連鑄技術發展歷程

連續鑄造（Continuous Casting）技術發展已經有100多年的歷史。連鑄技術的出現是現代冶金技術的一次重大革命，連鑄取代模鑄，使大規模鋼鐵生產才有了可能性。

概括起來，連鑄技術的發展大致可分為以下五個階段：

1840年塞勒斯獲得了連續鑄鉛專利

1856年貝塞麥采用水冷旋轉雙輥連鑄機澆鑄出了金屬錫箔、鉛板和玻璃板，并獲專利

最早(1887年）提出與現代連鑄機相似的連鑄設備建議的是德國人戴倫，在其開發的設備中已包括了上下敞開的結晶器、液態金屬注入、二次冷卻段、引錠桿和鑄坯切割裝置等。

40年代開始連續鑄鋼的試驗。1943年瓊.漢斯在德國建成了第一臺澆鑄鋼液的試驗連鑄機。

瓊.漢斯試驗連鑄機專利原理圖

當時提出的振動水冷結晶器、浸入式水口、結晶器保護劑等技術觀點為現代連鑄機奠定了基礎。結晶器振動已成為連鑄機的標準操作。

在這個時期，連鑄技術以驚人的速度向前發展，出現了5000多個有關連鑄的專利、技術，奠定了現代連鑄技術基礎。

代表性技術

50年代是連續鑄鋼取得突破性進展10年。1950年世界第一臺工業生產用立式連鑄機在聯邦德國曼內斯曼公司的胡立根廠投產。隨后，不同國家的15臺(40流)工業性鑄機相繼投產。中國于1954年開始連鑄試驗，1957年上海鋼鐵公司中心試驗室首先建成了一臺工業規模的立式試驗機組。1958年北京鋼鐵學院徐寶隆教授設計的我國第一臺工業生產用的矩形坯連鑄機在重鋼三廠建成。

較有影響的連鑄新技術有：

1954年，Halliday將其“負滑脫原理”用于連鑄，真正解決了坯殼與結晶器壁相粘結的問題，同年還出現銅板組合結晶器以及鍍Cr的銅管結晶器；

1957年，γ射線傳感器用于自動控制結晶器液面；

1958年，意大利的一臺 8流方坯連鑄結晶器上第一次采用正弦波方式振動；

1959年，挪威的一臺方坯鑄機上第一次采用保護渣保護結晶器液面。50年代已試澆過不銹鋼、硅鋼、高速鋼鋼軌鋼、軸承鋼、工具鋼、沸騰鋼等鋼種以及小斷面圓鋼和H型鋼；

50年代以前的幾十年間，世界都在探索嘗試各種凝固形式的連鑄，如輥式，履帶式，到達50年代才確立了銅結晶器為凝固裝置的連鑄技術。確立了立式連鑄機，立彎式連鑄機的核心地位。

由于立式鑄機（包括立彎式鑄機）高度較高，廠房投資費用較大，弧形連鑄機的出現解決了這個問題， 并大大促進了現有鋼廠建設連鑄機。

1952年，最早提出弧形結晶器專利的是O.Schaaber，而后，1956年E.Sch.等以及1960年中國徐寶隆教授也都獨立地提出或設計了弧形結晶器連鑄機。

1963年, 由 O.Schaaber設計、聯邦德國曼內斯曼公司制造的第一臺弧形結晶器方坯連鑄機在德國建成投產，接著瑞士、中國等3個國家的九臺（13流）方坯和板坯弧形結晶器鑄機相繼建成投產。但是，真正投入工業性三班連續生產的第一臺弧形鑄機是1964年由O.Schaaber設計的奧地利的一臺150mmx600mm的連鑄機，第二臺投入工業生產的是重鋼三廠180mmx1700mm的弧形板坯鑄機。

我國第一臺工業生產連鑄機

60年代開發的連鑄技術有：

1961年，鑄坯帶液芯彎曲技術用于寬板坯連鑄機；

1964年，德國在一臺鑄機上開發了直筒形浸入式水口加保護渣澆注的技術

其后，連鑄工作者又將美國在宇航中開發的熔融石英技術用于連鑄，從而制造了帶側孔的浸入式口，用其澆注寬板坯解決表面縱裂間題。

1967年，為進一步降低鑄機高度，在德國建造了兩臺超低頭板坯連鑄機，在Uss/Gary廠一臺板坯連鑄機集中了中間包滑動水口、自動開澆和結晶器液面控制、帶液芯彎曲矯直。

此外，如液壓驅動的結晶器振動、液壓剪切機、中間包加熱等技術也得到開發，美國人奧爾森提出了漸進彎曲矯直技術，德國曼內斯曼公司采用浸入式水口澆鑄技術。還出現了全連鑄鋼廠以及工字梁用異形坯鑄機。

連鑄工序的能耗僅為模鑄一初軋工序的10%左右，因此，70年代的兩次全球性石油危機加速了連鑄的發展。

20世紀世界粗鋼產量的變化情況

這一時期出現的連鑄新技術有：結晶器液面自動控制、多孔浸入式水口、多段式結晶器、結晶器電磁攪拌、鑄坯自由導向、二次冷卻密排導輥及組合輥、帶液芯鑄坯輕壓下、中間包滑動水口、中間包塞棒吹氬、鋼包鋼流保護、中間包感應加熱等。期間，日本利用真空處理以及電磁攪拌等技術生產準沸騰鋼，從而為全連鑄創造了條件。

70年代也是我國連鑄加速發展的十年。

70年代世界和我國連鑄坯產量和連鑄比

到20世紀70年代末期，連鑄技術已經趨于成熟，標志是連鑄用于多數鋼種工業生產，可以取代模鑄。推廣連鑄，提高連鑄比是冶金工業的主流。以德國為例，連鑄比1980年為41.3%,1990年91.3%，1999年達96.3%,同期中國分別為6.2%,23.2%,77.6%。

常見鑄機結構形式

80年代，由于立式連鑄機建設成本高，效率低，逐漸為弧型連鑄機(結晶器弧型)取代，并出現了超低頭和水平連鑄機。水頭低，建筑成本低，鋼水靜壓力小，鑄坯內裂紋缺陷少，但其缺點是凝固不對稱。超低頭和水平連鑄機，包括弧型連鑄機不利于夾雜物去除。

隨著材料需求的增加和品質要求的提高，特別是汽車板，深沖鋼、管線、船板等要求的提高，潔凈鋼的需求推動了連鑄機型的優化。

以VAI為代表的直弧型連鑄機逐漸成為板坯連鑄的主流機型，超低頭和水平連鑄機陸續退出舞臺。

羅可普連鑄機型逐漸占據了小方坯連鑄機的陣地。過去的方坯連鑄機支撐復雜，采用柔性引錠裝置，設備維修和處理漏鋼難度大。羅可普連鑄機采用剛性引錠桿，出結晶器后支撐極其簡單，設備維修和處理漏鋼難度大大降低。

隨著連鑄比不斷上升，提高生產率、鑄機作業率、鑄坯質量、拉坯速度和連澆爐數的需求不斷增加。擴大澆鑄品種，不斷降低生產成本的步伐一直沒有停止。指標的改善是以系統化技術為基礎實現的，集中表現在如下幾方面：

（1）鋼液質量保證技術，主要措施包括：

• 鋼液成分的精確控制；

• 連鑄鋼液組合化，功能化精煉，形成一定的精煉模式；

• 連鑄中間包的大型化，功能化；如：帶加熱功能的中間包，電磁流動控制中間包。

（2）中間包冶金相關技術，主要包括：

• 中間包鋼液湍流的控制；

• 中間包工作襯的自動噴涂；

• 紅中包的反復使用；

• 中間包水口自動更換；

• 鋼包長水口浸入開澆。

（3）結晶器技術，包括振動優化技術

• 小振幅高頻率振動；

• 非正弦振動。

（4）二次冷卻技術，包括：

• 二次冷卻制度的優化與自動控制技術；

• 二次冷卻段結構優化技術（板坯二冷段小輥密排裝置的采用，方坯拉矯結構優化）

（5）其他相關技術措施包括：

• 高拉速保護渣的采用；

• 板坯電磁制動裝置的采用；

• 結晶器液面檢測與控制；

• 結晶器漏鋼預報；

• 帶液芯壓下技術的采用；

• 快速更換；

• 結晶器涂鍍層措施；

• 大包下渣檢測。

上述技術的開發，使得連鑄技術趨于完善化，同時也構成當今連鑄技術的基礎，連鑄機生產過程趨于穩定，產品質量得到了改善。

90年代，以薄板坯連鑄連軋技術為代表的近終型連鑄開始在生產中推廣和應用。生產熱軋帶鋼新方法的研究也在進行中。

 各種坯型的連鑄機

到2000年，全世界的連鑄比達到86%，超過90%的國家達40多個。進入新世紀，材料科學的發展促進了鋼鐵業的進步，提高鋼材強度、韌性，抗疲勞，耐腐蝕等使用性能的提高對潔凈鋼生產、無缺陷鑄坯提出了更高的要求。傳感、檢測技術的提高和普及，計算機、網絡、智能化技術的高速發展使連鑄技術賦予了更大的活力。

連鑄技術的發展和進步是相輔相成，對體現集成和綜合整體技術的要求愈發明顯。與連鑄相關的技術很多，坯型、鋼種、生產規模的不同體現在技術應用的精細化、差異化。有些技術出現和基礎試驗出現在多年前，但普及和全面商業化一般要經歷大約10年甚至更長的時間。

動態二冷技術、動態輕壓下、液壓振動技術的發展充分體現了這一特點。

• 動態二冷技術

過去的二冷水量是通過手動調節閥的方式調整，是靜態的；改成可以動態調節的電控調節閥，水量隨工藝的變化實現動態控制——動態二冷技術。板坯動態二冷技術，根據鋼種、斷面、中包溫度、拉速等多個變量，融合了冶金專家的智慧和冶金準則，制定不同的目標溫度，實現精細化的控制。用于生產普通線棒材的小方坯連鑄機，建立拉速和水量對應關系，實現動態二冷控制，簡單，可靠。二冷影響水量的變量多少可根據需求的情況而改變。寬、厚板坯的出現又產生了三維動態配水，以解決邊部冷卻不均勻問題。

• 動態輕壓下技術

板坯動態輕壓下是生產中厚板的必備的裝備，從第一次生產應用到普及為廣大用戶接受，經歷了大約10年時間。這期間經歷了不斷完善、優化、參數積累的過程。隨著厚板和寬板坯、坯型大型化的出現，大、重壓下技術開始試驗和應用。

• 液壓振動技術

隨著液壓技術的普及和成本的降低，液壓振動逐漸在常規連鑄機上應用，維護更簡單的電動缸開始在板坯上試驗，陸續在方坯上普及應用。大約2010年后，特別是2015年后，液壓（電動缸）振動幾乎成為了連鑄機的常規配置。

• 大型化

1. 2010年6月，奧鋼聯提供的首鋼400mm×2400mm單機單流直弧形特厚板坯連鑄機投產。2011年2月，奧鋼聯總負責并供貨的韓國浦項400mm×2200mm 特厚板坯連鑄機投產。

2. 2010年10月，由西門子奧鋼聯設計，寬度最大的厚板坯連鑄機，南京鋼鐵有限公司的1臺320mm×2800mm 單機單流直弧形板坯連鑄機投產，這是厚板坯連鑄機中澆鑄最寬的連鑄機。

3. 由奧鋼聯為韓國浦項公司（POSCO）建造，能夠澆鑄出全球最厚不銹鋼板坯的300mm×1650mm不銹鋼單流板坯連鑄機，于2013年7月投入運行。

4. 神戶制鋼承接了澳大利亞BHP公司4機4流大方坯連鑄機訂貨，年產量200萬噸。連鑄機主半徑R15m，澆鑄最大斷面400mm×630mm，穩定拉速0.8m/min。

5. 2015年10月，德國迪林根6號特厚板坯連鑄機投產。該立式連鑄機為雙機雙流，澆鑄板坯厚度300-500mm（預留600mm），板坯寬度2200mm，有二冷水邊部控制系統和動態輕壓下。300mm厚度板坯拉速0.6m/min，500mm厚度板坯拉速 0.22m/min，年產量120萬噸。

6. 從2006年以后，直徑Ф500mm以上的特大圓坯連鑄機發展迅速，在此之前大圓坯連鑄機多為全弧形多個矯直點逐漸矯直，圓弧半徑在R12m到R17m之間。每臺連鑄機流數為1-6流。大都澆鑄高碳鋼和合金鋼。

• 多樣化：

1. ESP做為真正意義的無頭軋制在日照應用

2.  雙輥薄帶鑄機應用取得新的突破。

3. 能生產板坯、方坯的連鑄機開始出現。

4. 二冷支撐簡單、類似方坯結構的扁坯連鑄機（小板坯）開發應用。

前三次工業革命源于機械化、電力和信息技術?，F在，將物聯網和服務應用到制造業正在引發第四次工業革命。將來，企業將建立全球網絡，把它們的機器、存儲系統和生產設施融入到虛擬網絡—實體物理系統（CPS）中。

現代化的連鑄機都配備了智能傳感器，實現全面工藝控制和質量控制的模型，數據接入全流程的大數據庫。連鑄機接入工廠互聯網，成為鋼鐵流程—實體物理系統（CPS）的一個單元。

• 冶金模型模擬連鑄凝固過程，模擬生產過程，幫助制定工藝。

• 連鑄操作機器人出現在生產現場。

• 實現遠程在線專家診斷。提供全球遠程在線專家服務，幫助用戶解決問題。

• 質量專家系統

• 全生命周期的設備維護系統