連鑄機

分類方法

目前連鑄機已在鋼廠廣泛采用，形式多種，用途各異。對連鑄機的叫法也很不一致。現按一般習慣介紹連鑄機的分類方法：

(1)接連鑄機外形分類有：立式連鑄機、立彎式連鑄機、弧形連鑄機、超低頭(橢圓形)連鑄機、水平連鑄機，輪式連鑄機等。

(2)按澆注鑄坯斷面分類有：

—方坯連鑄機：把斷面小于或等于150×150mm叫小方坯，而大于150×150mm叫大方坯。在小方坯連鑄中，把120×120mm做一個分界線，此值以上采用浸入式水口和保護渣澆注，此值以下采用敞開澆注或氣體保護澆注。把矩形斷面的長邊與寬邊比小于3的也叫方坯連鑄機。

—板坯連鑄機：鑄坯斷面為長方形。其寬厚比一般在3以上。

—圓坯連鑄機：鑄坯斷面為圓形，直徑Φ60～Φ400mm。

—異形坯連鑄機：澆注異形斷面如工字梁。

—方、板坯兼用連鑄機：在一臺鑄機上，既能澆板坯又能澆方坯。

(3)按拉速分類有：高拉速連鑄機和低拉速連鑄機。它們的主要區別在于：高拉速時鑄坯帶液芯矯直，低拉速時鑄坯全凝固矯直。

(4)按鋼水靜壓頭分類：靜壓力較大的叫高頭型連鑄機如立式、立彎式連鑄機。靜壓力較小的叫低頭連鑄機如弧形、橢圓、水平連鑄機。

連鑄機臺數、機數和流數

在連鑄生產中，凡是共用一個鋼包同時澆注一流或多流鑄坯的一套連鑄設備，稱為一臺連鑄機。一臺連鑄機可以是多機組，也可以是單機組。所謂機組，就是在一臺連鑄機中具有獨立的傳動系統和工作系統，當它機出事故時仍可照常工作的一套連鑄設備稱為一個機組。對于每臺連鑄機來說，同時能澆注鑄坯的總根數叫連鑄機流數。凡一臺連鑄機只有一個機組，又只能澆注一根鑄坯叫一機一流。如能同時澆注兩根以上的鑄坯叫一機多流。凡一臺連鑄機具有多個機組又分別澆注多根鑄坯的，稱為多機多流。

一機多流與多機多流相比較，設備重量輕；投資省。但一機多流如有一流出事故，可造成金機停產，且生產操作及流間的配合困難。近年來，方坯最高澆8流，多數用2～4流。板坯最多澆4流，多數用l～2流。

連鑄設備的組成及在車間的布置

連續鑄鋼設備主要由鋼包(盛鋼桶)回轉臺、鋼水包、中間包(罐)、結晶器(一次冷卻)、結晶器振動機構、二次冷卻裝置、拉坯(矯直)裝置、切割裝置和鑄坯運出裝置等9部分組成。

目前連續鑄鋼車間主要有橫向和縱向兩種布置形式：連鑄機的中心線與廠房柱列線相垂直者為橫向布置，連鑄機中心線與廠房柱列線相平行者為縱向布置。前者適合于生產規模大又配置多臺連鑄機的車間，后者則多在舊廠改造或連鑄機臺數較少的情況下采用。

連續鑄鋼操作過程

從煉鋼爐(轉爐，電爐、平爐)初煉好的鋼水注入鋼包的同時進行脫氧合金化。然后運至鋼包精煉站，進行鋼水溫度和成分的調整，送到連鑄平臺。由于直接用鋼包澆注，鋼液流量難以控制，因此采用中間包暫時儲存鋼液，然后再澆入結晶器內。鋼液在水冷結晶器內迅速冷卻，形成外表為凝固坯殼內部是未凝固的鋼水的鑄坯。在結晶器下端出口處的凝固坯殼應有足夠厚度，以保證內部鋼液不流出來(鋼液流出叫拉漏)。隨著拉輥緩慢地將帶液芯的鑄坯從結晶器拉出，中間包內的鋼水也同時連續地注入結晶器內。這樣就可以得到很長的帶液芯的鑄坯。帶液芯鑄坯在二次冷卻區接受噴水的強制冷卻，當拉到規定位置時，鑄坯內部完全凝固。然后將鑄坯切割成規定的尺寸，由出坯裝置送后續工序。

連續鑄鋼機的類型

現在世界各國使用的連鑄機有立式、立彎式、弧形、橢圓形和水平式等5種類型。

立式連鑄機的澆注作業和結晶凝固、二次冷卻、切割等工序都在垂直線上順序進行。立彎式鑄機，先是垂直的，待鑄坯凝固后再彎90°成水平狀，然后切割運出，設備高度比立式有所降低。弧形連鑄機是把鋼液澆到弧形結晶器內，然后沿弧形軌道運行，經過四分之一圓弧，然后在水平方向出坯，其設備高度比立彎式更進一步降低。在弧形連鑄機的基礎上進一步改進，就出現了橢圓形連鑄機。水平連鑄機目前正處于開發階段。

據不完全統計，目前世界上所建的連鑄機中，立式占17％，立彎式占21％，弧形占55％，其它形式占7％。目前新建連鑄機是弧形的最多。

立式連鑄機的特點

立式連鑄機從中間包到切割站等主要設備都排列在一條垂直線上。整個機身矗立在車間地平面上或者布置在地下的深坑內。這種連鑄機占地面積小，設備緊湊；高溫鑄坯無彎曲變形，鑄坯表面和內部裂紋少；鑄坯內未凝固液體中夾雜物容易上浮，鋼水比較“干凈”；二次冷卻裝置和夾輥等結構簡單，便于維護。立式連鑄機的缺點是：機身高達20～40m，必須加高廠房或深挖地坑，基建費用昂貴；因不能把鑄機高度增加過高，故只能低速澆注，生產率低；鋼水靜壓力大，容易使凝固坯殼鼓脹(叫鼓肚)，從而導致鑄坯質量惡化。

立彎式連鑄機的特點

立彎式連鑄機與立式相比，機身高度降低，節省投資；水平方向出坯，加長機身比較容易，可實現高速澆注；鑄坯內未凝固鋼液中的夾雜物容易上浮，夾雜物分布均勻。缺點是因鑄坯要經過一次彎曲一次矯直，故容易產生內部裂紋；鑄機高度雖然降低，但基建費用仍然較高。

立彎式連鑄機有兩種形式：一種是結晶器下有一垂直段，鑄坯全凝固或接近全凝固時頂彎進入圓弧段然后再矯直。主要是適用于小方坯。另一種是直結晶器加上直立段(2～3米)，帶液芯多點彎曲或漸漸彎曲進入弧形段然后再矯直。這種連鑄機的優點：1)有垂直段可使液相穴內夾雜物充分上浮;2)鑄坯多點或漸漸彎曲，避免了彎曲變形應力的局部集中，有效地減少了裂紋形成；3)由于帶液芯彎曲可以增加拉速，提高鑄機生產率。目前，為了解決弧形連鑄機鑄坯內弧夾雜物集聚的質量問題，建設立彎式連鑄機有增加趨勢。

弧形連鑄機的特點

立式和立彎式連鑄機的結晶器都是直的，而弧形連鑄機采用的是具有某一曲率半徑的弧形結晶器。其結晶器、二次冷卻裝置和拉矯裝置都布置在某一半徑的一個圓的四分之一弧度上。鑄坯在結晶器內凝固時就已彎曲，帶液芯的鑄坯從結晶器拉出來，沿著弧形軌道運行，繼續噴水冷卻，在四分之一圓弧處完成凝固，然后矯直并拉出送至切割站。

弧形連鑄機的高度僅為立式的三分之一，建設費用低，鋼水靜壓力小，鑄坯在輥間的鼓肚小，鑄坯質量好;加長機身也比較容易，故可高速澆注，生產率高。弧形連鑄機的缺點是：因鑄坯彎曲矯直，容易引起內部裂紋；鑄坯內夾雜物分布不均勻，內弧側存在夾雜物的集聚；設備較為復雜，維修也較困難。

弧形連鑄機雖有缺點，但由于在設備和工藝上的技術進步，仍然是世界各國鋼廠采用最多的一種機型。

超低頭連鑄機(橢圓形連鑄機)的特點

所謂超低頭連鑄機，系指連鑄機高度低于一般連鑄機，它的液芯壓頭自然也很低，故稱超低頭連鑄機。目前各國還沒有統一的定義標準，康卡斯特用鑄機高度h和鑄坯厚度H之比作為指標進行定義：

h/H>50高壓頭連鑄機

h/H=40～50正常壓頭連鑄機

h/H=25～40低壓頭連鑄機

h/H<25超低頭連鑄機

超低頭連鑄機優越性有：

(1)由于鋼液壓頭低，鋼液靜壓小，鼓肚變形小，經計算，當連鑄機半徑由R=10.5m下降到R=3m時，由鼓肚變形在鑄坯兩相區引起的應變僅為原來的10％以下，改善了鑄坯質量，由于鼓肚變形小，簡化了二次冷卻區夾輥結構；

(2)連鑄機主要設備置于水平位置，維修方便；

(3)設備重量輕，降低造價。

但是由于壓頭低，不利于夾雜上浮，因此應采取凈化鋼液和保護澆注的措施。

這種機型適合老廠改造，我國天鋼、邯鋼、馬鋼等企業都建設了這種超低頭連鑄機，取得了良好的生產效果。

水平連鑄機的特點

水平連鑄機的中間包、結晶器、二次冷卻裝置和拉坯裝置全部放在地平面上呈直線水平布置。鋼液澆入中間包，中間包與結晶器的入口端連接，中間包內的鋼水通過結晶器與中間、包連接處的分離環進入水冷結晶器，凝固成一定形狀的坯殼，帶液芯的鑄坯從結晶器內拉出來，經過二次冷卻后全部凝固，送至切割站切成定尺。

水平連鑄機設備高度低，在原有廠房內就可以安裝，基建費用大大降低；設備簡單，重量輕，維修方便；中間包與結晶器密封連接，可以防止二次氧化，鋼的純凈度高；操作方便，可以不采用結晶器液面控制，結晶器不需保護渣，水口不易堵塞等；鑄坯無需矯直，可澆注對裂紋敏感性強的合金鋼。

水平連鑄機的上述優點，使它特別適合于合金鋼品種多、批量小的電爐煉鋼廠采用。

發展水平連鑄有3大技術關鍵：首先是分離環的材質、壽命和成本；第二是結晶器的涂層和潤滑；第三是滿足拉一停一反推拉坯方式的拉坯機構。最近幾年來，這3大技術關鍵均有突破。目前在德國、日本、美國已有用于工業生產的水平連鑄機。我國馬鋼等單位曾進行過水平連鑄機的開發試驗。我國衡陽鋼管廠用水平連鑄機實現了起步全連鑄。今后幾年內，在我國中小鋼廠水平連鑄技術將會有較大的發展。

離心旋轉連鑄機

這種機型在50年代開始研究。并于1969年在法國投產了第一臺離心旋轉立式連鑄機。這種鑄機只能澆圓坯，也稱旋轉圓坯連鑄機。這種機型特點是：(1)澆注過程中結晶器以30～150r/min速度旋轉，鋼水產生離心力，而夾雜物產生向心力，促使夾雜物上浮排除，提高了鋼清潔度。(2)由于旋轉作用，鋼液沖刷凝固前沿的樹枝晶，擴大了鑄坯中心等軸晶區，減少了偏析和疏松。(3)圓坯幾何尺寸精確，表面質量好。所以用旋轉連鑄機生產的圓坯，不經表面清理就可直送軋管。

但是這種機型的缺點是：(1)鑄機結構復雜，設備和維修費用大。(2)鑄機高度大，要求廠房也高，投資大。(3)只能澆注圓坯，生產靈活性小。(4)由于是立式，提高拉速受到限制，因此這種機型未得到大的發展。

輪帶式連鑄機

輪帶式連鑄機的主體由周圍帶有結晶槽的輪子和一條環狀鋼帶組成。結晶槽用耐熱疲勞的銅合金制造，用鋼帶把開El的梯形結晶槽封起來，成為結晶腔體。鋼液由中間包注入結晶腔體后即開始凝固，并隨旋轉的結晶輪同步運行，至輪子下切點附近，初凝的坯殼被矯直而脫離結晶輪，進入二次冷卻區冷卻，最后剪成定尺成品坯。

輪子可以垂直放置也可水平放置。其特點是：1)高速化，拉速達5～10m/min，容易和軋機一起實現連鑄連軋。2)鑄機高度低，設備簡化，投資省。3)無結晶器振動，鑄坯表面無振痕，表面質量好。輪式連鑄機廣泛用于澆注有色金屬，用于澆注鋼坯還在試驗之中。

薄板坯連鑄機的特點

可鑄出厚度20～50mm、寬900～1600mm鑄坯的連鑄機叫薄板坯連鑄機。

美國紐柯(Nucor)公司所建造的這種連鑄機，鑄坯厚50mm，鑄坯寬1295～1560mm，年產量為100萬t/年。機型為立彎式，結晶器為直的，為了插入水口，上口做成漏斗形狀，開口度為170mm，它的縱斷面為兩段折線組成，結晶器為長形，長度為1100mm，兩窄邊距離可以調整，以適應不同寬度的薄板坯。

在結晶器下面有一段長700mm的冷卻格柵，以支承剛拉出的薄弱坯殼。格柵下安裝3組夾輥，第一組是輥徑和輥距都比較小的分節輥，3組夾輥總長為4600mm。

經二次冷卻區完全冷卻的鑄坯，用液壓頂彎輥頂成R=3m的圓弧，再經四輥拉矯機拉出鑄坯，最后用機械剪剪成定尺成品坯。

結晶器振動采用四偏心振動機構，按正弦振動，振幅為±3mm，振動頻率隨拉坯速度變化，即ƒ=60Vmin-1，V為拉坯速度，單位用m·min-1。最高頻率為400min-1。例如拉速V=4m/min時，ƒ=240min-1。

薄板坯連鑄機的優越性在于簡化了生產工藝流程，設備重量輕，降低基建投資，節約能源和降低生產成本。

連鑄機澆注的鋼種和鑄坯斷面有多少種

據統計，目前連鑄機可以澆注的鋼種已達130多個，不同鋼號已達500余種之多。包括普碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、硅鋼、高速鋼、軸承鋼以及高溫合金等。其中約63％為碳素鋼，37％為合金鋼和不銹鋼。

連鑄可以澆注的斷面有以下幾種：小方坯：其斷面小于150×150mm，最小斷面為50×50㎜；大方坯：其斷面大于150×150mm，最大方坯為450×450mm;板坯(矩形坯)：其斷面最小為50×108mm，最大為300～250×2500～3000mm；圓坯：直徑從Φ50mm到Φ450mm；異形坯：如工字形坯、中空圓坯等。

連鑄機與煉鋼爐匹配應考慮的原則

連鑄機可以與平爐、電爐、轉爐配合生產，必須注意以下幾點：

(1)多爐連澆：由于平爐冶煉時間長，連鑄機一般只能單爐澆注。而與轉爐和電爐配合，為充分發揮連鑄機的生產能力，提高鋼水收得率和降低成本，必須實現多爐連澆。

(2)連鑄機澆注時間與轉爐出鋼周期應協調配合好。

(3)連鑄機生產能力應適當大于煉鋼爐生產能力，以滿足冶煉設備生產潛力的發揮。一般應有10～20％的富余。

(4)選擇滿足產品質量要求的合適的爐外精煉設備，以保證連鑄鋼水質量。

連鑄機與軋鋼機配合應考慮的原則

連鑄機與軋鋼機配合應考慮以下幾點：

(1)鋼種：目前連鑄的鋼種已超過100多個。應根據產品質量來選擇下一步加工。

(2)鑄坯斷面：鑄坯斷面大小和形狀主要決定于軋機的能力和軋機產品質量要求。連鑄機生產斷面應與軋機所需坯料斷面相適應。小方坯連鑄機主要供給650、500或400型軋機生產型材、線材。一般是一火成材。其典型供坯斷面是：650軋機，140～220mm方坯、鑄坯定尺2.8～3.2m；500/350軋機，120～140mm方坯、定尺1.4～1.6m；400／300軋機，90～120mm方坯、定尺1.4～1.6m。

鑄坯斷面大于160mm方坯，主要用于生產型鋼如鋼軌、工字梁、槽鋼等。

連鑄板坯主要供厚板軋機或寬帶軋機生產中厚板或熱軋帶卷。

(3)壓縮比：一般說，供給坯料斷面小，可減少加熱次數和軋制道次，提高軋機生產率和節約能源。但斷面應以滿足一定的壓縮比以獲得合格產品質量為前提。所謂壓縮比是指鑄坯橫斷面積與軋材橫斷面積之比。為了保證軋材內部組織致密，具有良好的機械性能，不同的產品要求不同的壓縮比。壓縮比為3時，可達到一般產品要求的機械性能；壓縮比為4時，產品得到良好的物理性能，可使中心組織均勻化；壓縮比為5～8時，可破壞軋材柱狀晶結構，使鋼的組織均勻化，獲得良好的力學和物理性能。

(4)形狀公差：對于方坯，要求形狀要規整，斷面兩個對角線的偏差小于2.5～3％，斷面角部偏差為90土2°。如鑄坯菱形嚴重，在加熱爐推坯時可能造成堆鋼，或軋鋼時坯子咬入孔型困難。

對于板坯，應防止有嚴重的鼓肚。坯子定尺翹曲度最大為10mm/m。

選擇連鑄機型應考慮的原則

在設計煉鋼廠時，首要的是連鑄機的選擇。要根據產品方案、產品質量和減少建設投資確定一種合適的機型。機型選擇合適，就為今后生產管理和連鑄機高產優質創造了條件。

選擇連鑄機的基本原則是：

(1)連鑄機生產能力應與煉鋼爐生產能力相匹配。為了發揮煉鋼的生產潛力，連鑄機生產能力應有10～20％的富裕。

(2)滿足鋼種和軋制斷面規格要求。據生產實踐的統計資料表明：目前應用立式、立彎式、弧形連鑄機均可滿足澆注普碳鋼、低合金鋼、合金鋼和不同規格斷面的要求，但以弧形連鑄機應用最為廣泛(約占建設連鑄機的60％以上)。

(3)滿足產品質量要求。鑄坯質量主要包括兩方面，一是鑄坯內部裂紋和偏析，二是鑄坯純凈度。前者決定于鋼水靜壓力引起鑄坯鼓肚和彎曲、矯直。按立式→立彎式→弧形→橢圓→水平順序，鑄機高度減小，產生的裂紋傾向也隨之減小。而后者是與結晶器液相穴內夾雜物上浮有關。按立式→水平順序，鑄機高度的降低，鑄坯內夾雜物聚集是逐漸增加。

在對以上兩個相互矛盾的影響因素來綜合評價，弧形連鑄機還是較理想的機型，再加上采用爐外精煉、無氧化澆注等措施，完全可以滿足產品純凈度的要求。為了徹底解決弧形連鑄機鑄坯內弧夾雜物集聚的缺點，建設直結晶器帶直立段(2～3m)的立彎式連鑄機又有新的發展趨勢。

(4)減少建設投資和設備制造費用。

關于機型的選擇，還無統一標準。要結合工廠產品方案，從生產率、產品質量、鑄機高度、投資等方面綜合考慮。要把建設連鑄機作為一項系統工程。在連鑄機上游，要考慮煉鋼應有為連鑄提供合格質量鋼水的保證體系(如爐外精煉)，在連鑄機下游，要考慮鑄坯熱送、熱裝、直接軋制的可能性以及軋制產品質量保證體系。在連鑄機本身應考慮生產無缺陷鑄坯的設備、工藝和控制體系。