连续铸钢(卷名：矿冶)
continuous steel casting
简称连铸，使钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺。同通常钢锭浇铸相比，具有增加金属收得率，节约能源，提高铸坯质量，改善劳动条件，便于实现机械化、自动化等优点。连铸镇静钢的钢材综合收得率比模铸的约高10％。沸腾钢连铸比较困难，至今尚未成功。近年对沸腾钢成分的钢液进行真空“轻处理”，可以顺利地进行连铸。有色金属的连铸发展比钢铁连铸为早。如在辊式连铸机上，兼有凝固和塑性变形，则称连续铸轧。
由于连铸简化了炼钢铸锭及轧钢开坯加工工序，每吨钢可节约能量（0.15～0.25）×106千卡，如进一步解决铸坯和成材轧机的合理配合问题，热送直接成材，还可进一步节约能源。
连铸坯在结晶结构上的主要特点是：连铸工艺使钢水迅速而均匀地冷却，因而迅速形成较厚微晶细粒的表面凝固层，没有充分时间形成柱状晶区；连铸坯断面较小，整罐钢水的连铸从开始到终了的冷却凝固时间接近，连铸坯纵向成分偏析差别可在10％以内，这是模铸钢锭无法与之比拟的；连铸坯不像模铸钢锭那样分单根浇铸，所以可避免形成缩孔或空洞，使金属收得率提高；在塑性加工中，为消除铸态组织所需的压缩比也可较小。
发展状况 有色金属(铜、铝等)的连铸在20世纪30年代已成功，至40年代，德国永汉斯（S.Junghans）、美国罗西 (I.Rossi)在连续铸钢方面取得工业规模的成功。到50年代，钢水连铸工艺比较成熟。由于对连铸工艺的冶金理论认识加深、连铸机设备结构和生产工艺不断有所改进，使操作安全和铸坯质量得到基本保证。连铸机设备型式从半连续垂直式开始，经立弯连续式逐步降低了设备高度，到60年代成为现在通用的弧型连铸机。1981年世界上51个国家装有415台连铸机，年产钢13500万吨，为当年钢产量的20％；其中板坯机台数约为1/4，占连铸坯产量的50％；主要产钢国家连铸坯产量占钢产量约为38％。世界钢产量和连铸坯产量发展的趋势见图1。
80年代在工业发达国家已有不少电炉车间实现了全连铸化，新建大型转炉车间也有全连铸的。浇铸的钢种在1970年以前大多是普通碳素钢。目前除极少数高碳、高合金钢和易产生裂纹的钢种，如含铅易切削钢、高速工具钢和某些轴承钢及阀门钢，连铸尚有困难外，约有85％钢种都能连续浇铸。70年代采用了电磁搅拌，可提高连铸坯质量。连铸生产的钢种包括有深冲的薄板钢，高强度的中厚板钢、钢轨钢、弹簧钢、线材钢、不锈耐酸钢等。特别是不锈耐酸钢，目前全世界约有50％以上是用连铸法生产的。生产的板坯最大尺寸为宽2640毫米，厚350毫米；方坯最大为560×400毫米，最小为50×50毫米，实际生产中常控制在100×100毫米以上；圆坯最大为φ450毫米，最小为φ40毫米。
在大型连铸机组上为快速调整铸坯断面的生产要求，通常将机组部件整体更换;从结晶器上口送入引锭杆，可减少通常从下口送进引锭杆的辅助作业时间；有的板坯铸机将结晶器制成六段，可分别独立交换改变断面；在改变断面时，只须停浇钢水20秒钟，便能继续生产其他新断面的产品。有些板坯机生产单一尺寸的宽板坯，然后纵切成所需宽度尺寸的窄坯。为了在一台连铸机上增加品种和提高产量，发展出多流连铸机。板坯机有的采用2～3流机组，方坯机可多至8～10流。
近年连铸生产自动化技术迅速发展。在技术先进的钢厂已经开始实现对钢水成分、温度、结晶器钢液面、铸速、二次水冷却、铸坯质量热检查、定尺切割等用计算机进行全面自动控制；生产过程中有质量不合格铸坯时，实行自动切除；然后热送连轧生产。中国于50年代开始进行半连铸的工业试验。1959和1960年间建成直立式方扁坯连铸机。60年代中期建成弧形板坯连铸机。同时还建有立弯式小方坯连铸机。截至1981年，中国投产的连铸机有26台，1981年生产连铸坯254万吨，占全国钢产量的7.65％。浇铸的钢种有普通碳钢、低合金结构钢、弹簧钢、电工钢等。连铸坯的品种有120～200毫米方坯，700～2300毫米宽板坯。
连铸机型式 连铸机是从直立式装置开始的。为了降低装置的高度，扩大铸坯品种和提高质量等目的，连铸机发展出了多种结构形式。
立式连铸机 全部设备直至切割器，都是垂直布置，切割后钢坯放平运走（图2）。
立弯式连铸机 结晶器是直立的，在铸坯离开结晶器后尚未全凝固前，以机械力顶弯铸坯，水平切割后运出。
弧形连铸机 通过结晶器使铸坯表层凝固成形，随即沿弧形曲线的二冷段向前移动，铸坯凝固至一定程度后，再矫直成水平状，切割后运出。这类连铸机的二冷段有全弧形、椭圆形(多点椭圆轨迹)或带二冷上部直线段。矫直段有铸坯全凝固矫直方式或带液相坯矫直方式。为了满足高质量产品的要求，在结晶器或二冷上段外围装设低频电磁搅拌装置，以改善铸坯结晶组织（图3）。
倾斜式连铸机 从结晶器直至切割器都呈倾斜布置，最后水平输出。
水平式连铸机 钢水由中间罐水口直接水平导入水冷结晶器，出结晶器后的铸坯以时拉时停的间断操作方式拉坯前进，以保证铸坯表面质量不产生破裂（图4）。
旋转轮式高速连铸机 结晶器和二冷段均以槽形轮带式结构组成。因结晶器和铸坯之间无相对滑移现象，适于高速浇铸，可使连铸机注速与后部连接的轧机的速度同步配合，达到连铸连轧的目的（图5）。
离心旋转连铸机 结晶器作水平旋转运动，用于浇铸圆钢坯。
目前普遍使用的连铸设备是弧形连铸机。立式、立弯式、倾斜式三种型式是发展过程的产物，其中直立式仍在少数工厂使用，水平式、旋转轮式、离心旋转连铸机尚处于试验或小规模生产阶段。
连铸机设备组成 以通用的弧形连铸机为例。
盛钢桶和中间罐 盛钢桶多用旋转台承托，便于调换盛钢桶连续供钢水。钢水浇进结晶器之前先通过中间罐，调整钢水静压力，保持钢水流动平稳。中间罐可快速调换使用，以保证钢流浇铸不间断并实现多炉连浇。在中间罐水口下设有事故溢流槽，使废钢流入垃圾罐。
结晶器 以纯铜或铜合金材料作内壁，用钢框架密封箍住。内壁和外框间留有冷却水通路。结晶器内衬铜壁一般厚6～24毫米，长600～1100毫米，在结晶器旁侧装设杠杆机构的机械联锁振动机构，使结晶器沿弧形曲线上下振动。结晶器内壁的润滑有两种方法:对厚度150毫米以上铸坯一般采用伸入式水口加保护渣粉浇铸工艺，对小于150毫米铸坯采用油润滑。
二次冷却装置 结晶器出口至拉坯矫直机之间，沿弧形曲线以多组导辊作铸坯前进的轨道，导辊中间穿插多组冷却水喷嘴进行二次冷却，加速钢流凝固。
拉坯矫直机 在二冷区后段设有多支点拖辊，曳拉和矫直铸坯前进。
切割装置 用氧气乙炔火焰或机械剪切割铸坯，这项装置和拉坯矫直机前进方向的速度应相互配合。
引锭杆 是许多金属环节连接构成的可挠长杆。可与铸坯一样由拉坯矫直机夹持，沿导辊曲线移动。朝结晶器方向一端的引锭杆为凹形锁头，承接钢水，牵拉铸坯。
连续铸钢工艺 连铸机必须与出钢操作密切配合，钢水开始浇入结晶器的同时，一面启动结晶器振动，进行润滑和开放冷却水，一面启动拉坯矫直机拖引锭杆运转，铸坯随引锭杆拉曳前进，铸坯过拉坯矫直机到一定位置后，脱卸并移开引锭杆，铸坯本身由拉坯矫直机继续拉曳。前进的铸坯按定尺长度逐次切割（图6），输送、堆存，待全炉钢水铸完为止。在生产中应力争多炉连铸，以提高经济效益。
钢水成分和温度控制 对钢水成分和温度要有严格的要求。一般用伸入式水口或吹氩密封保护钢流，或两者兼用，以防止钢水二次氧化。钢水含铝高时容易产生粘膜堵塞水口，用定径水口浇铸小方坯，一般控制钢水的含铝量小于0.06％。对铝镇静钢或对含铝量有一定要求的钢种，常从结晶器上口以铝条或铝粒加入钢水，而不经过中间罐水口。钢水浇铸温度一般高于钢的凝固点20～50℃。现在普遍采用浇铸前在钢包内吹氩气搅拌钢水，以使钢水的成分及温度均匀，温度波动可控制到±5℃。
拉速控制 在保证铸坯质量和安全生产的前提下，拉速主要受铸坯凝固速度的制约。其关系式为:s＝K堢。式中s为钢凝固层厚度(毫米)，s为凝固时间（分）。一定的s值应保证硬壳不破裂和安全生产，K值为23～32，视钢种、断面、钢水温度和拉速变化而定。拉速过快易发生漏钢、断接等；拉速慢则易发生铸坯表面不光整、结疤等。高碳钢和合金钢的拉速应比低碳钢慢。铸坯断面（厚度）大的拉速应比断面小的慢。提高拉速须尽量保持低温浇铸，并对钢液面采用60Co、红外线或电磁检测仪表等控制手段。拉速范围与铸坯断面品种有关，以普通碳钢为例：板坯0.5～1.8米/分，大方坯0.6～1.5米/分，小方坯1.5～3.5米/分。
冷却控制 连续铸钢的冷却区集中在结晶器、二冷段和后部工序冷却等三个部分。一般认为结晶器段占冷却量的14～20％，二冷段占23～30％。冷却强度过大和拉速不适应时，会造成铸坯内裂和外裂纹。冷却强度过小和不均匀则易产生铸坯鼓肚、漏钢等现象。冷却强度必须随钢种、铸坯温度和拉速快慢进行控制调节。每公斤钢的冷却水消耗量约1～2公斤。要求各断面部位冷却均匀，冷却水要过滤净化，使水质洁净，导热均匀。
提高连铸机生产能力应降低钢水浇铸时的过热温度，提高拉速，扩大铸坯断面和采用多流连铸。铸坯断面的选定和轧机轧制成材道次的综合考虑也很重要。采用多炉连铸可提高连铸机作业率，但要力求浇铸时间与冶炼周期相互协调。
连铸坯的缺陷 在浇铸生产过程中，由于钢水成分、温度、浇铸速度、冷却水强度等控制不当，以及铸机设备安装不合规格等原因，可造成与模铸相似的各种缺陷。与模铸钢锭的差别是裂纹缺陷比较多见。（见彩图）。
参考书目
鲁捷斯等著，《连续铸钢原理》翻译组译：《连续铸钢原理》，上海人民出版社，上海，1977。