在现代钢铁工业中，连铸机是连接炼钢与轧钢的核心枢纽，通过将钢水连续铸造成钢坯，替代传统模铸的间歇性生产，是钢铁工业规模化发展的关键装备。本文从基础概念、技术演进到工业应用，系统解析连铸机知识体系。
一、基础概念：认识冶金整套连铸机
1.1 核心定义：什么是连铸机？
冶金整套连铸机（CCM）是将液态钢水连续铸造成固态钢坯（方坯、板坯等）的成套装备。相比模铸，其核心优势是连续性：可 24 小时生产，效率提升 3-5 倍，金属收得率提高 10%-15%。本质是 “强制冷却与凝固成型” 系统，为轧钢提供高质量原料坯。
1.2 核心构成：四大系统
（1）钢水浇注系统（起点）
- 钢包：80-300 吨容量，耐 1600℃高温；
- 中间包：稳流、控温、滤夹杂物；
- 塞棒 / 滑动水口：控流量，波动≤±5%。
（2）结晶器系统（心脏）
- 主流为铜管（方坯 / 圆坯）或铜板（板坯），铜合金内壁导热强（冷却强度 1000-3000W/(m²・K)）；
- 配振动装置：100-300 次 / 分钟，振幅 2-5mm，防坯壳粘连。
（3）二次冷却与拉矫系统（成型保障）
- 二次冷却：喷淋雾化水（压力 0.2-0.5MPa），将铸坯从 900-1000℃冷却至 800℃以下；
- 拉矫机：拉速 0.8-3.5m/min，矫直后弯曲度≤3mm/m。
（4）切割与输出系统（终点）
- 火焰切割机：适大断面，速度 0.5-2m/min；
- 飞剪机：适小断面，切割周期≤10 秒；
- 辊道输送：含缓冷坑（高合金钢去应力）。
1.3 工作原理：五步循环
- 钢水入钢包，吊运至回转台；
- 钢水经中间包过滤后分至 1-4 个结晶器；
- 结晶器内形成 10-30mm 坯壳，同步振动；
- 拉矫机拉出铸坯，二次冷却至全凝固并矫直；
- 切割机定尺（6-12 米），辊道输送至下一工序。
全程由 PLC/DCS 自动化控制。
二、技术演进：三代发展
2.1 第一代（1950s-1970s）：工业化起步
- 机型：立式 / 立弯式，拉速低（方坯≤1.5m/min，板坯≤0.8m/min）；
- 特点：手动控制，铸坯缺陷率高；
- 突破：1952 年德国首台工业立式连铸机，1960 年日本立弯式连铸机。
2.2 第二代（1980s-2000s）：高效化突破
- 机型：弧形连铸机（曲率半径 5-12 米），拉速提升（方坯 2-4m/min，板坯 1.5-3m/min）；
- 特点：液压振动结晶器、气雾冷却，配在线检测；
- 突破：1980 年多点矫直技术，1990 年动态轻压下技术，2000 年全球连铸比超 80%。
2.3 第三代（2010s - 至今）：智能化升级
- 特点：数字孪生（预控缺陷）、机器视觉（检测精度 0.1mm）、自适应控制，能耗降 15%-20%；
- 应用：产高附加值钢，合格率≥99.5%，部分实现无人化；
- 突破：2018 年宝武智能连铸系统（缺陷降 30%），2022 年蒂森克虏伯零排放连铸机。
三、工业应用：场景与价值
3.1 按钢种划分
（1）普通碳素钢 / 低合金钢
- 配置：多流弧形连铸机（6/8 流），拉速 2.5-4m/min；
- 案例：河北钢铁方坯连铸机，年产 150 万吨，产 150mm×150mm 建筑用坯。
（2）中高合金钢
- 配置：单 / 双流弧形机，配动态轻压下，拉速 1.5-2.5m/min；
- 案例：德国大众配套圆坯机，产 φ200mm 曲轴用坯，偏析度≤0.5%。
（3）特种钢
- 配置：立式 / 立弯式，配真空浇注、电磁搅拌，拉速 0.8-1.2m/min；
- 案例：太钢不锈钢板坯机，产 200mm×1500mm 304 坯，缺陷率＜0.1%。
3.2 按企业规模划分
- 小型钢厂（＜100 万吨 / 年）：单台双流方坯机，投资 5000-8000 万元，产 120-180mm 方坯；
- 中型钢厂（100-500 万吨 / 年）：2-3 台多流连铸机，兼顾板材 / 型材；
- 大型企业（＞500 万吨 / 年）：多台高效机 + 智能系统，如宝钢 4 台板坯机，单台年产 300 万吨。
3.3 工业价值
- 提效：生产周期从 8-12 小时缩至 1-2 小时，产能是模铸 5-10 倍；
- 提质：精准控凝固，减少缩孔、偏析等缺陷；
- 降本：金属收得率提升 + 能耗降低，单吨钢成本降 50-100 元。
四、挑战与未来趋势
4.1 现存挑战
- 高合金钢连铸易开裂，需优化冷却工艺；
- 智能化系统成本高，中小钢厂推广难；
- 环保要求趋严，废水废气处理压力大。
4.2 未来趋势
- 更智能：AI 全流程优化参数，机器视觉全覆盖检测；
- 更绿色：100% 余热回收，闭环水循环（零废水）；
- 更精准：电磁搅拌 + 动态轻压下升级，适配超纯净钢生产。
