壳与结晶器铜板接触良好，促使坯壳均匀、快速生长。

削角边减轻了摩擦，这便使得铜板的磨损降到了最低水平。

这种结晶器的使用效果则是改善了铸坯内部组织、消除了铸坯角上的内部缺陷，减少了鼓肚。

???? 小方坯连铸机结晶器长度：高速小方坯连铸机的结晶器增长了100～200mm，因此，结晶器总长比普通结晶器延长了900mm，故此增加了钢水在结晶器内的停留时间，提高了坯壳强度。

???? 改进的结晶器振动装置
???? 结晶器液压振动装置
???? 理想的结晶器振动是充分利用结晶器价值的先决条件。

结晶器液压振动装置采用两个液压缸驱动，每个液压缸都装有伺服阀，按照预先设定值控制结晶器周期性运动。

变速振动曲线作为伺服阀的预置数据，正弦函数用作基础调速模式。

振动周期和振幅在速度曲线中是变化的，并能随着拉坯速度的变化按照预先描述的功能序列自动进行修正。

该系统的特征是振动曲线的在线控制、冲程可变、多种频率、结晶器摩擦力小、铸坯振痕浅、生产安全性高和维护量低等。

???? 大板坯连铸机的三角波振动：为促进坯壳生长而需要结晶器振动，故需要合理化结晶器的上下振动来降低坯壳应力、充分发挥保护渣的润滑作用。

在正弦振动装置上，最大的问题是高频段短程震动机构的正行程时间短。

这便为三角波振动模式的开发铺平了道路，这种模式的振动速度可以调节，能使向上运动的周期比向下运动长。

正行程时间延长，就缩减了坯壳与结晶器之间的相对运动，进而减少了时间短的负周期内的摩擦，减轻了振痕。

???? 可调宽结晶器
???? 结晶器联机液压调宽的引入有助于在生产中调整板坯宽度，缩短了停产时间。

该系统增大了连铸机产品结构的灵活性，对提高生产率是有利的。

???? 结晶器液位控自动制器
???? 今天，通常使用中包塞棒配合滑板的使用来控制结晶器中的钢水量。

结晶器的钢水液位
可使用放射性同位素测量。

该系统使用一个PID控制器，将实际测量信号与预设值进行对比。

控制器的输出信号触发伺服驱动装置，利用塞棒调节器的反馈信号控制塞棒的位置，液位控制精度达到±2mm并不困难。

在自动开浇模式下，依据事先储存的时间斜坡向结晶器内注入钢水，当到达设定点时，自动从时间斜坡控制切换到闭环控制。

获得最大好处是振痕浅，表面质量和皮下质量好，漏钢率低，从而提高了生产率。

???? 人们开发的另一种系统无需使用放射性同位素，这样就避开了暴露在钢水中放射性物质或放射性加杂物前的危险。

该技术使用光学测量技术检测钢水弯月面的红外辐射，并将其转化成高度值。

这个反馈信息用于调整拉坯速度、中包塞棒与滑板机构。

???? 另一种检测弯月面液位的系统是建立在测量电磁场变化的基础上，称之为电磁结晶器液位控制。

浮子放置在弯月面处，利用电激励器测量结晶器的液位波动。

???? 电磁搅拌
???? 连铸坯内部结构是外层为柱状晶区，其内部包裹着等轴晶区。

过热度直接影响柱状晶的长度。

要限制柱状晶区的发展，则中包钢水温度要非常靠近液相线温度。

不能满足这个温度条件的钢水要回炉，这是非常昂贵的措施。

电磁搅拌能抑制柱状晶生长，促进细小、规则的等轴晶区的发展。

电磁搅拌的原理是利用搅拌器产生穿透坯壳的磁场，在钢水内部形成傅科电流。

感应电流和磁感产生电磁力，促使钢水运动。

钢水的流动促进了钢水与坯壳的热交换，有利于消除残余过热，降低了凝固前端的温度梯度，使得适宜柱状晶生长的条件不复存在。

钢水运动造成枝状晶重熔，形成柱状晶粒，导致枝晶断裂，这些碎片参与了等轴晶区的形成。

???? 搅拌器可以围绕着结晶器安装，或者装在结晶器下面，具体布置方案取决于想要获得的效果。

在大方坯和小方坯连铸机上，电磁搅拌对降低表面和皮下夹杂物数量、减轻合金元素偏析、减少夹渣和气孔，从而提高连铸坯表面质量和皮下质量有着积极的意义。

而相对于等轴晶区扩大、枝晶搭桥减少、杜绝了中心疏松和中心偏析降到最低等内部质量提高而言，上述好处都是附加的。

为了进一步减轻偏析，最后还可以在二冷区后半部安装电磁搅拌。

通过搅拌含有低熔点物质的剩余液芯，中心线偏析得到缓解。

???? 搅拌器类型的选取是以冶金需要和搅拌参数为基础的，这些参数有搅拌强度、频率和磁场方向等。

另外，搅拌器的设计结构与位置也需要仔细斟酌。

???? 电磁浇铸修整了弯月面的形态，减少了钢水沿着弯月面的凝固，诱导弯月面附近的钢水流动。

在大板坯连铸机上还开发了一种采用叠加的交流和直流感应磁场控制弯月面的技术。

另一种技术革新是利用电磁闸控制钢水在结晶器内的流动模式。

???? 液芯压缩
???? 大方坯和大板坯连铸机上应用液芯压缩的目的是在铸坯离开结晶器时通过锥度可调节的渐缩扇形体对铸坯实施机械压缩，以消除中心偏析。

凝固搭桥和内外温差产生的收缩通效应常会造成中心疏松、中心偏析与化学成分不均匀等缺陷。

在液芯压缩阶段，来自外部的机械压力有助于阻止这些缺陷的产生。

这是利用机械作用打碎搭桥，促进糊状区运动，填补收缩空穴而实现的。

决定压缩区域的参数是连铸机的结构设计、拉坯速度、钢水成分、过热度和二次冷却等。

动态辊缝调解系统的引入解决了浇铸期间浇铸参数变更的问题。

???? 自动化系统
???? 二级自动化系统的问世提高了连铸坯的质量和连铸机生产率。

用于实现连铸自动质量控制的工艺控制系统包括结晶器液位控制、铸坯锥度控制、用于拉坯速度控制的数学模型、喷淋冷却系统和切割尺寸优化等。