世界连铸技术的发展

世界连铸技术的发展世界连铸技术的发展大体上经历了4个阶段：早期探索时期、工业应用推广时期、现代连铸技术大发展和完善时期、高速连铸技术和近终形连铸(薄板坯连铸和薄带坯连铸)技术发展时期。早期探索时期(20世纪50年代以前)连续浇铸液体金属的设想是19世纪中叶由美国塞勒斯(G．E．Sellers)(1840年)、莱思(J．Laing)(1843年)和英国贝塞麦(H．BessemeI’)(1846年)提出的，由于当时技术条件的限制，只能用于低熔点有色金属(如铅)的浇铸。最早的类似现代连铸的建议是1887年由德国德伦(R．M．Daelen)提出的，在其设备中已经包括上下敞口的水冷结晶器、二次冷却段、引锭杆、夹辊和铸坯切割设备等装置。1933年现代连铸之父德国容汉斯(S．Junghans)开发了结晶器振动系统，从而奠定了工业上大规模采用连铸的工艺基础。同年，容汉斯在德国建成一台使用振动结晶器的立式连铸设备，并用其浇铸黄铜获得成功，月产量达1700t。1936年铝合金的连铸也取得了成功。这样，从30年代开始，连铸工艺便进入有色金属的工业化阶段。但工业规模上实现钢的连铸要比有色金属困难得多，其主要原因是：钢的熔点比铝、铜高得多；钢的比热容较大，而导热系数较小，凝固速度较慢，不利于连铸；钢的生产规模也要大得多。1943年容汉斯在德国建成第一台浇铸钢水的试验性连铸机，提出了振动的水冷结晶器、浸入式水口和结晶器钢水面加保护剂等技术，为现代连续铸钢奠定了基础。第二次世界大战以后，世界各地相继建设了一些试验性和半工业性试验设备。1949年容汉斯在德国、阿勒德隆(AIleghengLudlun)公司在美国分别采用容汉斯振动结晶器系统在立式铸机上进行钢的连铸试验，1950年德国曼内斯曼(Mannesmann)公司按容汉斯振动结晶器方式投产了一台工业试验性立式连铸机，后来使用振动结晶器成为标准的铸机模式。工业应用推广时期(20世纪50～60年代)从50年代起，连铸开始用于钢铁工业。世界上第一台工业生产性连铸机是1951年在苏联红十月钢厂投产的立式半连续装置，但作为连续式浇铸的铸机是1952年英国巴路(BarrOW)钢厂建立的双流立弯式连铸机。50年代投产的连铸机多为立式、单流，建筑高度大，投资多，连铸速度难于提高，铸坯断面小而且主要为方坯，生产规模较小。但此期间出现了一些专门从事连铸技术开发的集团，对后来连铸技术的发展和推广应用起了很大的作用。60年代连铸技术进入工业性推广阶段，1963～1964年曼内斯曼公司相继建成了方坯和板坯弧形连铸机，这种机型较之立式连铸机高度低、操作方便，并能为工业上急需的热轧、冷轧带钢和厚板生产提供钢坯，很快就成为发展连铸的主要机型，对连铸的推广应用起了很大的作用。此外这时氧气转炉已用于钢铁生产，原有的模铸铸锭工艺已不能满足炼钢的需要，这也促进了连铸的发展。此期间还出现了旋转式圆坯连铸机、空心圆坯铸机和工字型异型坯连铸机。在英国的谢尔顿(Shelton)钢厂实现了全连铸(见连铸比)。现代连铸技术大发展和完善时期(20世纪70～80年代末)70年代由于国际能源危机的出现和连铸本身固有的节能优势，使连续铸钢进入迅猛发展时期。在世界粗钢产量一直徘徊在7亿t左右的情况下，连铸坯产量却持续增长(见图4)。连铸设备和工艺技术日益完善，先后出现了结晶器在线调宽、带升降装置的盛钢桶回转台、多点矫直、连续矫直、压缩矫直、气水喷雾冷却、连铸电磁搅拌、保护浇注、中间罐冶金、上装引锭杆、轻压下、多节辊、二冷动态控制、在线质量控制、共振结晶器、液面自动控制、漏钢预报等一系列新技术、新设备和新工艺，有力地促进了连铸机生产率的提高，保证了连铸坯的质量。此外，转炉复吹技术、超高功率电弧炉和各种炉外精炼技术的发展与应用，以及钢铁工业朝着大型化、高速化、连续化方向发展，都为连铸的发展创造了条件。80年代连铸进入完全成熟的全盛时期，在世界范围内连铸比以每年4％的速度增长，1998年全世界连铸比达83．3％，连铸已取代模铸成为占统治地位的浇铸工艺。连铸机设计、自动控制和铸坯质量都达到一个新的水平，从钢水的纯净化、温度控制、保护浇注、初期凝固现象对表面质量的影响，保护渣在高拉速下的行为和作用，结晶器综合诊断技术，冷却制度的最佳化，铸坯在凝固过程的力学问题，消除和减轻变形应力的措施以及控制铸坯凝固组织的手段等一系列冶金现象的研究；直到生产工艺、操作水平和装备水平的不断提高和完善，总结出完整的对铸坯质量控制和管理的技术。几乎所有的钢种都可以进行连铸，并逐步实现连铸坯热装轧制和连铸坯直接轧制。此期间一些工业发达国家已接近或基本上实现了全连铸化。