前言：

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冀东威仔

钢的生产过程主要分为炼钢和铸钢两大环节。炼钢的任务是将有关原料通过炼钢炉炼成质量合格的钢液，铸钢的任务是将成分合格的钢液铸成适合于轧钢和锻压加工所需要的一定形状的固体（连铸坯或钢锭）。铸钢作业是衔接炼钢和轧钢之间的一项特殊作业，其特殊性表现为它是把钢液转变为固体的凝固过程。当钢液一旦凝固成固体后，在以后的轧钢过程中就不能对质量有本质上的改进了。因此，铸钢作业对产品质量和成本有重大影响，必须予以特别重视。铸钢生产可以分为钢锭模浇注（以下简称模铸）和连续铸钢（以下简称连铸）两大类。

模铸是将钢液注入铸铁制作的钢锭模内，冷却凝固成钢锭的工艺过程；而连铸是将钢液不断地注入水冷结晶器内，连续获得接近最终产品尺寸的铸坯的工艺过程。它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。其主要工艺流程如图（1-1）所示。从炼钢炉出来的钢液注入到钢包内，经二次精炼处理后被运到连铸机上方，钢液通过钢包底部的水口再注入到中间包内。中间包水口的位置被预先调好以对准下面的结晶器。打开中间包塞捧（或滑动水口）后，钢液流入下口由引锭杆头封堵的水冷结晶器内。在结晶器内，钢液沿其周边逐渐冷凝成坯壳。当结晶器下端出口处坯壳有一定厚度时，同时启动拉坯机和结晶器振动装置，使带有液芯的铸坯进入由若干夹辊组成的弧形导向段。铸坯在此一边下行，一边经受二次冷却区中许多按一定规律布置的喷嘴喷出雾化水的强制冷却，继续凝固。当引锭杆出拉坯矫直机后将其与铸坯脱开。待铸坯被矫直且完全凝固后，由切割装置将其切成定尺铸坯，最后由出坯装置将定尺铸坯运到指定地点。随着钢液的不断注入，铸坯不断向下伸长，并被切割运走，形成了连续浇注的过程。

一、国外连铸技术发展概况

液态金属连续铸锭的概念早在19世纪中期就已提出。1840 年美国塞勒斯（Sellers ）获连铸铅管专利。1846 年转炉的发明者贝氏麦（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的概念。1886 一1889 年提出垂直浇注的立式连铸机的设计。1921 年皮尔逊提出结晶器振动概念，使铸坯与结晶器之间做连续相对运动。

1933年，连铸的先驱者德国人容汉斯（lunghas）建设了第一台170Ot/月立式带振动结晶器的连铸机，首先浇注铜铝合金获得成功，使有色金属连续浇铸于30 年代就应用于生产。

在40年代，由容汉斯在德国建成第一台浇注钢水的试验性连铸机（1943年），其原理如图（1-2）所示。由图可知，当时就已提出振动的水冷结晶器、浸人式水口、结晶器上部加保护剂等技术，这些为现代连铸机奠定了基础。随后，在美国、英国、奥地利、日本等国相继建成了中间性试验连铸机，钢水量为150kg ~7.5t。

在50 年代，连续铸钢进入工业应用阶段，有多台连铸机相继建成。其中有代表性的钢厂有：

1951 年在前苏联的红十月冶金厂建立了第一台不锈钢板坯连铸机，生产断面180×800mm ，产量为36000t/a。

1952 年在英国的巴罗( Barrow ）工厂，建成第一台小方坯连铸机，浇注碳钢和低合金钢，断面为50×50 ~100×100mm。与此同时，德国人斯莎贝尔提出了弧形连铸机的专利。容汉斯和斯莎贝尔提出了连铸电磁搅拌的设计。

1954 年第一台浇注圆坯的4 流连铸机在德国曼内斯曼公司建成。同时在北美加拿大的阿特拉斯厂建成不锈钢板坯连铸机，断面为165×620mm ，每炉浇注27~45t钢水。

1956年在英国的巴罗钢厂建成了立弯式连铸机，大大降低了立式铸机的高度。瑞士的金（C . Kung ）获弧形结晶器专利。

1958年第一代8流小方坯连铸机在意大利的工业和电业公司投产。

60年代，连续铸钢进入工业性推广阶段，不少钢厂都相继建设连铸机。其中代表性钢厂有：

1961年第一台立弯式单流板坯连铸机在德国梯林根钢厂( Dillinger steelwork ）建成，浇低碳钢，断面为200×1520mm，钢包容量33t 。

1963年第一台弧形结晶器的小方坯连铸机在瑞士建成投产。据当时调查指出，全世界已有61台连铸机生产，44台连铸机在建设之中。

1964年第一个全连铸钢厂在英国的谢尔顿（Shelton）钢厂投产。该厂有4台连铸机共11台，生产低碳钢和低合金钢，断面为140×140 ~432×632mm ，钢包容量62t 。

1964 年第一台弧形板坯连铸机在德国梯林根钢厂投产，断面最大为250×1600mm 。与立式连铸机比较，弧形连铸机高度降低了50 ％。

1965 年4 流圆坯弧形连铸机在德国埃斯维特尔钢厂（Es - chweiter ）建成设产。

1967 年高生产率的板坯连铸机在美国的盖里（Gary ）钢厂建成投产，并与在线轧制相联。

1968 年第一台弧形结晶器4 流板坯连铸机在美国的国家钢公司（N ational Steel ）建成，用于生产镀锡板。同年，加拿大阿尔果马钢厂投产一台工字梁连铸机。

1969年有4 台板坯连铸机投产。第一台离心旋转连铸机由法国的瓦卢埃克公司（Vallourec）建成投产。

70年代以后连铸机已具备与大型氧气转炉相配合进行工业生产的可能性。

从80 年代以来，世界各产钢国家连铸技术的发展非常迅速。

1964 年全世界仅有80 多台连铸机，总生产率为700万t/a；1970 年有325 台连铸机，生产能力2600万t/a；1974 年有550 台连铸机，生产能力1.4 亿t/a；1985年有1318 台连铸机，生产能力3.3t/a；1990年1360 台连铸机，生产能力5.58亿t/a。据1991年统计，全世界已有26 个国家和地区钢产量的连铸比超过90％。全世界钢产量的平均连铸比已由1981 年的33.8％增到1991年的62.9％。

近年来，连续铸钢在特殊钢厂也得到广泛应用，据报道，1991年日本普通钢连铸比为98.6%，特殊钢连铸比为81.6% ，其中不锈钢连铸比接近100%。

应该指出：从世界主要产钢国家发展连铸的历程来看，前苏联在连铸技术的研究方面起步较早，对连铸理论、工艺、设备和品种质量等进行了大量研究工作，在70 年代以前是居世界领先地位。然而，由于前苏联炼钢生产一直以平炉为主，氧气转炉炼钢发展迟缓，因此限制了连铸的发展．在70 年代后，日本、美国、法国、德国等工业发达国家后来居上。尤其是日本，在60年代后期才从前苏联等国引进连铸技术，由于重视消化和开发研究，促进了连铸技术的应用。日本在70年代以前，连铸机主要设置在电炉钢厂，以生产小方坯为主。1970 年连铸比仅为5.6％。但70年代后的两次能源危机，促使连铸技术得到了迅速发展。1980年日本连铸比增加到59.5% ，1991年达到94.4％。1991年日本四家最大钢铁公司连铸比达到：新日铁98.9%；日本钢管98.7%；川崎97.7%；住友94.9%，基本上实现了全连铸。目前日本的连铸设备已趋近饱和程度。

美国的连铸技术是与瑞士康卡斯特公司和日本厂家合作发展起来的。80年代以前发展缓慢。1980年连铸比为20.3％。1980 年以后，增加了连铸投资，把重点放在大型钢厂建设板坯、大方坯及组合式连铸机，到1991年连铸比提高到75.1%。随之也出现了一些全连铸工厂。

据统计，1992年全世界产钢国家中，已有30多个大型钢厂实现了全连铸。

还应特别注意到，近几年接近于成品尺寸的薄板坯连铸连轧工艺技术有了重大突破,人们认为这是当前钢铁发展中的一项重大高新技术。传统的热轧薄板工艺是连铸板坯（150-250mm）→粗轧机组（轧成40-70mm）→精轧机组→板卷（2-10mm）。而薄板坯连铸连轧工艺是薄板坯（40-70mm）→粗轧机组→精轧机组→板卷（2-10mm）。与传统工艺相比，这种新工艺流程短，设备简单，投资低，成材率高、能耗降低，生产成本大幅降低，经济效益十分明显。国外现已有多家公司竞相研究开发如德国的西马克(SMS)公司开发的CSP (Compact Strip Production）工艺，曼内斯曼•德马克（MDS ）公司开发的ISP ( Inline Strip Production ）工艺，意大利的丹涅利（Danieli）、奥地利的沃斯特、阿尔贝里( Voest 一Alpine ）等公司各自开发出新的工艺。美国的纽柯（Nucor ）公司，意大利的阿维第（Arvedi）公司已采用此种新工艺建成了完整的生产线，取得很好的效果。人们预计采用熔融还原、超高功率电炉（直流电弧炉）、炉外精炼、薄板坯连铸和紧凑式热轧机组的新型的钢厂将在世界上不断涌现。

高速连铸是高效连铸的核心，是国外80年代中后期与连铸坯热装工艺匹配而发展起来的，由于其高的生产效率和低的成本、低的能源消耗，在国际上逐步得到重视。日本钢管公司福山厂、新日铁公司名古屋厂、英国的Foseco公司、美国的内陆钢厂、韩国的浦项公司光阳厂都已成功地实现了拉速达2.0~2.5m/min的高速连铸，生产的板坯全部用于热装轧制。住友金属工业公司钢铁研究所开发的高速连铸技术已使连铸低碳铝镇静钢的最高拉速达5m/min。国外新建连铸机作业率均在80%～90%，有些铸机作业率已超过90%，连铸机的生产能力也在提高，国外大板坯连铸机的单流年生产能力均超过100万吨，美国内陆厂单流年产达140万吨，日本君津厂两台板坯连铸机均超过240万吨。

到目前为止，连铸设备和工艺技术日益完善，促进了连铸的迅速发展，在新建或改造旧有的连铸机时，无一例外地结合实际选择一些相关的关键技术。其中有代表性技术有：

1）钢液的净化处理；

2）防止二次氧化的保护浇注及钢液温度控制；

3）钢包回转台，钢包下渣检测，钢包倾转，钢包钢液自动称重；

4）大容量中间包，中间包冶金，中间包热周转，“冷”中间包使用，等离子加热，中间包钢液自动称重；

5）自动加保护渣装置，保护渣品质分析检验设施；

6）结晶器在线热状态调宽，多锥度结晶器，漏钢预报，液面自动检控，电磁制动与电磁搅拌，高性能结晶器铜板及镀层；

7）机械式（可实现正弦振动曲线）、液压式（可实现正弦和非正弦振动曲线）结晶器振动装置；

8）大板坯连铸机中能够调宽、调厚的零号扇形段；

9）多点弯曲、矫直技术，连续弯曲矫直技术；

10）真正意义上的细辊密布辊子排列，分段辊，高性能辊子材料及堆焊层；

11）凝固末端轻压下，人为鼓肚轻压下；

12）远程调整辊缝的液压夹紧式或机械式扇形段，二冷区域或二冷区凝固末端电磁搅拌；

13）二次冷却区气水雾化冷却及自动控制，喷水宽度随板坯宽度的无级切换，1:25-30的大流量范围的气水雾化喷嘴；

14）全交流拉坯辊传动系统；

15）EIC一体化的电气、仪表、计算机控制系统；

16）结晶器、零号扇形段、结晶器振动装置、扇形段四大周转件整体吊装更换，完善的离线维修措施；

17）大板坯连铸机的上装引锭、自动脱锭；

18）辊缝自动测量仪、自动喷印机、去毛刺机、铸坯称量机、局部火焰清理机等关键辅助设备的应用；

19）最佳定尺切割；

20）计算机质量判断；

21）快速打印；

22）铸坯运行路线的计算机跟踪。

二、国内连铸技术发展概况

我国于1957 年就开始连续铸钢的试验研究。1958 年在重钢三厂建成了立式双流连铸机，用以浇注175×200mm 铸坯，并首先采用500t 飞剪剪切铸坯。1960 年在唐山钢厂建成140×140mm 方坯立式连铸机。1964 年6 月24 日在重庆第三钢厂建成第一台弧形板坯和方坯兼用连铸机，这是世界上最早用于工业生产的弧形连铸机之一。首先采用1500t 摆式剪机来剪切铸坯。1967 年在重钢建成了一台半径为10m 的弧形连铸机，是当时世界上最大的弧形连铸机之一。它既能浇注250 ~300×1500 ~2100mm板坯，又能浇注3流300mm及4流250mm大方坯。以上四台连铸机至今仍在正常生产。

从1964 年到1974 年十年间，我国中小企业建成了40多台弧形连铸机，但由于基础技术工作没有跟上，工艺问题研究不深，铸机设备又偏于简陋，致使铸机不能正常持久生产。

改革开放后，为了学习国外先进技术和经验，加速我国连铸技术的发展，从20世纪70年代末开始引进国外连铸技术和设备。例如1978年和1979年武钢二炼钢厂从前联邦德国引进单流板坯弧形连铸机3台；在消化国外技术的基础上，围绕设备、操作、品种开发、管理等方面进行了大量的开发与完善工作，于1985后实现了全连铸生产，产量突破了设计能力。首钢二炼钢厂在1987年和1988年相继从瑞士康卡斯特引进投产了2台8流弧形小方坯连铸机，1993年产量已超过设计能力；并在消化引进技术的基础上，自行设计制造又投产了7台8流弧形小方坏连转机，成为国内拥有连铸机机数和流数最多的生产厂家。1988年和1989年上钢三厂和太钢分别从奥地利引进浇注不锈钢的板坯连铸机。1989年和1990年宝钢和鞍钢分别从日本引进了双流大型板坯连铸机。1996年10月武钢三炼钢厂投产1台从西班牙引进的高度现代化双流板坯连铸机。这些连铸技术设备的引进都促进了我国连铸技术的发展。1998年在大、中型企业中，有74个全连铸分厂(车间)；全年钢总产量11434.6万t；连铸坯产量7729.83万t；连铸比达67.6%。2001年全国生产钢15163万t，全国连铸比达89.68%，首次超过世界连铸平均水平87.6%。

据中国金属学会连铸分会统计,到1999年底我国运转和在建的连铸机已有342台1088台，生产能力13503.5万t，其中小方坯(150 mm×150 mm以下)连铸机182台673台，设计生产能力5359万t；大方坯、矩形坯、圆坯(160 mm×160 mm以上)连铸机85台315台，设计生产能力3001万t；板坯连铸机62台80台，设计生产能力4708万t；薄板坯连铸机3台3台，设计生产能力325万t；矩形坯连铸机1台3台，设计生产能力63万t；水平连铸机9台14流，设计生产能力47.5万t。目前我国在异型坯、大圆坯和大方坯连铸机的设计制造方面仍有些困难；不过，我国在高效连铸技术小方坯领域已跻身世界先进行列。

进入21世纪以来，我国连铸技术处于高速发展的时期。 利用以高质量铸坯为基础、高拉速为核心、实现高连浇率、高作业率的高效连铸技术对现有连铸机的技术改造取得了很大进展，采用国产技术的第一台高效板坯连铸机已在攀钢投产。2002年中国生产钢18224.89万t,在线生产的连铸机达444台，连铸比达93.7%。至2003年底，我国高效、较高效连铸机累计已达75%以上，目前新建的连铸机一般也均为高效或较高效连铸机。 除此之外，邯钢、珠江钢厂、包钢、唐钢引进的近终形薄板坯连铸连轧生产线，马钢H型钢轧钢机、攀钢采用国产技术的第1台高效板坯连铸机也已投产。 据统计,到2005年底,我国在生产的连铸机累计已达677台2207台,连铸比达96.44%，绝大部分钢铁企业实现了全连铸。

今后我国冶金企业将继续坚持不懈地推进以全连铸为方向，以连铸为中心的炼钢生产的组合优化，淘汰落后的工艺设备，开发高附加值的品种，提高质量，加大节能降耗的力度和环保技术的改造，提高炼钢与轧钢热衔接协调匹配。我国连铸技术的各项指标,一定会全面地进入世界先进行列

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