连铸工艺与设备

b. 薄板连铸机，又省去了粗轧机组。
2)提高了金属收得率和成材率；由于在一个机组上连续 浇铸出钢坯来，可以提高金属收得率达7%-8%，成材 率提高10%-15%，成本可以降低约10%-12%；
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3)降低了能源消耗。据日本资料介绍，连铸的能源消 耗仅为模铸工艺的13.5%-20.8%； 4)生产过程机械化、自动化程度高，改善劳动条件。 可以采用计算机自动控制，易于实现连续生产； 5)提高铸坯质量，扩大品种。连铸坯断面比较小，冷 却速度大，枝晶间距小，偏析程度小，尤其沿铸坯 长度方向化学成分均匀。此外，除沸腾钢外几乎所 有钢种均可以采用连铸工艺生产，而且质量很好。
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随着拉坯辊缓慢地将 带液芯铸坯从结晶器 拉出，中间包内的钢 水也同时连续地注入 结晶器内，就可以得 到很长带液芯铸坯。 带液芯铸坯在二次冷却区喷水强制冷却，拉矫机与 结晶振动装置共同作用，将结晶器内铸坯拉出，当拉 到规定位置时，铸坯内部完全凝固。将铸坯切割成规 定的尺寸，由出坯装置送后续工序。
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1.4 连续铸钢技术发展的概况
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1.4 我国连续铸钢技术发展概况
我国是连续铸钢技术发展较早的国家之一，早在20 世纪50年代就已开始研究和工业试验工作。
1957年上海钢铁公司中心试验室的吴大柯主持设计 并建成第1台立式工业试验连铸机。
1958年由徐宝升主持设计的我国第1台双流立式连 铸机于重钢三厂建成投产。 1964年6月24日由徐宝升主持设计的我国第1台方坯 和板坯兼用弧形连铸机于在重钢三厂诞生投产，这 是世界上最早的生产用弧形连铸机之一。
连铸机可以按照多种形式分类：
1)按照连铸机结构外形或铸坯运行轨迹分：立式、立 弯式、直结晶器多点弯曲式、直结晶器弧形、弧形、 椭圆形和水平连铸机。
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连铸机型示意图
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水平
5 椭圆形 4
弧形
3 直结晶器多点弯曲 2 1
立式 立弯式
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立式连铸机浇铸、结晶凝固、二次冷却和切割等工 序均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成水平状切割运出，高度比立 式有所降低。弧形连铸机把钢液浇到弧形结晶器内， 沿弧形轨道运行，经过1/4圆弧后在水平方向出坯， 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。
目前，振动式结晶器已经成为标准的铸机模式。
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连铸技术的突破性进展--英国人哈里德(Halliday)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，真正有效地防 止了铸坯与结晶器壁的粘连，钢连续浇铸的关键性 技术得到突破。 在容汉斯及罗西的振动方式中，结晶器下降时与铸 坯无相对运动，哈里德的负滑脱方式中结晶器与铸 坯有相对运动，有改善润滑、减轻粘结的优点，更 便于实现高速浇铸。
一机多流与多机多流相比，设备重量轻，投资省， 但一机多流如有一流出事故，可造成全机停产，且 生产操作及流间配合困难。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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1.6 连铸机型分类
从上世纪50年代连铸工业化开始，60年来连铸机发 展经历了一个由立式、立弯式到弧形的演变过程， 目前连铸机型采用最多的是全弧形和弧形带直线段 (或者是立弯式)。
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2)按照连铸机所浇铸断面大小和外形分：厚板坯、薄 板坯、大方坯、小方坯、圆坯、异型钢坯及椭圆形 钢坯连铸机和薄带连铸机等。 方坯连铸机：通常把所浇铸断面或者当量面积 150×150mm以上为大方坯；断面150×150mm为 小方坯。
板坯连铸机：铸坯断面长方形，宽厚比一般在3以上。 圆坯连铸机：铸坯断面为圆形，直径60~400mm。 异型坯连铸机：浇铸异型断面如工字梁。
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40年代连续铸钢试验开发
在20世纪40年代，钢的连铸试验开发主要集中在美 国和欧洲。容汉斯决定让美国罗西(I.Ross)使用他的 专利权，这对连续铸钢技术开发具有重要历史意义。 二者分别在美国和德国独立进行连续铸钢试验工作。 40年代连铸技术开发主要在结晶器上。曾出现固定 不动结晶器、弹簧吊挂式结晶器和以容汉斯方式为 代表的振动结晶器。
5)按拉速分类有：高拉速和低拉速连铸机。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。
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1.7立式连铸机特点
基本特征： 连铸机主要设备如中间包、结晶器及其振动装置等均 上下依次序排列在一条垂直线上。 主要优点： 非金属夹杂物易于上浮；铸坯四面冷却均匀；成分和 夹杂物偏析较小；主体设备结构均简单，可省去一套 矫直装置；占地面积小，设备紧凑；二次冷却装置和 夹辊等结构简单，便于维护； 铸坯在结晶凝固过程中，不受任何机械外力作用。高 温铸坯无弯曲变形，铸坯表面和内部裂纹少，为获得 高质量铸坯创造更有利的条件； 适于优质钢、合金钢和对裂纹敏感钢种的浇铸。
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1.6 连铸机概念
铸机的名称
1.台数：凡是共用一个钢包(盛钢桶)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。
2.机组：一台铸机中具有独立传动和工作系统，当其 它机组出现故障时仍可照常工作的一套连铸设备称 为一个机组。一台连铸机可以是多机组，也可以是 单机组。
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3.流数：对于每台连铸机来说，同时能浇铸铸坯的总 根数叫连铸机流数。凡一台连铸机只有一个机组， 又只能浇铸一根铸坯叫一机一流。如能同时浇铸两 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。
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70年代能源危机推动连铸技术迅速发展
20世纪70年代，世界范围的两次能源危机促进了 连续铸钢技术的大发展，提高了连铸机的生产能力， 从而改善了铸坯的质量，扩大了品种。 从世界范围看，1980年连铸钢产量已逾2亿吨， 相当1970年产量的8倍。这种增长速度是事先没有 料到的。其原因来自1973~1974年和1979年两次能 源危机的推动。
1.连铸工艺与设备绪论
安徽工业大学材料学院 2012.3.6
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钢铁生产工艺流程
轧钢 炼铁 炼钢
连铸
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1.1 连铸概论
转炉生产的钢水经过炉外精炼后需要铸造成不同类 型和规格的钢坯。连铸就是将精炼后的钢水连续铸 造成钢坯的生产工序。 连铸概念：连铸为连续铸钢(CC-Continuous Steel Casting)简称，是将钢水用连铸机浇铸、冷凝、矫 直、切割得到铸坯的工艺，是连接炼钢和轧钢的中 间环节，是炼钢生产的重要组成部分。 在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固 成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。
6)与轧钢衔接良好。
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1.4 连续铸钢技术发展的概况
早在19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)就曾提出过连续浇铸液 体金属的初步设想，并用于低熔点有色金属的浇铸； 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。
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连铸主要设备包括：钢包(盛钢桶)回转台、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(拉矫机)、切割装置和铸坯运 出装置等。
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马钢CSP连铸机主要装备示意图
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1.2 连续铸钢的工艺流程
从转炉或电炉初炼好 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(炉外精炼)。
1930年，铜和铝的连续铸造开始应用于生产。
钢的连铸要困难的多。钢的熔化温度高，导热性差， 不容易在短时间内形成足够厚的外壳，外壳很容易 拉断，此时连铸机还不适合铸钢。
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1933年德国人容汉斯建成一台结晶器可以振动的立 式连铸机，并用其浇铸黄铜获得成功，后又用于铝 合金的工业生产。 结晶器振动的实现，不仅可以提高浇注速度，而且 使钢液的连铸生产成为可能，因此容汉斯成为现代 连铸技术的奠基人。
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1.5 连续铸钢发展概况总结
我国连铸机台数为世界第一，但总体技术经济指标与 国外先进水平差距较大。如吨钢能耗比日本高 20~30%，作业率低10%左右，成材率低9%左右；日 本的中厚板连铸机拉速在2~3米/分，我们多数铸机在 1.5米/分以下。 为了尽快改变目前钢铁工业状况，迅速赶上世界先进 水平，应从以下四方面着手： (1)提高冶炼技术；(2)采用先进的连铸设备；(3)采用先 进的工艺和操作技术；(4)科学的管理。
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板坯圆坯方坯
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3)按钢水的静压头(单位重量流体所具有静压能)分： 高头型、标准头型、低头型和超低头型连铸机等。 静压力较大的为高头型连铸机如立式、立弯式连 铸机。静压力较小为低头连铸机如弧形、椭圆和 水平连铸机。 4)连铸机按一个机组共用一个大包所能浇铸坯数分：
台机流。单流或一机一流，双流或者一机二流 或者二机二流；多机多流。
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连铸机工艺流程
1—钢水包；2—中间包；3—振动机构；4—偏心轮； 5—结晶器；6—二次冷却夹辊；7—铸坯中未凝固钢水； 8—拉坯矫直机；9—切割机；10—铸坯；11—辊道
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1.3 连续铸钢的优越性
连续铸钢自问世以来便得到迅速发展，主要是由于与 传统的“模铸-开坯”工艺相比，具有如下突出优点： 1)简化了钢坯生产工序，缩短了工艺流程，节省投资； a. 省去了脱模、整模、钢锭均热、初轧开坯等工序。
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60年代弧形铸机引发革命
进入20世纪60年代，弧形连铸机的问世使连铸技术 出现了一次飞跃。相比较立式铸机，弧形铸机不仅提 高了生产率，降低了设备投资，而且更有利于安装在 原有的钢厂内。
弧形连铸机的概念早在1952年德国人欧· 萨波尔 (O.Schaber)就提出 ，最先把弧形结晶器连铸机的设想 付诸工业性试验的却是德国曼内斯曼公司。世界第一 台弧形连铸机于1964年4月在奥地利百录厂诞生。
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80年代连铸技术日趋成熟
进入20世纪80年代以后，连铸技术日趋成熟。 如开发了钢包精炼、钢液钙处理、电磁搅拌、结 晶器液面自动控制、中间包冶金、结晶器冶金、结 晶器在线调宽等一系列技术；连铸坯的热送、直接 轧制及其相伴的无缺陷铸坯生产技术等。
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连铸比的概念
连铸比：指连铸合格坯产量占合格钢总产量的百分 比。合格钢生产量=合格连铸坯生产量+合格钢锭生产 量+合格铸钢水生产量。 连铸比是衡量一个国家或一个钢铁工厂生产发展水 平的重要标志之一，也是连铸设备、工艺、管理以及 和连铸有关的各生产环节发展水平的综合体现。 1960年代末，世界钢产量的连铸比仅为5.6%，到 2004年连铸比为90.4%，2005年我国钢铁产量约3.5亿 吨，其中96%依靠连铸技术生产。
将装有精炼好钢水的钢水包运至连铸平台回转台， 回转台转动到浇铸位置后，将钢水注入中间包。
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中间包再由水口将钢 水分配到各个结晶器 中，结晶器使铸坯成 形并迅速冷却凝固结 晶，形成外表为凝固 坯壳内部是未凝固钢 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)。
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为了学习国外的先进技术和经验，促进我国连 铸生产发展，一些企业从70年代后期开始引进 国外技术和设备 。 据统计，到1995年底我国运转和在建的连铸机 已有300多台，其中自行设计制造的占80%，由 国外引进的只有70台左右。
2005年我国的钢产量达到3.5亿吨，占世界的 30%左右，为世界第一钢产量大国；连铸比 96%以上，实现了全连铸化；连铸机1000多台 为世界第一。
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50年代开始步入工业化
连续铸钢在20世纪50年代步入了工业生产阶段， 但产量很少。1950年世界钢产量为1.9亿吨，而1960 年达到3.4亿吨，连铸钢产量仅为115万t，连铸比仅 为0.34%。
世界上第一台工业生产的连铸机于1951年在前苏 联“红十月”冶金厂建成，是一台立式双流板坯半 连续铸钢设备，用于浇铸不锈钢。1952年第一台立 弯式连铸机在英国巴路厂投产。