1 我国合金钢方坯连铸现状及设计特点周干水 中冶连铸技术工程股份有限公司1. 前言在国外，特殊钢的生产比例不断提高，20 世纪 80 年代初期工业发达国家的生产比例达到了总产量的1530% （其中优质碳素结构钢占特殊钢的1724% ） ，已基本实现连铸生产。而我国优质钢生产技术起步较晚且以优质碳结钢为主（占优质钢的76% ） ，特殊钢产量较低、质量较差，90 年代以前基本以模铸生产主。2. 我国合金钢连铸机的现状2.1 我国合金钢连铸技术的发展过程在国际上合金钢连铸已经是完全成熟的技术，几乎能浇注所有钢种，如碳结钢、合结钢、弹簧钢、工具钢、不锈钢、轴承钢等。由于我国特殊钢的生产主要集中在一些平炉、电炉厂，且以小型电炉厂居多，主要采用模铸-开坯 -轧制成材生产工艺。因此，我国的合金钢连铸技术起步较晚，直到 80 年代中期才开始引入连铸技术，受生产规模、厂房条件、资金条件、生产设备状况、 生产经验等多种因素的影响，连铸机机型小、产量低、 配置不完善，很多采用水平连铸机或小半径的连铸机，技术装备及设计特性与普通连铸机无多大区别，如一些生产厂采用R5.25m或 R6m 铸机生产弹簧钢、高碳钢及40Cr等合结钢。大部分水平连铸机为国内自主开发，技术装备低、生产能力低下。为适应世界市场及国内市场的需要，90 年代以后，我国合金钢连铸技术得到了迅猛的发展，早期主要以引进为主，部分钢厂通过技术改造或配套，在已有普通连铸机上生产中低碳优质碳结钢及一般合结钢等，并取得了一定效果，现阶段合金钢方坯连铸已基本达到国产化，板坯及超大方坯尚无成功国产化设计的先例。2.2 我国合金钢连铸机的基本特点我国合金钢连铸机的建设主要表现为如下四种形式：(1). 原有特殊厂在进行炼钢系统的技术改造的同时，纷纷建造合金钢连铸机，如：长城特钢、大冶特钢、陕西特钢、重庆特钢、西宁特钢、无锡钢厂等。其中一些小型钢厂由于资金等原因，早期采用引进二手设备或国产化设备技术装备水平普遍较低，产量规模较小，设备配置不完善，从而造成生产陷入困境、生产率低下；一些规模较大的钢厂采用引进全新设备与技术，生产效率高，合金钢生产比例较高，质量稳定。(2). 90 年代以后，原有平炉钢厂在进行平炉淘汰改造的同时实现全连铸改造，如武钢一炼钢厂、马钢一炼钢厂等。这类改造一般比较彻底，连铸机技术装备比较高，生产能力大。(3). 新建短流程生产线或其它特钢生产线，如：江阴兴澄钢厂、杭钢电炉2 厂、上钢五厂、上钢一厂等。这类新建企业或车间，一般采用现代化设备配置及现代化的企业管理制度，产量大、生产效率高、产品质量好。(4). 部分转炉厂由生产普碳钢向优质钢或特殊钢转变，纷纷改造现有连铸机或新建合金钢连铸机。如本钢转炉厂、包钢转炉厂、太钢二炼等。新建连铸车间，一般技术装备较高、产量大、生产效率高、产品质量好；凡改造或利用已有普碳钢连铸机，一般只能生产一些中低碳优质钢且优质比较低。综合分析我国现有合金钢连铸机，基本具有如下主要特点：(1). 基本以引进国外设备和技术为主，一般采用弧形铸机，均配置了钢水精炼与真空处理、连铸电磁搅拌、结晶器液面控制、保护浇注等技术装备。(2). 主要配置“电炉-LF 炉+VD（或 VOD ） ”冶炼生产线，生产规模均不大，且铸坯断面比国外同类铸机要小，成材压缩比小，使最终产品质量及应用受到一定限制。(3). 除少部分高拉速连铸机采用全水冷却及强冷冷却制度外，大部分合金钢方坯连铸机采用气水雾化冷却和弱冷冷却制度。(4). 铸机一般都配有结晶器电磁搅拌（M-EMS ） ，大断面铸机还配有二冷段或凝固末端电磁搅拌（E-EMS 或 F-EMS ）装置。2.3 合金钢连铸机的国产化情况在引进国外技术的同时，通过消化吸收，我国合金钢连铸机纷纷走上了国产化历程。早期的国产化， 主要是在普钢连铸机的技术基础上做一些简单修改配置，如增大铸机弧形半径、增加气水雾化冷却、保护浇注等，未进行系统化的设计与优化配置，均不能达到预期的效果，产品质量差，生产比例低，一些专业特钢厂由于质量原因甚至处于半停产状态。随着认识上的进一步深入，技术诀窍的进一步领会，相关技术设备具备国产条件， 90 年代后期，合金钢方坯连铸基本实现了国产化，如无锡钢厂、南昌钢厂、新余钢厂等。锡 钢 合 金 钢 连铸 机投 产以 来 ， 相 继 生 产 出45# 、 20 管 、 65Mn 、40Cr 、20CrMnTi 、ML35CrMo 、GCr15等近三十多种高附加值优质铸坯，2001年年产量达到24 万吨（优质比95% 以上），轴承钢实现了批量生产，产量达1.4 万吨。中心疏松、偏析及缩孔达到1.5 级以下，基本没有发生裂纹质量事故，打破了合金钢连铸机依赖引进国外技术和设备的局面，创下了国产合金钢连铸机的最好水平。2.4 国内主要合金钢方坯连铸机及其主要配置工厂名称连铸及机型主要断面主要生产钢种钢水冶炼供应商主要配置抚顺特钢4 流 R12/16.5/30m 弧形方坯连铸机200x200 、240x240 、280x320 轴承钢、 弹簧钢、 齿轮钢、合金结构钢及工具钢EAF-LF+VD 引进，Danieli 多点矫直，中包等离子加热、结晶器及末端电磁搅拌、液面控制、气雾冷却天津钢管厂4 流 R10.5m 四点 矫直弧形连铸机210、310 优质钢、 合金钢、 石油管EAF-LF+VD 引进，Demag 3 工厂名称连铸及机型主要断面主要生产钢种钢水冶炼供应商主要配置宝钢电炉钢厂6 流 R10/14/26.5m 弧形圆 /方坯连铸机153、178、160x160 油井管、高 /中低压锅炉钢、 弹簧钢、 合金结构钢、 轮胎钢丝EAF-LF+VD 引进，Danieli 多点矫直，中包等离子加热、液面自动控制、结晶器电磁搅拌、大包自动控制上钢五厂第三电炉厂5 流 R10.25 弧形方 坯连铸机140x140 、180x180 、220x220 合金结构钢、 电站用钢、弹簧钢、 汽车用钢、胎线钢EAF-LF+VD 引进，Concast, 连续矫直，结晶器/二冷段 /末端电磁搅拌、结晶器液面自动控制、气水雾化冷却苏钢集团电炉厂5 流 R10/20m 弧形 方坯连铸机135x150 、195x195 、280 320 中高碳钢、 合金结构钢、轴承钢、弹簧钢、汽车用钢EAF-LF+VD(预留 ) 引进，Danieli 江阴兴澄滨江钢厂5 流 R12/28m 弧形方坯连铸机轴承钢、 齿轮钢、 弹簧钢、合金结构钢EAF-LF+VD 引进，Demag 沿山钢铁集团4 流 R9/16m 弧形 方坯连铸机120x120 、150x150 、180x180 优质碳结钢、弹簧钢、齿轮钢EAF-LF+VD 引进，Concast 刚性引锭杆，结晶器液面控制、结晶器电磁搅拌、全水冷却无锡钢厂3 流 R8m 弧形方坯 连铸机130x130 、180x220 弹簧钢、 轴承钢、 合金结构钢EAF-LFV 国产，中冶连铸公司连续矫直，刚性引锭杆，结晶器电磁搅拌（预留末端），结晶器液面控制，气雾冷却马钢一钢厂450 轮箍钢、高速车轮钢BOF-SKF 引进，Danieli 杭钢电炉厂3 流 R9m 弧形方坯连铸机 (后增建第 4流) 150x150 、200x200 优质碳结钢、 合金结构钢、弹簧钢EAF-LF+VD(VD 后增加 ) 引进， VAI 渐近矫直，刚性引锭杆，结晶器电磁搅拌 (预留末端 )，结晶器液面控制、气雾冷却大冶钢厂四炼钢4 流 R9/17.5m弧 形圆 /方坯连铸机240x240 、 190 合金结构钢、轴承钢、弹簧钢、 齿轮钢EAF-LF+VOD/VAD 引进，克虏伯西宁特钢三炼钢3 流 R11/21m 弧形 方坯连铸机240260 合金结构钢、 碳素结构钢、轴承钢EAF-LF+VD 引进，Concast 包头钢厂4 流 R12/16/31m 弧形坯连铸机300、319x410 优碳钢、石油 /锅炉管、重轨、 中高碳钢BOF-LF+VD,TS 引进，武钢一炼钢5 流弧形方坯连铸 机200x200 、250x250 、250x280 弹簧钢、 硬线钢、 合金结构钢、重轨用钢、冷镦钢、 焊条钢BOF-LF+VD 引进， VAI 连续矫直，结晶器电磁搅拌(预留末端 )、结晶器液面控 制、液压振动、全水冷却新余钢铁厂电炉车间3 流 R9m 弧形方坯 连铸机150x150 、250x250 、180240 碳结钢、 优碳钢、 弹簧钢、 高碳钢、 碳工钢、轴承钢EAF-LF 国产，中冶连铸公司连续矫直，刚性引锭杆，结晶器电磁搅拌，结晶器液面控制，气雾冷却南昌钢铁公司电炉厂2 流 R9m 弧形方坯 连铸机120x120 、180x180 、200260 弹簧钢、 合结钢、 碳结钢EAF-LF 国产，中冶连铸公司刚性引锭杆，连续矫直，结晶器电磁搅拌，结晶器液面控制，气雾冷却3. 合金钢方坯连铸的技术特点3.1 机型选择从使用特性和加工工艺特点上讲，合金钢连铸坯的表面质量和内部质量比普碳钢要求高。合金钢种一般用于机械零件的重要部位，受力比较复杂，因此其机械性能要求要比普碳钢高。合金钢种的加工工艺也较普碳钢复杂，对合金钢连铸坯的表面质量和内部质量也有较高的要求。合金钢成分组成千差万别，其导热性、高温力学性能、凝固特点均存在很大差别，连铸易产生中心偏析、中心疏松、内部裂纹等质量问题。同时还存在导热性差、柱状晶发展倾向大、高温强度差、裂纹敏感等问题。这些特点决定了合金钢连铸工艺的复杂性和难度，也就导致了合金钢连铸机在工艺要求和设备装备上均与普碳钢连铸机有所区别。4 从机型上讲合金钢连铸机一般采用立式、立弯式或大半径弧形连铸机，立式或立弯式连铸机主要用于生产较大断面的大方坯，其工厂投资较高，通常较少使用；绝大部分连铸机为弧形连铸机，迄今最大基本弧形半径达16m 以上。3.2 主要设计要点3.2.1 钢水供应要求(1). 严格控制钢水成份，采用洁净钢水，尤其是对杂质元素的控制，如某厂轴承钢钢水 040。(2). 采用低过热度钢水，可以有效增加等轴晶、减轻铸坯中心偏析与中心疏松与缩孔等质量缺陷。(3). 降低钢包及中间罐内钢水浇注前、后的温度差，采用加盖、隔热保护及内衬预热等措施。3.2.2 防止钢水二次污染(1). 采用全程保护浇注工艺，防止钢水二次氧化与吸气。采用了钢包钢流保护套管及氩气密封装置；采用浸入式水口保护浇铸；钢包、中间罐及结晶器内钢水表面均应覆盖专用保护渣，起隔热、防止氧化、吸附夹杂物和润滑等功能。(2). 采 用 大 容 量 深 中 间 罐 。 工 作 液 面 深 度 不 低 于800mm ， 甚 至 超 过1000mm ；罐形多为“T”形，可增加钢包落点距离，便于设置挡渣墙或坝，保证罐内钢水温度均匀分布，增加钢水停留时间，便于夹杂物的上浮，同时防止钢包下渣污染。(3). 采用优质中间罐内衬材料，工作层采用碱性镁质（或镁钙质）喷涂料或绝热板，其具有耐高温烘烤、耐侵蚀、污染少等特点。对夹杂物含量要求高的钢种，宜采用镁质绝热板，其表面光滑，可杜绝细小耐材颗粒进入钢水。镁钙质内衬对钢水中的三氧化二铝夹杂具有一定的吸附作用。(4). 采用中间罐升降装置，便于采用内装式浸入式水口及水口区的操作。3.2.3 连铸质量保证措施(1). 采用结晶器电磁搅拌和/或末端电磁搅拌装置，改善铸坯的表面、内部质量。(2). 采用结晶器液面自动控制技术，实现恒拉速浇注操作，保证铸机生产的热态稳定性，提高铸坯质量与生产效率。(3). 采用合理冷却制度及二冷段设计方案，保证铸坯的良好冷却状态。(4). 采用二冷水流量及振动频率的实时自动调节技术。(5). 采用板簧振动或液压非正弦振动及高频小振幅振动技术。(6). 采用大弧形半径和连续矫直技术，避免矫直裂纹的发生。(7). 尽量采用刚性引锭杆，国内已应用到250x250铸坯断面， 可有效减少设备不对中对铸坯质量的影响。(8). 采用高效专用结晶器铜管，满足不同合金钢铸坯的收缩特性，提高5 冷却效率高