电磁搅拌！（连铸技术的发展历程！）

电磁搅拌！（连铸技术的发展历程！）

连铸技术发展历程

连续铸造（Continuous Casting）技术发展已经有100多年的历史。连铸技术的出现是现代冶金技术的一次重大革命，连铸取代模铸，使大规模钢铁生产才有了可能性。

概括起来，连铸技术的发展大致可分为以下五个阶段：

01

第一阶段（1840-1930年）

连续浇铸金属液思想的启蒙阶段

1840年塞勒斯获得了连续铸铅专利

1856年贝塞麦采用水冷旋转双辊连铸机浇铸出了金属锡箔、铅板和玻璃板，并获专利

最早(1887年）提出与现代连铸机相似的连铸设备建议的是德国人戴伦，在其开发的设备中已包括了上下敞开的结晶器、液态金属注入、二次冷却段、引锭杆和铸坯切割装置等。

02

第二阶段（1940-1949年）

钢的连续铸造特征技术的开发阶段

40年代开始连续铸钢的试验。1943年琼.汉斯在德国建成了第一台浇铸钢液的试验连铸机。

琼.汉斯试验连铸机专利原理图

当时提出的振动水冷结晶器、浸入式水口、结晶器保护剂等技术观点为现代连铸机奠定了基础。结晶器振动已成为连铸机的标准操作。

03

第三阶段（1950-1970年代）

常规连铸技术工业化应用、成熟阶段

在这个时期，连铸技术以惊人的速度向前发展，出现了5000多个有关连铸的专利、技术，奠定了现代连铸技术基础。

1950年

琼汉斯开发了铸坯电磁搅拌技术

1952年

萨伯尔获得了弧型铸机专利

1953年

最早的运动会就是古希腊的古代奥运会，运动会中每人都能展现自德国曼内斯曼公司开发了结晶器电磁搅拌技术

1954年

德国曼内斯曼公司开发了中包塞棒控制技术

1961年

康卡斯特公司开发出立弯板坯连铸机

1962年

康卡斯特公司获得钢包回转台专利;法国东方优质钢公司和德国曼内斯曼公司开始使用保护渣保护浇铸

1964年

英国巴洛光亮钢有限公司研制成功了中间包塞棒自动控制系统

1965年

美国人奥尔森提出了渐进弯曲矫直技术,德国曼内斯曼公司采用浸入式水口浇铸技术

1966年

德国曼内斯曼公司采用了钢包注流保护技术和多辊驱动的矫直机

1967年

德国曼内斯曼公司试验压缩浇铸方法

1968年

加拿大阿尔果马钢公司建成了工字型坯连铸机

1969年

德国曼内斯曼公司进行了120°平角喷嘴( 水）试验

1974年

德国曼内斯曼公司采用了气水雾化喷嘴

1976年

德国曼内斯曼公司开发成功支撑辊对中、 弯曲及轴承阻力等多功能辊缝检测装置；日本川崎制钢开发成功结晶器在线无级调宽技术

代表性技术

50年代：第一代工业连续铸钢机投入生产

50年代是连续铸钢取得突破性进展10年。1950年世界第一台工业生产用立式连铸机在联邦德国曼内斯曼公司的胡立根厂投产。随后，不同国家的15台(40流)工业性铸机相继投产。中国于1954年开始连铸试验，1957年上海钢铁公司中心试验室首先建成了一台工业规模的立式试验机组。1958年北京钢铁学院徐宝隆教授设计的我国第一台工业生产用的矩形坯连铸机在重钢三厂建成。

较有影响的连铸新技术有：

1954年，Halliday将其“负滑脱原理”用于连铸，真正解决了坯壳与结晶器壁相粘结的问题，同年还出现铜板组合结晶器以及镀Cr的铜管结晶器；

1957年，γ射线传感器用于自动控制结晶器液面；

1958年，意大利的一台 8流方坯连铸结晶器上第一次采用正弦波方式振动；

1959年，挪威的一台方坯铸机上第一次采用保护渣保护结晶器液面。50年代已试浇过不锈钢、硅钢、高速钢钢轨钢、轴承钢、工具钢、沸腾钢等钢种以及小断面圆钢和H型钢；

50年代以前的几十年间，世界都在探索尝试各种凝固形式的连铸，如辊式，履带式，到达50年代才确立了铜结晶器为凝固装置的连铸技术。确立了立式连铸机，立弯式连铸机的核心地位。

60年代：弧形结晶器连铸和宽板坯铸机大发展

由于立式铸机（包括立弯式铸机）高度较高，厂房投资费用较大，弧形连铸机的出现解决了这个问题， 并大大促进了现有钢厂建设连铸机。

1952年，最早提出弧形结晶器专利的是O.Schaaber，而后，1956年E.Sch.等以及1960年中国徐宝隆教授也都独立地提出或设计了弧形结晶器连铸机。

1963年, 由 O.Schaaber设计、联邦德国曼内斯曼公司制造的第一台弧形结晶器方坯连铸机在德国建成投产，接着瑞士、中国等3个国家的九台（13流）方坯和板坯弧形结晶器铸机相继建成投产。但是，真正投入工业性三班连续生产的第一台弧形铸机是1964年由O.Schaaber设计的奥地利的一台150mmx600mm的连铸机，第二台投入工业生产的是重钢三厂180mmx1700mm的弧形板坯铸机。

我国第一台工业生产连铸机

60年代开发的连铸技术有：

1961年，铸坯带液芯弯曲技术用于宽板坯连铸机；

1964年，德国在一台铸机上开发了直筒形浸入式水口加保护渣浇注的技术

其后，连铸工作者又将美国在宇航中开发的熔融石英技术用于连铸，从而制造了带侧孔的浸入式口，用其浇注宽板坯解决表面纵裂问题。

1967年，为进一步降低铸机高度，在德国建造了两台超低头板坯连铸机，在Uss/Gary厂一台板坯连铸机集中了中间包滑动水口、自动开浇和结晶器液面控制、带液芯弯曲矫直。

此外，如液压驱动的结晶器振动、液压剪切机、中间包加热等技术也得到开发，美国人奥尔森提出了渐进弯曲矫直技术，德国曼内斯曼公司采用浸入式水口浇铸技术。还出现了全连铸钢厂以及工字梁用异形坯铸机。

70年代：石油危机促进连铸高速发展

连铸工序的能耗仅为模铸一初轧工序的10%左右，因此，70年代的两次全球性石油危机加速了连铸的发展。

20世纪世界粗钢产量的变化情况

这一时期出现的连铸新技术有：结晶器液面自动控制、多孔浸入式水口、多段式结晶器、结晶器电磁搅拌、铸坯自由导向、二次冷却密排导辊及组合辊、带液芯铸坯轻压下、中间包滑动水口、中间包塞棒吹氩、钢包钢流保护、中间包感应加热等。期间，日本利用真空处理以及电磁搅拌等技术生产准沸腾钢，从而为全连铸创造了条件。

70年代也是我国连铸加速发展的十年。

70年代世界和我国连铸坯产量和连铸比

04

第四阶段（1980-1990年代）

常规技术的普及、优化、高速发展阶段

到20世纪70年代末期，连铸技术已经趋于成熟，标志是连铸用于多数钢种工业生产，可以取代模铸。推广连铸，提高连铸比是冶金工业的主流。以德国为例，连铸比1980年为41.3%,1990年91.3%，1999年达96.3%,同期中国分别为6.2%,23.2%,77.6%。

常见铸机结构形式

80年代，由于立式连铸机建设成本高，效率低，逐渐为弧型连铸机(结晶器弧型)取代，并出现了超低头和水平连铸机。水头低，建筑成本低，钢水静压力小，铸坯内裂纹缺陷少，但其缺点是凝固不对称。超低头和水平连铸机，包括弧型连铸机不利于夹杂物去除。

随着材料需求的增加和品质要求的提高，特别是汽车板，深冲钢、管线、船板等要求的提高，洁净钢的需求推动了连铸机型的优化。

以VAI为代表的直弧型连铸机逐渐成为板坯连铸的主流机型，超低头和水平连铸机陆续退出舞台。

罗可普连铸机型逐渐占据了小方坯连铸机的阵地。过去的方坯连铸机支撑复杂，采用柔性引锭装置，设备维修和处理漏钢难度大。罗可普连铸机采用刚性引锭杆，出结晶器后支撑极其简单，设备维修和处理漏钢难度大大降低。

随着连铸比不断上升，提高生产率、铸机作业率、铸坯质量、拉坯速度和连浇炉数的需求不断增加。扩大浇铸品种，不断降低生产成本的步伐一直没有停止。指标的改善是以系统化技术为基础实现的，集中表现在如下几方面：

（1）钢液质量保证技术，主要措施包括：

钢液成分的精确控制；

连铸钢液组合化，功能化精炼，形成一定的精炼模式；

连铸中间包的大型化，功能化；如：带加热功能的中间包，电磁流动控制中间包。

（2）中间包冶金相关技术，主要包括：

中间包钢液湍流的控制；

中间包工作衬的自动喷涂；

红中包的反复使用；

中间包水口自动更换；

钢包长水口浸入开浇。

（3）结晶器技术，包括振动优化技术

小振幅高频率振动；

非正弦振动。

（4）二次冷却技术，包括：

二次冷却制度的优化与自动控制技术；

二次冷却段结构优化技术（板坯二冷段小辊密排装置的采用，方坯拉矫结构优化）

（5）其他相关技术措施包括：

高拉速保护渣的采用；

板坯电磁制动装置的采用；

结晶器液面检测与控制；

结晶器漏钢预报；

带液芯压下技术的采用；

快速更换；

结晶器涂镀层措施；

大包下渣检测。

上述技术的开发，使得连铸技术趋于完善化，同时也构成当今连铸技术的基础，连铸机生产过程趋于稳定，产品质量得到了改善。

90年代，以薄板坯连铸连轧技术为代表的近终型连铸开始在生产中推广和应用。生产热轧带钢新方法的研究也在进行中。

各种坯型的连铸机

05

第五阶段（2000-今）

全面发展的现代化阶段

到2000年，全世界的连铸比达到86%，超过90%的国家达40多个。进入新世纪，材料科学的发展促进了钢铁业的进步，提高钢材强度、韧性，抗疲劳，耐腐蚀等使用性能的提高对洁净钢生产、无缺陷铸坯提出了更高的要求。传感、检测技术的提高和普及，计算机、网络、智能化技术的高速发展使连铸技术赋予了更大的活力。

精细化、差异化

连铸技术的发展和进步是相辅相成，对体现集成和综合整体技术的要求愈发明显。与连铸相关的技术很多，坯型、钢种、生产规模的不同体现在技术应用的精细化、差异化。有些技术出现和基础试验出现在多年前，但普及和全面商业化一般要经历大约10年甚至更长的时间。

动态二冷技术、动态轻压下、液压振动技术的发展充分体现了这一特点。

动态二冷技术

过去的二冷水量是通过手动调节阀的方式调整，是静态的；改成可以动态调节的电控调节阀，水量随工艺的变化实现动态控制——动态二冷技术。板坯动态二冷技术，根据钢种、断面、中包温度、拉速等多个变量，融合了冶金专家的智慧和冶金准则，制定不同的目标温度，实现精细化的控制。用于生产普通线棒材的小方坯连铸机，建立拉速和水量对应关系，实现动态二冷控制，简单，可靠。二冷影响水量的变量多少可根据需求的情况而改变。宽、厚板坯的出现又产生了三维动态配水，以解决边部冷却不均匀问题。

动态轻压下技术

板坯动态轻压下是生产中厚板的必备的装备，从第一次生产应用到普及为广大用户接受，经历了大约10年时间。这期间经历了不断完善、优化、参数积累的过程。随着厚板和宽板坯、坯型大型化的出现，大、重压下技术开始试验和应用。

液压振动技术

随着液压技术的普及和成本的降低，液压振动逐渐在常规连铸机上应用，维护更简单的电动缸开始在板坯上试验，陆续在方坯上普及应用。大约2010年后，特别是2015年后，液压（电动缸）振动几乎成为了连铸机的常规配置。

大型化、机型多样化

大型化

2010年6月，奥钢联提供的首钢400mm×2400mm单机单流直弧形特厚板坯连铸机投产。2011年2月，奥钢联总负责并供货的韩国浦项400mm×2200mm 特厚板坯连铸机投产。

2010年10月，由西门子奥钢联设计，宽度最大的厚板坯连铸机，南京钢铁有限公司的1台320mm×2800mm 单机单流直弧形板坯连铸机投产，这是厚板坯连铸机中浇铸最宽的连铸机。

由奥钢联为韩国浦项公司（POSCO）建造，能够浇铸出全球最厚不锈钢板坯的300mm×1650mm不锈钢单流板坯连铸机，于2013年7月投入运行。

神户制钢承接了澳大利亚BHP公司4机4流大方坯连铸机订货，年产量200万吨。连铸机主半径R15m，浇铸最大断面400mm×630mm，稳定拉速0.8m/min。

2015年10月，德国迪林根6号特厚板坯连铸机投产。该立式连铸机为双机双流，浇铸板坯厚度300-500mm（预留600mm），板坯宽度2200mm，有二冷水边部控制系统和动态轻压下。300mm厚度板坯拉速0.6m/min，500mm厚度板坯拉速 0.22m/min，年产量120万吨。

从2006年以后，直径Ф500mm以上的特大圆坯连铸机发展迅速，在此之前大圆坯连铸机多为全弧形多个矫直点逐渐矫直，圆弧半径在R12m到R17m之间。每台连铸机流数为1-6流。大都浇铸高碳钢和合金钢。

多样化：

ESP做为真正意义的无头轧制在日照应用

双辊薄带铸机应用取得新的突破。

能生产板坯、方坯的连铸机开始出现。

二冷支撑简单、类似方坯结构的扁坯连铸机（小板坯）开发应用。

智能、网络化：工业 4.0的需要

前三次工业革命源于机械化、电力和信息技术。现在，将物联网和服务应用到制造业正在引发第四次工业革命。将来，企业将建立全球网络，把它们的机器、存储系统和生产设施融入到虚拟网络—实体物理系统（CPS）中。

关于实施

工业4.0

德国联邦教育研究部

“这意味着有史以来第一次，有可能将资源、信息、物品和人进行互联，从而造就物联网和服务。这种现象的影响也将反映到工业领域。在制造领域，这种技术的渐进性进步可以被描述为工业化的第四个阶段，即工业 4.0。”

现代化的连铸机都配备了智能传感器，实现全面工艺控制和质量控制的模型，数据接入全流程的大数据库。连铸机接入工厂互联网，成为钢铁流程—实体物理系统（CPS）的一个单元。

冶金模型模拟连铸凝固过程，模拟生产过程，帮助制定工艺。

连铸操作机器人出现在生产现场。

实现远程在线专家诊断。提供全球远程在线专家服务，帮助用户解决问题。

质量专家系统

全生命周期的设备维护系统

来源：中冶南方连铸

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