連鑄設備國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

連鑄設備國外連續(xù)鑄造技術發(fā)展現(xiàn)狀

美國人亞瑟(B.Atha)和德國人達勒恩(R.M.Daelen)分別在1866年和1877年提出以水冷、底部敞口固定結晶器為特征的常規(guī)連鑄概念。1840年Sellers在美國申請了連續(xù)鑄錠鉛管的專利。1846年第一次出現(xiàn)了應用旋轉雙輥式水冷連鑄機制造出的鉛、錫、玻璃材質(zhì)薄板，與此同時有人提出移動結晶器和垂直澆注的設計構思。1910-1935年間，連鑄制造方法開始應用于銅和鋁等有色金屬鑄造，變頻和振動結晶器想法被瑞典人皮爾遜提出。值得注意的是德國人Junghans于1933年發(fā)明了立式帶振動結晶器的連鑄機并進行銅鋁合金澆鑄取得極大進步，大大的提高了連鑄生產(chǎn)澆鑄速度，為鋼鐵領域應用連鑄生產(chǎn)技術奠定了堅實的發(fā)展基礎。

40-50年代，首臺實驗用鋼液澆注連鑄機由德國人容漢斯(Junghans)設計建成。隨后相繼在美國、英國等國建成了中間性試驗連鑄機。與此同時英國人提出“負滑脫”概解決了高速澆鑄坯殼與結晶器粘結的問題。連續(xù)鑄造技術處在工業(yè)試驗層次，這些連鑄設備主要安裝應用于特殊鋼生產(chǎn)廠。整個50年代，連續(xù)鑄鋼年產(chǎn)量約為115萬連鑄比僅0.34%左右，連續(xù)鑄鋼技術整體處于工業(yè)入門階段。

60年代，連續(xù)鑄造技術開始大規(guī)模應用于鋼鐵制造廠，連鑄機行業(yè)最具革命性意義’的是弧形鑄機的誕生。這個突破是由德國曼內(nèi)斯曼公司通過把弧形結晶器連鑄機的設想付諸工業(yè)性試驗而獲得。從全球范圍來講，截止上世紀60年代末，連續(xù)鑄機總數(shù)接近200臺，連續(xù)鑄鋼的年產(chǎn)量超過2600萬t，連鑄設備總生產(chǎn)能力可達5000萬t 。

70年代，連續(xù)鑄造技術經(jīng)歷了兩次全球性能源危機，能源緊張的巨大壓力給連續(xù)鑄造行業(yè)帶來了巨大的發(fā)展契機，推動了連鑄設備逐漸開始普及。從世界范圍看，連續(xù)鑄鋼產(chǎn)量占鑄鋼總產(chǎn)量比例己超過60%，年產(chǎn)量將近2億t，連續(xù)鑄鋼年產(chǎn)量超過1970-年的8倍之多。

80-90年代，連續(xù)鑄造技術作為一種成熟的冶金鑄造技術被世界各國所采用，各個鋼鐵生產(chǎn)商也普遍建立了完善的教育、培訓和生產(chǎn)維護制度;在生產(chǎn)工藝方面，鋼包冶金工藝得到不斷的完善使得連鑄生產(chǎn)控制更加簡捷，結晶器自動調(diào)寬技術出現(xiàn)增加了鑄坯制造柔性，流式結晶器液面控制、漏鋼預報、中間包等離子加熱等技術的涌現(xiàn)進一步提高了連續(xù)鑄鋼鑄坯質(zhì)量和生產(chǎn)的自動化。90年代，連續(xù)鑄造技術又掀起了一場新的變革，許多新的連鑄技術被先后提出，部分已處于開發(fā)試生產(chǎn)階段。

進入21世紀后，連鑄制造工藝和連鑄設備都取得了很大飛躍。結晶器的改進，電磁攪拌技術的出現(xiàn)使得連鑄生產(chǎn)獲得質(zhì)地更均勻的鑄坯;電磁制動技術的應用，薄板坯連鑄，近終形連鑄的出現(xiàn)減少了產(chǎn)品生產(chǎn)流程降低了生產(chǎn)成本，中間包冶金，保護渣技術等方面采用新技術快速獲得高質(zhì)量、高強度鋼材，提高連鑄生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。

連鑄設備國內(nèi)連續(xù)鑄造技術發(fā)展現(xiàn)狀

我國連鑄技術研究起步發(fā)展也比較早，中國己經(jīng)成為鋼鐵生產(chǎn)大國。我過連鑄技術的發(fā)展從上世紀50年代開始，最典型的代表包括:重工業(yè)部鋼鐵綜合研究設計制造的圓坯半連鑄試驗裝置;上海鋼鐵建成一臺用于生產(chǎn)方坯的高架立式連鑄機;唐山鋼鐵廠設計制造并建成中國第一臺應用于工業(yè)生產(chǎn)的立式連鑄機。

60年代后，我國發(fā)展的連鑄機以立式連鑄機為主，整體上連鑄生產(chǎn)率還很低，而弧形連鑄技術的開發(fā)和使用則進入快速發(fā)展階段。整個70年代，我國連鑄生產(chǎn)技術水平因此遠遠落后于國外生產(chǎn)水平，我國連鑄的發(fā)展一度出現(xiàn)了落后和停滯。

80年代初期我國分別從西德施羅德引入了生產(chǎn)板坯的弧形連鑄機和用于生產(chǎn)小方坯的連鑄機設備。這些連鑄設備和連鑄技術的引進和消化吸收使得我國連鑄技術的水平得到了提升，促進了我國連鑄技術的發(fā)展和創(chuàng)新，有力的推動了我國連鑄技術的發(fā)展和進步。

90年代初，我國凌源鋼廠生產(chǎn)了中國第一臺用于生產(chǎn)方坯的連鑄機，值得注意的是該連鑄機的設計和生產(chǎn)采用了將近20項先進技術，性能優(yōu)良具有國際先進水平實現(xiàn)連鑄機第一次實現(xiàn)完全國產(chǎn)化。自90年代中期，“九五”重點攻關課題-連鑄機高效化改造課題的提出揭開了高效化連鑄改造的序幕。高效化連鑄改造突破性進展最早由廣鋼集團與連鑄技術國家工程研究中心合作取得，經(jīng)改造后的鑄機可生產(chǎn)無缺陷率在90%以上，鑄機作業(yè)率達85%以上，拉坯速度最高可達3 .7 m/min 。90年代末，我國連鑄機的發(fā)展進入高產(chǎn)出世界其中包括首都鋼廠順利的做到把小方坯連鑄機的拉坯速度提高到5 m/min以上，產(chǎn)量提高30%以上。

馬鞍山鋼鐵設計研究院在21世紀初開發(fā)了組合式弧形引錠桿拉坯、引錠桿存放裝置、雙輥摩擦驅(qū)動等連鑄新技術，并首次成功將新技術應用于錫鋼集團三機三流合金鋼方坯連鑄生產(chǎn)中，在全國范圍內(nèi)引起連鑄設備設計、制造業(yè)廣泛關注。我國己經(jīng)成功構建一套可生產(chǎn)鋼種多樣、齊全、成熟的連鑄工業(yè)制造體系。為止我國連鑄比達到99.8%，己基本實現(xiàn)了全連鑄鋼鐵生產(chǎn) 。

這種先進的鑄造技術因國內(nèi)外鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展而在國內(nèi)外得到普及。它可被應用于生產(chǎn)連續(xù)鑄鋼錠、有色金屬錠，連續(xù)鑄管等鋼材的生產(chǎn)。和普通鑄造過程相比較，連續(xù)鑄造制造過程具有很顯然的優(yōu)勢如下:

1、根據(jù)連續(xù)鑄造工業(yè)制造的原理優(yōu)勢可知，在整個制造過程中，熔融的液態(tài)金屬被結晶器、二次冷卻設備快速冷卻，形成微觀組織致密、均勻的鋼材，從微觀組織上提高機械性能。普通模鑄很難保證鑄件上部和下部組織均勻;

2、普通鑄造所必須的冒口在連續(xù)鑄造生產(chǎn)時成為非必須選項，保障生產(chǎn)的連續(xù)鑄錠質(zhì)量的均一性。不必像普通鑄鋼那樣軋制時切頭去尾，節(jié)約金屬，甚至可以提高鋼材生產(chǎn)的收得率至99%以上;

3、連鑄鑄造原理決定這種制造過程工序更簡單，除去了造型及其它造型準備工序，減小了生產(chǎn)占用土地面積，降低了勞動強度;

4、機械化和自動化生產(chǎn)模式很容易在連續(xù)鑄造生產(chǎn)中推行，大規(guī)模的連鑄生產(chǎn)保障產(chǎn)品質(zhì)量的均衡穩(wěn)定，直接把連軋生產(chǎn)無縫對接到連鑄生產(chǎn)線的末端組成連鑄連軋生產(chǎn)線。連鑄連軋使得鋼材的生產(chǎn)更為迅捷高效 。

連續(xù)鑄鋼技術的主要設備主要包括:鋼包、鋼包回轉臺、中間罐、結晶器、二次冷卻及導向裝置、結晶器振動裝置、拉矯機、引錠存放裝置、切割裝置、鑄坯運出裝置等。連鑄技術的生產(chǎn)工藝主要包括以下幾個過程。首先，將開采的鐵礦石放入煉鋼爐中進行燒結熔融變?yōu)橐簯B(tài)鋼水，調(diào)質(zhì)除去氮硫磷等工序形成滿足連續(xù)鑄造冶煉要求的鋼水，鋼包從高爐里取出鋼液并置于鋼包回轉臺上，經(jīng)鋼包回轉臺轉動使得鋼包置于中間包上方澆位;然后，打開鋼包底部滑門開關，將鋼水注入到中間包中，調(diào)節(jié)鋼水液位和對鋼水做中間包冶金處理:澆鑄開始，調(diào)節(jié)塞棒控制鋼水按照生產(chǎn)要求流速進入結晶器內(nèi)，在結晶器內(nèi)進行鋼液冷卻使得液流形成結殼形成鑄件，經(jīng)結晶器振動和二次冷卻裝置，使鋼水由外至內(nèi)逐步形成鑄坯;鑄坯經(jīng)拉矯機拉出并經(jīng)二冷短冷卻矯直形成凝固鑄坯;最后，鑄坯經(jīng)切割裝置切割形成特定長度的鑄件，經(jīng)過傳送裝置進行批量處理或直接進入連軋環(huán)節(jié)。經(jīng)過上述連鑄工藝過程，形成特定形狀和長度的鑄坯。根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)需要，部分鑄坯需經(jīng)加熱和扎制等工序，調(diào)節(jié)其組織成分和晶粒大小，使其變成符合特定力學性能要求的鋼材 。

生產(chǎn)鋼材，鐵、純鐵及鐵合金的工業(yè)被稱為鋼鐵工業(yè)，鋼鐵工業(yè)是一個工業(yè)化國家的基礎工業(yè)，鋼產(chǎn)量和質(zhì)量是衡量國家工業(yè)水平的指標。連鑄技術的出現(xiàn)及高速發(fā)展使得連續(xù)鑄鋼的生產(chǎn)具備生產(chǎn)流程短、能源消耗低、鑄造造成本低、生產(chǎn)率率高等特征。比普通鑄造生產(chǎn)技術優(yōu)勢明顯且易于自動化。

連鑄技術相對傳統(tǒng)的模鑄技術優(yōu)勢明顯。由于連鑄工藝產(chǎn)品收得率極高，易于實現(xiàn)工業(yè)自動化，勞動強度低等原因迅速獲得普及，但是現(xiàn)今鋼鐵產(chǎn)業(yè)日益過剩。時下互聯(lián)網(wǎng)技術高速發(fā)展，國家推出鋼鐵產(chǎn)業(yè)轉型升級及“互聯(lián)網(wǎng) ”戰(zhàn)略為克服地理距離障礙和日漸增人力成本，遠程監(jiān)控生產(chǎn)制造己經(jīng)被用于實際生產(chǎn)中，逐漸形成社會發(fā)展趨勢。

連續(xù)鑄造是將金屬融化成液體，然后把液態(tài)金屬澆入一套冷凝設備中，在金屬部分冷凝的情況下，從冷凝設備的另一段拉出某特定長度和形狀的鑄造件的制造過程。這是一種主流的鋼鐵成型方法。用于該制造流程的設備我們稱之為連鑄設備或連鑄機 。

隨著當前我國互聯(lián)網(wǎng)技術的高速發(fā)展，中國網(wǎng)絡的發(fā)展速度超過了世界上任何一個國家，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)空前繁榮，遠程控制和服務業(yè)也初露崢嶸。遠程控制這一塊的趨勢是一一先進的現(xiàn)代控制技術和圖形技術慢慢融入遠程控制軟硬件系統(tǒng)中，遠程控制正朝著簡單易用，實用便利、鏈接無縫、高質(zhì)保真、高性價比等方向發(fā)展，迅速融入了我們的生活。監(jiān)控技術信息傳輸方式由傳統(tǒng)的模擬信息傳輸快速發(fā)展到數(shù)字化、網(wǎng)絡化、信息化傳輸。以Internet技術，TCP/IP協(xié)議和WWW規(guī)范為基礎的遠程監(jiān)控系統(tǒng)逐漸發(fā)展為遠程監(jiān)控的主流趨勢。這類監(jiān)控設備以軟件架構為主要特征，使用者可以依據(jù)自己的身份權限和角色訪問服務器，獲取與自己權限相對應的監(jiān)控和管理內(nèi)容，排除超出權限操作導致監(jiān)控錯誤情形發(fā)生。就情況來看，由于ARM類單片機在的高速發(fā)展，遠程監(jiān)控開發(fā)朝著以嵌入式系統(tǒng)為硬件架構基礎的方向發(fā)展。嵌入式結構具備體積小、結構簡單，尤其是隨著智慧型手機的高速發(fā)展，嵌入式硬軟件系統(tǒng)具在處理器性能、本地化處理能力及互聯(lián)網(wǎng)遠程服務接入的獨立實現(xiàn)方面都取得了極大的提高，在監(jiān)控系統(tǒng)中引入嵌入式結構硬軟件極大的拓展了遠程監(jiān)控的范圍和遠程監(jiān)控的質(zhì)量。只有把監(jiān)控技術和最新科技緊密的結合起來用新技術促進監(jiān)控技術的發(fā)展才能更加便捷的實現(xiàn)遠程監(jiān)控，滿足新條件下對實時性要求更苛刻的挑戰(zhàn)。因此在監(jiān)控技術發(fā)展的道路上必須實時了解新技術動態(tài)，把最好最新的技術更快更好地應用到遠程監(jiān)控系統(tǒng)中來以滿足人們的多樣化需求 。

在連續(xù)鑄造制造設備上實現(xiàn)遠程監(jiān)控是一個比較復雜的過程。經(jīng)過對遠程控制方案進行了大量的遴選和調(diào)研，確定并設計出一套可應用于連鑄設備的嵌入式遠程控制系統(tǒng);進行了包括硬件系統(tǒng)和配套軟件系統(tǒng)最優(yōu)化選取、搭建和研究，構建一套基于ARM平臺的GPRS遠程監(jiān)控系統(tǒng);依據(jù)連鑄設備生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)要求進行了連鑄設備生產(chǎn)線WinCC組態(tài)監(jiān)控界面設計和網(wǎng)頁遠程監(jiān)控界面設計;搭建了用于支撐遠程控制控制數(shù)的控制參數(shù)數(shù)據(jù)庫，構建了實現(xiàn)底層設備與WEB控制頁面之間數(shù)據(jù)交換的驅(qū)動層，并對連鑄設備監(jiān)控系統(tǒng)性能從準確性、快速性和穩(wěn)定性方面進行測試和分析，基本實現(xiàn)連鑄設備遠程無線監(jiān)控遠程控制參數(shù)的瀏覽、查詢、修改、程序的遠程上下載功能要求。在研究和設計過程中取得了一些科研成果如下:

(1)對連鑄設備生產(chǎn)控制系統(tǒng)進行研究，分析控制設備硬件結構連接拓撲特征，依據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)協(xié)議，連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場和設計要求和監(jiān)控內(nèi)容，提出了遠程監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計方案。

(2)研究了連鑄設備遠程監(jiān)控系統(tǒng)功能總體設計，依次研究并進行了控制系統(tǒng)硬軟件搭建積累了豐富的實際動手經(jīng)驗，提高了系統(tǒng)整體設計能力，掌握了監(jiān)控數(shù)據(jù)的處理，Web服務器設計實現(xiàn)，建立控制數(shù)據(jù)庫和CGI與SQLite交互的實現(xiàn)方法。

(4)研究了WinCC和Web連鑄設備監(jiān)控界面的設計包括參數(shù)界面，動態(tài)圖形界面，趨勢界面和報警界面，建立了控制參數(shù)關系模型，控制參數(shù)數(shù)據(jù)表，驅(qū)動層進而建立了參數(shù)控制數(shù)據(jù)庫，詳細研究了初始化模塊，數(shù)據(jù)連接模塊和信息采集模塊的工作原理和運行過程。

(5)公司和學校工控中心之間搭建該遠程控制系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進行可行性、穩(wěn)定性、快速性、準確性測試分析，通過分別對比本地控制、遠程WinCC控制和網(wǎng)頁控制結果證實該設計基本滿足控制要求具備遠程實現(xiàn)連鑄設備控制需求 。2100433B

《連鑄設備及工藝》從連續(xù)鑄鋼的基本知識展開，介紹了連鑄設備及連鑄工藝方面的知識，主要內(nèi)容包括：連續(xù)鑄鋼概述、弧形連鑄機、鋼的結晶與連鑄坯的凝固、連鑄操作工藝、中間包冶金和保護澆注、連鑄坯質(zhì)量控制和薄板坯連鑄技術?！哆B鑄設備及工藝》由馮阿強主編，胡長喜、王政兵、李國彬參加編寫；董明君審稿。

連鑄割嘴是用于連鑄切割的專用割嘴，連鑄割炬的嘴頭部分，由此噴出切割氧流及預熱火焰的混合氣流。比普通割嘴大，可切割厚度厚，一般由割嘴體、割嘴芯、割嘴外殼組成。

連鑄割嘴的好壞直接決定切割質(zhì)量的好壞及切割割縫的大小、鋼材成本的節(jié)約，質(zhì)量好的連鑄割嘴正常情況下能用3個月，并且保證割縫，如150cm的鋼坯3mm割縫，質(zhì)量不好的連鑄割嘴用4天以后割縫就會越來越大，影響切割質(zhì)量，浪費鋼材。

使用神麒新型連鑄割嘴前后效果對比圖：（左：使用前；右：使用后）

轉爐生產(chǎn)出來的鋼水經(jīng)過精煉爐精煉以后，需要將鋼水鑄造成不同類型、不同規(guī)格的鋼坯。連鑄工段就是將精煉后的鋼水連續(xù)鑄造成鋼坯的生產(chǎn)工序，主要設備包括回轉臺、中間包，結晶器、拉矯機等。