超低头板坯连铸

凝固是在一定的过冷度和结晶核心存在的条件下，液态中无规则的原子集团转变为按一定规则排列的固体结晶体的过程。过冷度越大，结晶核心越多，结晶自发倾向就越大，结晶过程就越容易进行。从宏观上看，凝固是把液态金属储藏的显热和结晶潜热传输到外界，使液态转变为有固定形状的固体的过程。

钢水在连铸机中的凝固主要是一个热量释放和传递过程，带液芯的坯壳边运行边放热边凝固，形成了液相穴相当长的铸坯(如图1所示)。以弧形连铸机为例，浇铸时把装有钢水的盛钢桶运载到连铸机上方，经盛钢桶底部的流钢孔把钢水注入到中间罐内。打开中间罐塞棒(或滑动水口)，钢水流入到下口被引锭杆封堵的水冷结晶器中，钢液很快沿结晶器周边开始凝固成壳并和引锭杆粘结在一起。结晶器外壁通水冷却以加速钢水的凝固，同时结晶器上下振动以避免凝固壳与结晶器粘结，减少拉坯阻力。当结晶器下端出口处坯壳有一定厚度时，拉坯机带动引锭杆和芯部仍为液态的凝固壳以一定速度连续、均匀地离开结晶器，沿结晶器下方弧形辊道运行，已离开结晶器的坯壳立即受到来自结晶器下方的二次冷却装置的直接强制冷却，铸坯的结晶层也随之向中心区域推进。在全部凝固完毕或仍带有液芯的状态下铸坯被矫直，随后被切割成定尺长度的坯料。所得到的坯料可冷送或热送、热装至轧钢厂，亦可实行直接轧制。

超低头板坯连铸机最早建于1964年，当时联邦德国曼纳斯曼—德马克(Mannesman-Demag)公司在150t平炉车间装设一台单流超低头板坯连铸机，为了能在已有的旧厂房内安装，该铸机的矫直半径选定为(3.9～5.8)m/11.4m，浇铸板坯断面为(150～250)mm×(800～2100)mm。

之后在1970年随平炉一起停产，其间共生产了薄板和中厚板板坯80t。该公司于1967年又在其所属的胡金根(Huckingen)厂投产了两台双流超低头板坯连铸机，与220t氧气顶吹转炉配合，浇铸(150～250)mm×(800～2100)mm板坯，铸机矫直半径为5.0m、6.8m、9.9m、19.6m，生产钢种包括：用于UOE焊管的X60～X80厚板钢及海洋平台用钢;螺旋焊管用钢及用于生产汽车轮缘和食品罐头的深冲钢等。通过对这两台连铸机的生产及设备的不断改造更新，积累了从转炉操作到连铸生产的一整套优质铸坯生产经验。另外，瑞士康卡斯特(Concast)公司于1979年在日本住友金属公司鹿岛厂投产了一台超低头板坯连铸机，与250t转炉配合，浇铸(200～300)mm×(1100～1700)mm板坯和300mm×(500～700)mm大方坯，铸机矫直半径为5.8m、7.1m、9.3m、13.8m、27.6m。1986年日本新日铁广烟厂投产了 1 台R3.0m、19点矫直的超低头连铸机，生产280mm ×1050mm板坯和250mm × 400mm方坯。

1984年年底，中国天津钢厂及邯郸钢铁总厂各引进曼内斯曼一德马克公司的超低头单流板(方)坯连铸机1台(生产方坯或矩形坯时为双流)，铸机的矫直半径为5.7m、7.2m、11m、21m，板坯断面(150～180)mm×(1700～1200)mm，方坯断面180mm × 180mm～200mm × 200mm，矩形坯断面(140～180)mm×(230～285)mm，钢种为普碳钢、结构钢和低合金钢，已分别于1987年和1988年投产。中国生产的第一台超低头板(方)坯连铸机于1989年在南京钢厂投产。之后在马鞍山、上海、天津、昆明和韶关等也陆续设计并投产了这种类型的连铸机。2100433B

在超低头弧型连铸机进行的连续铸钢类型。超低头板坯连铸连铸机是把小半径多点矫直的弧型连铸机与板坯连铸技术相结合的一种机型。由于起始半径(结晶器的圆弧半径和二冷区上段半径)小，连铸机总高度低，适宜于建设在低高度的厂房内，该机型与纯净钢水的生产技术相结合，能生产达到热送和直接轧制质量要求的无缺陷铸坯，例如生产薄板、深冲板、镀锡板、厚板、UOE及螺旋焊钢管用板、造船板、不锈钢板等板坯，其建设投资较常规弧型连铸机低20%～30%。

板坯的工艺流程如下：

高炉铁水→混铁炉(600吨)→转炉(20吨3座)→LF钢包精炼炉(2座)→超低头板坯连铸机→检验精整(质量合格可直接热送)→中板厂

转炉挡渣出钢后，在钢水包内对钢水进行脱氧，到精炼炉进行精炼后，用吊车将钢包吊至钢包座架上。与此同时，中间罐在中间罐车上应用中间罐预热装置将中间罐加热至1100℃以上，同时，将中间包浸入式水口加热至1000℃以上。

将中间罐车开至浇注位置，挂上中间包浸入式水口。开始浇注时，钢水从钢包流入中间罐，从中间包注入结晶器的钢水用塞棒控制钢水流量，流量白动控制系统使结晶器中钢水液面保持稳定。在浇铸过程中，结晶器内加入保护渣，以防止钢水与结晶器壁粘连及二次氧化，同时保护渣在钢液面区造成一个还原气氛，减少结晶器与铸坯之间的摩擦，润滑结晶器铜板。振动装置将振动运动传递给结晶器，振动频率是可调的。

刚离开结晶器的铸坯仅有一层很薄的坯壳，铸坯沿着弧形导向装置通过设在结晶器下面的二冷区，经压缩空气雾化水冷使其进一步凝固。冷却水流量和喷射强度可以调整使其适应于所浇钢种、断面及浇注速度的要求。

铸坯采用汽水雾化喷嘴冷却，该系统从扇形段开始，设于两个辊子之间，二冷区设在冷却室内，冷却期间产生的蒸汽用风机抽出。铸坯用辊道支撑及导向，辊子间距及直径选择足以保证使钢水静压力引起的鼓肚最小。若干对辊子组成一个扇形段。扇形段“0”段设在结品器下面，“0”段以后的铸坯导向装置包括六个扇形段，它们安装在支撑框架上。

除结晶器外，扇形段“0”及扇形段1~6的长度取决于板坯的最大凝固长度。而二冷区长度则取决于挠注速度和钢水与冷却介质之间的传热速度。用被驱动辊支撑及传送的引锭杆将铸坯输送至拉坯矫直区。拉矫机后面是一组切割机前辊道及一组切割辊道。用火焰切割机将铸坯切割成所需要的定尺。最小的定尺一长度取决于所浇铸的板坯断面及浇注速度。

切割辊道之后，安装了一组辊道和一套引锭杆接收装置配合操作，来接收和存储引锭杆。引锭杆被拉出拉矫机之后，引锭杆头靠一台分离装置与铸坯脱开。然后引锭杆送入接收装置，并由接收装置移送到出铸坯辊道的一侧存放。火焰切割辊道是一台装有辊道的小车，小车用电机驱动来回移动以防止切割枪将烧坏辊道，辊道车由四个固定式车轮支撑。切割后的板坯用拉钢机拉至冷床上。对有问题的铸坯，车间吊车用吊具吊至堆存场地空冷。然后装车运至精整车间，对铸坯表面进行整理后，送至中板车间轧制成要求规格的钢板。对无缺陷的铸坯，根据品种需要进行热送中板。可直接由保温汽车热送至中板车间，直接入炉加热后轧制。

板坯连铸机是在20世纪60年代出现的，1964年中国重庆三钢厂和联邦德国迪林根(Dillinger)厂的大型板坯弧型连铸机几乎同时投入生产。重钢三厂浇铸断面为180mm×1500mm的板坯。至今中国已建有板坯连铸机100多台。由于板坯宽厚比大、板坯连铸不仅在连铸机构造方面，而且在生产工艺上都有其独特之处。板坯连铸机结构上的特点主要表现在二次冷却区和拉矫机。由于板坯宽度大，从结晶器出来进入二冷区的铸坯尚未完全凝固，在钢水静压力作用下，铸坯易出现鼓肚现象，引起拉坯阻力增大或拉不出来，所以铸坯导向及二冷装置必需布置密集的导向辊，以控制铸坯的鼓肚问题。拉矫机同样需要多排拉矫辊将铸坯拉出。现代连铸的拉速高，进拉矫机的铸坯尚未完全凝固，为防止坯鼓肚和减少矫直时铸坯内部的变形应力，拉矫机由20多对拉矫辊组成，并设计成多点矫直或连续矫直。由于板坯宽度大，由中间罐注入的钢流在结晶器内的热流分布不均，会使板坯出现表面纵裂，导致板坯成为废品，为此采用浸入式水口和保护浇注工艺加以解决。进入80年代，为提高铸机效率和铸坯质量，实现直接装炉轧制，提出提高拉速和生产无缺陷坯的要求，因此板坯连铸技术有了新的发展，新技术大量涌现，并形成系统配套的工艺技术。

薄板坯连铸轧钢（thinslabcontinouscasting），一种近终形连续铸钢|炼铁技术，这种技术的实质是在保证成品钢材质量的前提下，尽量缩小铸坯的断面来取代压力加工 。

连铸轧钢薄板坯的厚度为20～100mm，宽度为900～1600mm。曾尝试过多种薄板坯连铸方案都未能达到生产水平。

1985年联邦德国西马克（Siemag）公司开始进行紧凑式带钢生产线（CompactStripProductionCSP）研究，并于1989年在美国建成第一台连铸机，之后德国德马克（Demag）公司与意大利阿维迪公司合作，

1992年投产了在线生产带钢生产线（InLineStripProductionISP）这两条生产线都是使用固定结晶器，到90年代末已建和新建的薄板坯连铸工程项目已达几十家。薄板坯连铸的优越性是简化了生产工艺流程，省略了粗轧机架，设备自重轻，降低了基建投资，节省能源和生产成本。

中国于1990年完成了第一台自行设计的薄板坯连铸机并完成了试生产。之后大连重型机器厂设计了薄板坯连铸机，使用立弯型结晶器和在线轧制；兰州钢厂试验了漏斗型结晶器和平板式结晶器；

1999年珠江钢厂和邯郸钢厂的薄板坯连铸机将建成投产。