连铸设备 【干货】连铸机与炼钢及轧钢的匹配原则

连铸机的分类方法

目前，连铸机已广泛应用于各种形式和不同用途的钢厂。连铸机的名称也很不一致。本文介绍了连铸机按一般习惯的分类方法:

(1)连铸机的形状分类包括:立式连铸机、立式弯曲连铸机、弧形连铸机、超弓(椭圆)连铸机、卧式连铸机、轮式连铸机等。

(2)按铸坯断面分类有:

-方坯连铸机:小于或等于150×150mm的断面称为方坯，大于150×150mm的断面称为方坯。小方坯连铸以120×120mm为分割线，高于该值时采用浸入式水口和保护渣浇注，低于该值时采用开浇或气体保护浇注。矩形截面的长边与宽边之比小于3，也叫方坯连铸机。

—板坯连铸机:板坯截面为矩形。宽厚比一般在3以上。

-圆坯连铸机:圆坯横截面为圆形，直径为φ 60 ~ φ 400 mm。

—异型方坯连铸机:浇注工字梁等异型截面。

-方坯和方坯连铸机:在一台连铸机上，可以浇注方坯和方坯。

(3)根据浇铸速度，有高浇铸速度连铸机和低浇铸速度连铸机。两者的主要区别在于高拉速下带液芯板坯的矫直和低拉速下板坯的完全凝固矫直。

(4)按钢水静压头分类:静压较高的称为高水头连铸机，如立式、立式弯曲连铸机。较低的静压称为弓形脚轮，如弧形、椭圆形、水平脚轮。

连铸机、机器和流程的数量

在连铸生产中，一套共用一个钢包，同时浇注一级或多流坯的连铸设备称为连铸机。连铸机可以是多单元或单单元的。所谓机组，就是连铸机中一套具有独立传动系统和工作系统的连铸设备，当其机器发生事故时，仍能照常工作。对于每台连铸机，可同时浇铸的铸坯总数称为连铸机数量。每台连铸机只有一台机组，只能浇一个铸坯。如果可以同时浇注两个以上的钢坯，称为一机多流。当连铸机有多个单元并分别浇注多个坯段时，称为多机多流。

与多机多流相比，设备重量轻；投资部。但如果一机多流发生外流事故，金工生产就会停止，各流之间的生产操作和配合就比较困难。近年来，小方坯的最大浇注时间为8流，大部分采用2 ~ 4流。板坯最多浇4流，大部分浇L ~ 2流。

连铸设备的组成及车间布局

连铸设备主要由9部分组成，包括钢包(钢包)转盘、钢包、中间包(罐)、结晶器(初冷)、结晶器振动机构、二冷装置、拉坯(矫直)装置、切割装置和送坯装置。

连铸车间目前主要有两种布置形式:水平布置，连铸机中心线与车间柱线垂直；垂直布置，连铸机中心线与车间柱线平行。前者适用于生产规模大、连铸机多的车间，后者多用于老厂改建或连铸机数量少的情况。

连铸操作过程

炼钢炉(转炉、电炉、平炉)预熔的钢水注入钢包，同时进行脱氧和合金化。然后输送到钢包精炼站，调节钢水的温度和成分，送到连铸平台。由于直接在钢包内浇注很难控制钢水的流量，所以中间包用于暂时储存钢水，然后浇注到结晶器内。钢水在水冷结晶器中快速冷却，形成铸坯，铸坯外部为凝固壳，内部为未凝固的钢水。结晶器下端出口的凝固壳应有足够的厚度，保证内部钢水不流出(钢水流出称为拉漏)。随着带液芯的铸坯被拉辊缓慢拉出结晶器，中间包内的钢水同时被连续注入结晶器。这样就可以得到带液芯的长板。带液芯的板坯在二冷区受到喷水强制冷却，当拉至规定位置时，板坯内部完全凝固。然后，铸坯被切割成规定的尺寸，并由坯体排出装置送到后续工序。

连铸机的类型

目前，世界上使用的连铸机有五种类型:立式、立式弯曲、弧形、椭圆形和卧式。

立式连铸机的浇注作业、结晶凝固、二次冷却、切割等工序都是在垂直线上依次进行的。立式弯铸机，起初是立式的，铸坯凝固后弯成90度的水平形状，然后切割运出。设备高度低于立式连铸机。弧形连铸机将钢水浇注到弧形结晶器中，然后沿弧形轨道运行，通过四分之一圆弧，然后水平方向出坯，其设备高度比垂直弯曲型进一步降低。在进一步改进弧形连铸机的基础上，出现了椭圆形连铸机。目前，水平连铸机正处于发展阶段。

据不完全统计，世界上建造的连铸机中，17%为立式，21%为立式弯曲，55%为弧形，7%为其他类型。目前新建的连铸机多为弧形连铸机。

立式连铸机的特点

立式连铸机从中间包到切割站的主要设备布置在一条垂直线上。整个机身竖立在车间的地面上，或者布置在地下的深坑里。这种连铸机占地面积小，设备紧凑；高温板坯无弯曲变形，板坯表面和内部裂纹少；板坯中未凝固液体中的夹杂物容易上浮，钢水相对干净；二次冷却装置和夹送辊结构简单，易于维护。立式连铸机的缺点是:机身高达20 ~ 40 m，需要抬高厂房或深挖坑，基建费用昂贵；由于脚轮高度不能增加太高，只能低速浇注，生产率低；钢水静压高，使凝固坯壳容易鼓包，导致铸坯质量变差。

立式弯曲连铸机的特点

与立式连铸机相比，机身高度降低，节省投资；容易拉长机身，实现高速浇注；铸坯中未凝固的钢水中的夹杂物容易上浮并均匀分布。缺点是铸坯因为需要弯曲一次，矫直一次，容易产生内部裂纹；铸造机虽然降低了高度，但基建成本仍然很高。

立式弯曲连铸机有两种类型:一种是结晶器下方有一个立式截面，当板坯完全凝固或接近完全凝固时，弯曲成圆弧形截面，然后矫直。主要适用于小方坯。另一种是直立段(2 ~ 3米)的直结晶器，多点弯曲或逐渐弯成弧形段再拉直。这种连铸机的优点是:1)有一个垂直截面，可以使液腔内的夹杂物充分上浮；2)铸坯多点弯曲或逐渐弯曲，避免弯曲变形应力局部集中，有效减少裂纹的形成；3)液芯弯曲可以提高拉拔速度，提高铸造机生产率。目前，为了解决弧形连铸机弧形坯内夹杂物堆积的质量问题，立式弯曲连铸机的建设有增加的趋势。

弧形连铸机的特点

立式和立式弯曲连铸机的模具是直的，而弧形连铸机采用一定曲率半径的弧形模具。其结晶器、二次冷却装置和张力矫直装置均设置在具有一定半径的四分之一弧度的圆周上。当铸坯在结晶器中凝固时，它是弯曲的。将带液芯的铸坯从结晶器中拉出，沿弧形轨道运行，继续喷水冷却，在四分之一弧处完成凝固，然后拉直拉出至切割工位。

弧形连铸机的高度只有立式连铸机的三分之一，施工成本低，钢水静压小，辊间鼓包小，板坯质量好。机身容易加长，所以可以高速浇注，生产率高。弧形连铸机的缺点是:(1)由于板坯弯曲矫直，容易产生内部裂纹；板坯中夹杂物分布不均匀，内弧侧有夹杂物堆积；设备复杂，难以维护。

虽然弧形连铸机有一些缺点，但由于设备和技术的进步，它仍然是世界上钢厂使用最广泛的类型。

超级弓形脚轮(椭圆脚轮)的特点

所谓超弓连铸机，就是连铸机的高度比一般连铸机低，液芯压头自然很低，所以叫超弓连铸机。目前各国没有统一的定义标准。康卡斯特使用铸机高度h与板坯厚度h之比作为指标来定义:

高/高>；50高压头部脚轮

高/高= 40 ~ 50标准头脚轮

h/h = 25 ~ 40的低压头脚轮

H/H & lt；25超弓脚轮

超弓连铸机的优点包括:

(1)由于液压头低、静压小、鼓包变形小，经计算，当连铸机半径由R=10.5m减小到R=3m时，板坯两相区鼓包变形产生的应变仅为原来的10%以下，提高了板坯质量，并且鼓包变形小，简化了二冷区轧辊的结构。

(2)连铸机的主要设备放置在水平位置，便于维护；

(3)设备轻便，降低成本。

但由于压头较低，不利于夹杂物上浮，应采取措施净化钢水，保护浇注。

这种机器适合老厂改造。天钢、邯钢、马钢等企业建造了这种超低头连铸机，取得了良好的生产效果。

卧式连铸机的特点

水平连铸机的中间包、结晶器、二冷装置和拉坯装置均呈水平直线排列放置在地平面上。钢水倒入中间包，中间包与结晶器的入口端相连。中间包内的钢水通过结晶器与中间包连接处的隔离环进入水冷结晶器，凝固成一定形状的壳体。将带液芯的铸坯从结晶器中拉出，经二次冷却后凝固，送至切割工位切割至所需长度。

卧式连铸机设备高度低，可安装在原有厂房内，基建费用大大降低设备简单、重量轻、维护方便；中间包与结晶器密封连接，可防止二次氧化，钢的纯度高。操作简单，可以不用结晶器液位控制，结晶器不需要保护渣，喷嘴不易堵塞等。；铸坯不需要矫直，可以铸造裂纹敏感性强的合金钢。

卧式连铸机的上述优点使其特别适用于合金钢多、批量小的电炉炼钢厂。

发展水平连铸有三个技术关键:一是分离环的材料、寿命和成本；二是结晶器的涂层和润滑。三是能满足拉、停、推、拉坯要求的拉坯机构。近年来，这三项关键技术都有所突破。目前，德国、日本和美国都有用于工业生产的水平连铸机。马钢等国内单位进行了水平连铸机的开发试验。水平连铸机已在衡阳钢管厂投入使用，实现了全启动连铸。未来几年，我国中小型钢厂的水平连铸技术将会有很大的发展。

离心旋转脚轮

这个模型是在20世纪50年代研究的。1969年，第一台离心旋转式立式连铸机在法国投产。这种铸造机只能浇注圆坯，也叫旋转圆坯连铸机。这种机型的特点是:(1)浇注时，模具以30 ~ 150 r/min的速度旋转，钢水产生离心力，夹杂物产生向心力，促使夹杂物上浮去除，提高钢的洁净度。(2)由于旋转，钢水冲刷凝固前沿的枝晶，扩大了板坯中心的等轴晶区，减少了偏析和气孔。(3)圆坯几何尺寸准确，表面质量好。因此，旋转连铸机生产的圆坯可以直接送到轧管上，无需表面清洗。

但这种模式的缺点是:(1)铸造机结构复杂，设备和维护成本高。(2)铸造机高度高，要求厂房高，投资大。(3)只能浇圆坯，生产灵活性小。(4)由于是立式的，限制了提高拉拔速度，所以这种机型没有得到很大的发展。

带式连铸机

带式连铸机的主体由一个周围有结晶槽的轮子和一条环形钢带组成。结晶罐采用耐热疲劳的铜合金制成，带有El开口的梯形结晶罐用钢带密封成为结晶腔。钢水从中间包注入结晶腔后，开始凝固，并与旋转的结晶轮同步运行，直到接近结晶轮的下切点。初始凝固的壳被拉直并从结晶轮上分离，然后进入二次冷却区冷却，最后切割成固定长度的成品。

轮子可以垂直或水平放置。其特点是:1)速度快，拉速可达5 ~ 10m/min，易于用轧机实现连铸连轧。2)铸造机高度低，设备简化，投资少。3)无模具振动，板坯表面无振动痕迹，表面质量好。车轮铸造机广泛用于铸造有色金属，目前仍在测试铸坯。

薄板坯连铸机的特点

能够浇铸厚度为20 ~ 50毫米、宽度为900 ~ 1600毫米的板坯的连铸机称为薄板坯连铸机。

这种由美国Nucor公司建造的连铸机，钢坯厚度50mm，钢坯宽度1295~1560mm，年产量100万t/年。模型为垂直弯曲型，结晶器为直的。为了插入喷嘴，上口被制成开口度为170毫米的漏斗形状。其纵向截面由两条虚线组成。结晶器长1100mm，窄边间距可调，适应不同宽度的薄板坯。

结晶器下方有一个700mm长的冷却栅，用来支撑刚拉出的弱壳。格栅下安装三组夹送辊，第一组为分段辊，辊径和辊距较小，三组夹送辊总长为4600 mm。

在二冷区完全冷却的铸坯用液压上推辊推成R=3m的弧形，然后用四辊拉矫机拉出来，最后用机械剪切机剪成定长的成品坯。

结晶器振动采用四个偏心振动机构，按正弦振动，振幅为3 mm，振动频率随浇铸速度变化，即= 60 vmin-1，v为浇铸速度，单位为m min-1。最高频率为400min-1。例如，当拉拔速度V=4m/min，= 240min-1时。

薄板坯连铸机的优点是简化了生产工艺，减轻了设备重量，减少了资金投入，节约了能源，降低了生产成本。

连铸机浇注多少种钢种和钢坯断面

据统计，目前连铸机可浇注130多个钢种，已制成500多个不同钢种。包括普通碳钢、低合金钢、不锈钢、硅钢、高速钢、轴承钢和高温合金。其中约63%是碳钢，37%是合金钢和不锈钢。

连铸可以浇注的截面有几个:钢坯:其截面小于150×150mm，最小截面为50×50mm；大方坯:横截面大于150×150mm，最大大方坯为450×450mm；板(矩形板):最小截面为50×108mm，最大截面为300 ~ 250×2500 ~ 3000mm；圆坯:直径从φ 50 mm到450mm；异型坯:如工字坯、中空圆坯等。。

连铸机与炼钢炉匹配应考虑的原则

连铸机可以与平炉、电炉、转炉配合使用，必须注意以下几点:

(1)多炉连铸:由于开炉熔炼时间长，连铸机只能在单炉中浇铸。为了充分发挥连铸机的生产能力，提高钢水收得率，降低成本，需要转炉和电炉配合实现多炉连铸。

(2)连铸机浇注时间和转炉出钢周期要协调好。

(3)连铸机的生产能力应大于炼钢炉的生产能力，以满足冶炼设备的生产潜力。一般应该有10 ~ 20%的盈余。

(4)选择合适的炉外精炼设备，满足产品质量要求，保证连铸钢水质量。

连铸机与轧机合作应考虑的原则

连铸机与轧机的配合应考虑以下几点:

(1)钢种:目前已连续铸造100多个钢种。应根据产品质量选择下一个加工步骤。

(2)钢坯断面:钢坯断面的尺寸和形状主要由轧机的能力和轧机的产品质量要求决定。连铸机的生产段应与轧机要求的钢坯段相适应。小方坯连铸机主要供应650，500或400轧机生产型材和线材。一般来说，他们一把火就成功了。其典型的钢坯供应断面为:650轧机，140 ~ 220 mm方坯，铸坯定长2.8 ~ 3.2m；500/350轧机，120 ~ 140 mm方坯，定长1.4 ~ 1.6m；400/300轧机，90 ~ 120 mm方坯，定长1.4 ~ 1.6 m

截面大于160mm的方坯主要用于生产钢轨、工字钢、槽钢等型钢。

连铸板坯主要用于厚板轧机或宽带轧机生产中厚板或热轧卷。

(3)压缩比:一般来说，供应的坯料截面小，可以减少加热次数和轧制道次，提高轧机的生产率，节约能源。但是截面要满足一定的压缩比才能获得合格的产品质量。所谓压缩比，是指板坯横截面积与轧件横截面积之比。为了保证轧件内部结构紧凑，力学性能良好，不同的产品需要不同的压缩比。压缩比为3时，可以达到一般产品所需的力学性能；压缩比为4时，产品物理性能好，能使中心结构均匀化；当压缩比为5 ~ 8时，轧制产品的柱状晶结构被破坏，钢的显微组织均匀化，获得良好的力学和物理性能。

(4)形位公差:对于方坯，形状应规则，断面两条对角线的偏差小于2.5 ~ 3%，断面拐角处的偏差为90土2。如果铸坯菱形严重，在加热炉推坯时可能会造成堆钢，或者轧钢时钢坯很难咬入孔型。

对于板坯，应防止严重鼓包。坯料的最大翘曲度为10毫米/米..

选择连铸模型应考虑的原则

设计钢厂时，首要考虑的是连铸机的选择。应根据产品计划、产品质量和减少建设投资，确定合适的型号。正确选择型号将为今后的生产管理和连铸机的高产优质创造条件。

选择连铸机的基本原则是:

(1)连铸机的生产能力应与炼钢炉的生产能力相匹配。为了充分发挥炼钢的生产潜力，连铸机的生产能力应富裕10 ~ 20%。

(2)满足钢种和轧制断面的规范要求。根据生产实践的统计数据，立式、立式弯曲、弧形连铸机可以满足目前浇注普碳钢、低合金钢、合金钢及不同规格型材的要求，但弧形连铸机应用最广(占建筑连铸机的60%以上)。

(3)满足产品质量要求。板坯质量主要包括两个方面，一是板坯内部裂纹和偏析，二是板坯的纯净度。前者是由钢水静压引起的胀形、弯曲和矫直决定的。按照垂直→垂直弯曲→圆弧→椭圆→水平的顺序，铸造机高度降低，裂纹倾向也降低。后者与结晶器液腔内夹杂物的上浮有关。按照垂直→水平的顺序，随着连铸机高度的降低，板坯中夹杂物的堆积逐渐增加。

综合评价以上两个矛盾的影响因素，弧形连铸机仍然是一个理想的模型。此外，炉外精炼、非氧化浇注等措施完全可以满足产品纯度的要求。为了彻底解决弧形连铸机弧形坯内夹杂物堆积的缺陷，立式结晶器截面(2 ~ 3m)立式弯曲连铸机的建设有了新的发展趋势。

(4)降低建设投资和设备制造成本。

选型没有统一的标准。根据工厂产品计划，综合考虑生产率、产品质量、铸造机高度、投资等方面。连铸机的建设应被视为一项系统工程。在连铸机上游，应考虑炼钢应有保证体系(如炉外精炼)，为连铸提供合格的钢水，在连铸机下游，应考虑钢坯热送、热装、直接轧制的可能性，以及轧制产品的质量保证体系。连铸机本身应考虑生产无缺陷钢坯的设备、工艺和控制系统。