连铸工艺核心指南：流程原理与显著优势

连铸基础原理

连铸是将液态钢凝固为半成品（坯料），供后续精轧的工艺。1865年Henry Bessemer爵士构思并申请专利，因工程设备难题未商业化，1950年代解决问题后投入商用，2012年全球连铸钢产量达14.75亿吨。连铸取代了铸锭、脱模、加热坑、初轧等多道工序，实现单工序完成，大幅提升收得率、质量、生产率和成本效益。连铸原理见图1。

图1 连铸原理

参照图1：钢包（1）从精炼工位吊至连铸机，包车旋转至浇铸位置对准中间包（3）。液钢流入中间包，再进入水冷铜结晶器（5）。凝固始于结晶器，经辊段支撑（6）和弯曲区（7）继续凝固，随后矫直、火焰切割，送中间库或热送精轧。

铸坯断面规格分类

• 方坯：截面≤150 mm见方
• 矩形坯/板坯：截面正方或矩形，边长150-500 mm
• 圆坯：直径125-500 mm
• 异型坯：狗骨形，后轧工字钢
• 板坯：厚度150-400 mm，宽度>500-2500 mm。宽厚比（长宽比）≥2.5:1定义为板坯
• 薄板坯：厚度50-90 mm

连铸机设计关键考量

• 终端产品决定铸坯质量、钢种、断面形状
• 年铸造吨位
• 液钢供应量及单炉重量
• 计划运行工时

以上因素决定流数、拉速等设计参数，需匹配液钢供给。钢种质量决定机长、垂直高度、结晶器弯直、水冷/气雾冷却、电磁搅拌等参数。

液钢输送两步走

液钢从钢包到结晶器分两步：(1) 钢包→中间包；(2) 中间包→结晶器。中间包流量控制通过滑板、塞棒、定量水口等孔道装置，配合中间包液位调节实现。

连铸机主要段落与核心部件

五大功能段落

1. 中间包：位于结晶器上方，调节液钢流入速度
2. 水冷铜结晶器（一冷区）：生成足够强度固态外壳维持铸坯形状进入二冷区
3. 二冷区+包围段：铸坯大部分仍为液态，喷水/气雾进一步凝固
4. 展直段：除垂直连铸机外均设
5. 切割装置：割炬或机械剪，切定长

核心部件详解

中间包

典型矩形，也有三角、T形。底部布水口分配液钢。关键功能：促进夹杂物上浮分离；换包时保持液钢连续供给；维持水口上液位稳定保证浇铸速度恒定（明流水口制）；提供稳定流型。

结晶器

核心功能：形成足够强度固态外壳包容液态核心。关键指标：形状、壳厚、壳温均匀、内外表面无缺陷、低气孔、少非金属夹杂。结构为开口箱体，内衬高纯铜合金水冷壁。铜面常镀铬/镍增硬防铜渗透导致表面裂纹。传热复杂，常用数学/计算机建模辅助设计。热阻序列：固态壳内导热→壳面到铜面接触传热→铜壁导热→铜内表面到冷却水对流传热。

结晶器振动

减少摩擦粘连、防壳体撕裂、防断浇。振动靠润滑油/粉末熔剂降低摩擦，液压/凸轮/杠杆驱动往复振动。频率、行程、波形可变。常用“负拔”模式：下行速度超拉速，产生压应力封合表面裂纹气孔增强壳体强度。

二冷系统

多分区控制凝固铸坯冷却。喷淋介质为水或气水混合。传热三方式并存：辐射（上部主导）、导热（辊缝接触、遵循傅里叶定律）、对流（高速水滴/雾穿透蒸汽层蒸发、遵循牛顿冷却定律）。功能：控制凝固速率、喷水强度调节铸坯温度、机架冷却。

凝固壳增长预测

可靠遵循菲克定律，亦用于计算全凝固距离（无液态核心）。

铸坯包围与导向

多组挡辊对向夹持铸坯，必要时加侧辊。核心：提供导向包围至外壳自支撑。辊系布局（间距、直径）需精选，最小化辊间鼓包和液固界面应变。上部壳薄弱区用小直径密排辊四面支撑，下部仅宽面支撑。

展弯矫直

外弧受拉、内弧受压，应变由弧半径和钢种力学性能决定。外弧过量应变致裂纹。采用多点展弯渐变增大弧半径，逐步矫直至水平面，最小化应变。

浇铸工艺流程

开浇时用钢假锭封堵结晶器底部，液注入部分凝固形成外壳包液芯铸坯。一冷区壳厚达10-20 mm时，矫直拉拔机启动带动假锭拉出铸坯，液钢同速补入。拉速300-7500 mm/min视断面、钢种、质量而定。单炉浇铸45-90分钟避免包温过降。出结晶器入辊段包围二冷室喷水/气雾促凝固，保形保质。大断面需延长包围。全凝固后经矫直拉拔机，假锭断开回收。矫直后切割成成品（板坯/矩形坯/方坯/圆坯/异型坯）。