连续铸钢 钢铁生产的革命性技术
连续铸钢是将液态钢水直接浇铸成固态铸坯的工艺，是现代钢铁生产中连接炼钢和轧制的重要工序。
技术优势
- 简化生产流程，取消初轧工序
- 提高金属收得率10-15%
- 改善铸坯质量，组织致密均匀
- 降低能耗30-50%，减少污染
- 实现自动化连续生产
连续铸钢技术自20世纪50年代发展至今，已成为现代钢铁厂的标准配置
连续铸钢工艺概述
连续铸钢是将钢水通过水冷结晶器连续凝固成铸坯的过程，是现代钢铁生产流程的核心环节。
连续铸钢的发展历程
连续铸钢技术起源于19世纪中叶，但直到20世纪50年代才实现工业化应用。随着技术的不断完善，从立式连铸机发展到弧形连铸机、水平连铸机，铸坯断面也从方坯发展到板坯、圆坯、异形坯等。
目前，连续铸钢已基本取代传统的模铸-开坯工艺，全球粗钢产量中95%以上通过连续铸造生产，成为现代钢铁厂不可或缺的关键工序。
连续铸钢 vs 模铸
连续铸钢
- 连续生产
- 收得率96-98%
- 能耗降低40%
- 自动化程度高
传统模铸
- 间歇生产
- 收得率85-88%
- 能耗高
- 劳动强度大
连续铸钢在钢铁生产流程中的位置
炼钢
转炉/电炉
钢水精炼
LF/RH/CAS
连续铸钢
本专题重点
轧制加工
热轧/冷轧
连续铸钢工艺原理
基于钢水凝固传热原理，通过强制冷却使钢水连续凝固成型，形成具有特定断面的铸坯。
热量传递原理
钢水在结晶器内通过铜壁向冷却水传热，形成凝固坯壳。热量传递包括传导、对流和辐射三种方式，其中传导是主要方式。
凝固过程控制
凝固过程分为三个阶段：结晶器内初生坯壳形成、二冷区坯壳生长、铸坯完全凝固。控制凝固速度和质量是连铸工艺的关键。
冶金原理
控制钢水过热度、保护浇注、结晶器内钢液流动、夹杂物上浮去除、凝固组织控制等冶金过程，直接影响铸坯质量。
连续铸钢凝固过程示意图
钢水 → 凝固坯壳 → 固态铸坯
连续凝固过程
连续铸钢工艺流程
现代连续铸钢工艺主要包括钢水准备、浇注、凝固、切割等主要工序
钢水准备
温度、成分调整
钢包浇注
保护浇注
中间包
钢水分配与缓冲
结晶器
初生坯壳形成
二冷区
坯壳生长
切割
定尺切割
钢水准备
温度、成分调整
温度1530-1550°C，成分精确控制
钢包浇注
保护浇注
长水口+氩气保护，防止二次氧化
中间包
钢水分配与缓冲
钢水储存、分配、夹杂物上浮
结晶器
初生坯壳形成
强制冷却，形成10-30mm坯壳
二冷区
坯壳生长
多段喷水冷却，控制凝固进程
切割
定尺切割
火焰切割或机械剪切
连续铸钢主要工艺参数
| 参数类型 | 板坯连铸 | 方坯连铸 | 圆坯连铸 | 技术要点 |
|---|---|---|---|---|
| 浇注温度(°C) | 1520-1540 | 1530-1550 | 1525-1545 | 高于液相线15-30°C |
| 拉坯速度(m/min) | 1.0-1.8 | 2.0-3.5 | 1.5-2.5 | 与断面、钢种匹配 |
| 结晶器冷却水量(m³/h) | 150-300 | 80-150 | 100-200 | 水温差5-10°C |
| 二冷比水量(L/kg) | 0.5-1.2 | 0.8-1.5 | 0.6-1.3 | 根据钢种调节 |
| 冶金长度(m) | 25-35 | 15-25 | 20-30 | 完全凝固所需长度 |
连续铸钢关键设备
连续铸机主要由钢包回转台、中间包、结晶器、扇形段、拉矫机、切割设备等组成
中间包系统
中间包是连接钢包和结晶器的重要缓冲容器，具有储钢、分流、稳流、去除夹杂物等功能。现代中间包采用大容量、深熔池、挡墙设计，优化钢水流动，促进夹杂物上浮。
大容量设计
容量40-80吨，保证钢水停留时间≥8分钟
夹杂物去除
挡墙、坝、过滤器组合，去除率可达50%以上
温度控制
加盖保温、等离子加热，温度波动≤±5°C
中间包技术参数
现代中间包采用MgO或MgO-C质耐火材料，工作衬寿命可达20-30小时。
铸坯质量控制
连续铸坯质量主要包括表面质量、内部质量和形状尺寸精度三个方面
表面缺陷控制
- 裂纹：调整结晶器锥度、保护渣性能、二冷制度
- 夹渣：优化保护渣、稳定液面、提高钢水洁净度
- 振痕：优化结晶器振动参数，采用非正弦振动
内部质量改善
- 中心疏松：采用轻压下技术，优化二冷制度
- 中心偏析：控制过热度，采用电磁搅拌技术
- 内部裂纹：优化二冷配水，控制矫直温度
形状尺寸控制
- 鼓肚变形：优化辊列设计，增加支撑密度
- 菱变（脱方）：保证结晶器对中，均匀冷却
- 弯曲变形：优化对弧精度，控制拉矫力
铸坯质量检测技术
表面检测
机器视觉、激光扫描、涡流检测表面缺陷
超声探伤
在线超声检测内部裂纹、夹杂物等缺陷
热像检测
红外热像仪监测表面温度分布
尺寸测量
激光测距、机器视觉测量铸坯几何尺寸
连续铸钢技术创新
连续铸钢技术不断创新，向着高效、优质、节能、智能的方向发展
高效连铸技术
- 高拉速技术：板坯拉速≥2.0m/min，方坯≥4.0m/min
- 多炉连浇：板坯≥10炉，方坯≥30炉
- 液芯压下：改善中心疏松，扩大铸坯规格范围
优质铸坯技术
- 电磁技术：电磁搅拌、电磁制动、电磁软接触
- 轻压下技术：改善中心偏析，提高致密度
- 动态轻压下：根据凝固终点实时调整压下位置
智能化技术
- 过程控制：二级计算机系统实时优化工艺参数
- 机器视觉：自动识别表面缺陷，实时报警
- 数字孪生：建立虚拟连铸机，预测工艺效果
连续铸钢技术发展趋势
薄板坯、薄带、异形坯连铸，减少轧制工序
提高铸坯质量，实现热送热装或直接轧制
人工智能、大数据优化工艺，实现智能控制
降低能耗，减少排放，实现绿色制造