连铸技术创新的推动力

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鞍钢技术 5 4

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2 0 0 6年第 1期总第 3 3 7期

连铸技术创新的推动力Ka r l S c h wa h a

1 前言回顾历史，连铸技术无疑是炼钢领域取得的重大突破。不过在工业化的初始阶段，连铸技术并不被看好。当时采用连铸技术的主要目的是通过

生产率早已达到很高水平，如今关注的焦点为提

高产品质量和扩大品种范围。本文结合最近技术创新的实例，讨论连铸技术发展的推动力。

废除模铸与轧制问的几个工艺步骤来降低生产成本，但一些专家质疑这种工艺能否生产出优质产

2 工序成本评估任何新工艺，最重要的是看它的工序成

品，比如铝镇静钢能否代替沸腾钢，其态度就像目前对带钢连铸工艺的看法一样。连铸技术成功的另一重要前提条件是转炉炼钢工艺的快速发展，

本。连铸工序成本的主要指标是铸流的生产率，过

去几十年，生产率的提高使吨钢成本明显降低。高速浇铸板坯时，广泛采用了带液芯矫直 3 5 m长的连铸机。图 3表明，近l O年通过采用高

L D工艺可保证连续提供，尤质钢水。

自从 2 O世纪 7 O年代连铸技术开始挑战模铸一

速连铸、快速更换中间包、自动调宽、漏钢预报系统以及连铸机的计算机化，生产成本已大幅度降低。上述发展使连铸机的可靠性接近操作理论极

初轧工艺起，该技术取得了连铸机设计和操作

方面的巨大进步。单流的生产能力已翻番，而投资

成本并未随之提高。另外，连铸比成为当时衡量一个国家钢铁工业发展水平的主要标志国际钢协

限，利用率高达 9 5%。同时，由于钢水质量提高，铸坯直接轧制、表面清理很少并热装已成为标准操作。

的最新统计表明 (见图 1 ),目前世界不同国家和地区的连铸比为 4 O ~9 8,平均为 8 9。

迂

榷螂

年代

图 3连铸工序成本年代

图 l连铸的成功历程1一世界{ 2一中国； 3一俄罗斯； 4欧洲{ 5一北美

生产长线产品的大、小方坯连铸也经历了类

似的发展。通过提高铸速、缩短停机时

间、增加连浇炉数和减少漏钢率，使方坯连铸机的生产率进步提高。为进一步提高铸速，开发了 D I AM O I . D

连铸工艺成为“主流技术”的关键是连铸机的设计和操作的不断创新。创新的推动力 (图 2略 )分为内力 (与工艺直接相关的包括投资成本、生产

一

技术和 D Y NA F L E X振动系统，并已得到广泛应用 (图 4略 )。在不影响产品质量的情况下，两种系统

率、产品质量/产量、人员、能源及扩大品种 )和外力 (由外部因素决定的包括全面技术进步、环境

都拓宽了连铸参数的操作窗口，补偿不稳定浇铸条件下的波动或采用无磨损瀑布式片簧结晶器导

限制及健康与安全 )。多年来，其推动力已发生了 变化，早期主要关注节约成本和提高生产率，因为

向系统等，提高浇铸速度和操作灵活性。

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3 产品质量2 O世纪 7 O年代末期，钢铁行业内部对连铸产品能否达到质量要求还存有很大疑惑。当时，新

要的条件。

多年来，大、小方坯连铸机一直采用电磁搅拌技术改善铸坯内部质量 (减少中心偏析 ),如图 7 (略)所示，采用 D y n a Ga p轻压下技术可进一步减少中心偏析。

建的炼钢车间仍有模铸。最后的突破来自客户，他们明确表示更喜欢连铸工艺，因为连铸产品质量更均匀。

关于表面质量，从要求表面全清理到只对头尾坯和受操作参数波动和严重干扰的板坯进行个

4近终形浇铸随着对连铸工艺原理 (如凝固和铸流段等 )的深入研究，开发了近终形浇铸技术，即铸坯的断面与最终产品形状更接近，连铸连轧工艺省略了铸坯冷却再加热的工序。 应用近终形浇铸原理的短流程钢厂 (采用电

别清理，表面清理率显著降低。同时，采用新设计的铸流支承和二次冷却，显著改善了铸坯内部质量。目前，利用先进模型可详细研究不稳定条件下影响产品质量的参数。

汽车用钢的最新要求是提高其内部洁净度，即减少非金属夹杂和裂纹缺陷。只有直结晶器连

炉炼钢 ),可浇铸带钢和中板的薄板坯连铸机年产量

达 l O O￣2 O O万 t。图 8示出了一些运行中的工艺和配置。与传统联合生产线相比，连铸连轧显然

铸机才能满足此要求。因此，有些板坯连铸机的弧形结晶器改造为直结晶器，如图 5所示。目前，奥钢联正为美国的 A K钢厂和印度的塔塔钢厂进行

限制了钢厂的生产能力。要想进一步提高生产率，只能大幅度提高铸速。

这种改造。美国福特汽车公司甚至专门指定采用直结晶器浇铸特定产品。

机型.

工艺 产品C S P薄板商用热轧卷…”…““…

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l}】/薄板优质热轧卷

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改造前弧形结晶器

改造后直结晶器

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薄板 A r坯 v e技 d i术超薄热轧卷中板…

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结晶器类型阿塞勒公司索拉克厂2号连铸机改造结果

图5 结晶器改造后的效果圈 8近终形浇铸/ S t制扁材

连铸领域另一个技术创新成果是中心偏析最小化，这对厚板的生产尤为重要。采用的技术方案经过多年的开发，采用带钢连铸工艺 (图 9 略)几乎可以工业化生产特殊钢。像传统的连铸工艺一样，需要采取某些冶金措施扩大钢种的范围。

是使用 S MA R T扇形段对辊缝锥度进行控制，以及在凝固末端实施轻压下。目前，有2 5台以上的板坯连铸机采用该技术。奥钢联还开发了用于动态辊缝调节的 D y n a G a p技术，图6 (略)示出了其基本原理。基于一个动态凝固模型 (如DⅥ A C S ), 采用自动铸流锥度/厚度控制系统，在铸流凝固末端进行轻压下，从而减少中心偏析和疏松。目前，一

目前，单条生产线的极限年产能力约 5 O万 t。因此，带钢连铸机可与中型冷轧厂或镀锌线配套生

产结构钢等。长线产品生产方面，近终形浇铸减小了方坯的断面尺寸，并能进行圆坯浇铸等。这方面最先进

些用户要求用设有 S MA R T扇形段的连铸机生自动控制也为 T R I P钢等新钢种的生产提供了必

的是日本 N K K开发的无头棒材轧制系统—— E _B R O S工艺 (图1 O略)。在 E B R O 8工艺中，热方坯被焊接在一起进

行无头轧制。中国的邢钢等已成

产抗酸性气体腐蚀钢种和 X 8 0钢种。铸流锥度的

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《鞍钢技术 ) ) 2 0 0 6年第 1期 56

总第 3 3 7期

功运用了Ⅱj R (] 6技术。从浇铸角度来看，最大的挑战仍来自于异形坯连铸 (图l 1略 )。虽然早在 2 O世纪 7 O年代，异

统的评估对建立物质和能源平衡以及制定控制污

染措施最重要。图 1 4 (略)总体介绍了一台板坯连铸机的单位排放量和流量。环保设计和污染控制还包括采用新设计方案清除辊子轴承的有害熔剂，减少润滑剂消耗。采用更先进的能源管理系统可降低消耗。 关于健康和安全方面，需要加强措施避免连

形坯连铸技术就得到了开发，但近几年才广泛应用，主要原因可能是没有凝固和收缩过程的先进

模拟手段。只有使用这些模型，才能在无需大量试验的情况下对每个截面的锥度进行计算和预设。

铸机操作或维护时的人身伤害或事故，尤其在设

5自动化和过程控制工艺自动化创新也很重要。图 1 2 (略)示出了 2 0 0 4年 6月调试的奥钢联钢铁公司林茨钢厂 6 号连铸机的自动化系统以及连铸设备发展的总趋势。由于计算机动力的不断增强，以及使用了合适

计阶段要强调安全，要进行系统的风险分析，制定相应的对策来消除可能的危害。对操作和维修人员进行计算机辅助培训是保障安全浇铸的另一关键因素。工艺自动化有利于安全操作，特殊的仪表和控制系统发出警报，可防止发生危险 (如漏钢预报系统 )。此外，还专门开发了机器人 (图1 5略 ), 消除工作场所的危险，实现远程浇铸操作。

的标准软件包，连铸机实现了动态全过程控制，数据库可以保存大量信息，并进行数据分析。实现自 动控制的前提条件是连铸机的特殊传感器和调节器(比如结晶器液位控制、漏钢预报等 )高度可靠， 特别是现代化改造项目，最大限度地减少了停产时间，极大地提高了产能。目前，最复杂的连铸二级模型为计算机辅助质量控制动态凝固模型和二冷控制模型。如图 1 3 所示，两种模型紧密相联，每一个扇

形段全面受热

7结论与展望连铸技术发展了 2 O多年，与其它工艺相比，

连铸领域的创新格外引人注目。我们确信，在连铸机设计工程师、供货商和操作人员面对新的挑战和市场需求而密切合作的情况下，连铸技术会因

创新带来更多的发展，如图 1 6所示。,

的过程也作为输入质量模型的众多参数之一。V 一Q s l a b模型可准确预测板坯内、外部质量， 从而满足客户的特殊要求。V A I—Q D i s c o v e r y系统能对累积的数据进行分析，修正质量函数，并系基本建设 l 设备利用

费用最少 l 化 l

最大化

::: _‘一工艺技术创新的推动力

统地提高模型可靠性，优化整个连铸工艺流程。

企业的生命周期

V A!一 Q Di s c o v e r y系统DY NA CS V AI— Q

项甘定位

生产

升级改造时问或大修

冷却模型

埙精控制铸流锥艘的控制

中包，结晶器液丽结晶器拄制预测

图1 6 不断改进的服役期伙伴关系

除了不断开发新钢种。钢铁工业还需要更多

的生产路线方面的革新变化，以便与其它材料竞连铸过程质量自动控制关键参数图l 3无缺陷连铸的质量自动控制

争。面对这一挑战，企业家们需要随时利用新技术和新工艺 .并付诸实践。潘秀兰译自会议交流资料(编辑许平静 )关勇校

6 法律限制法律限制来自环境立法和健康与安全的约

束。环保方面，长期的连铸生产经验和工艺数据系

收稿日期： 2 0 0 5—1 0—2 8

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