第一篇：高品質連鑄坯生產工藝與裝備技術

高品質連鑄坯生產工藝與裝備技術

【摘要】 對生產這些高性能品種鋼的鑄坯母材質量及尺寸的要求也日益提高，集中體現為鑄坯表面的微缺陷化、鑄坯內部的高致密度與均質化以及斷面的大型化等特點。

研究背景

近十年來，隨著我國交通運輸、能源石化、海洋工程、重型機械、核電、軍工等國家重點行業與產業的快速發展，對高品質品種鋼的需求量大幅增加。與此同時，受用途和使用環境特殊性的影響，對鋼產品的質量、性能、尺寸規格等也提出了更高的要求。為此，對生產這些高性能品種鋼的鑄坯母材質量及尺寸的要求也日益提高，集中體現為鑄坯表面的微缺陷化、鑄坯內部的高致密度與均質化以及斷面的大型化等特點。

我國鋼鐵工業經過數十年的快速發展，整體技術與裝備水平均逐漸邁人世界先進行列。值得一提的是，經過近20年的引進、消化吸收與再創新，我國的連鑄技術與裝備水平更是獲得了長足的進步，實現了超過98%的連鑄比，是當前生產高品質品種鋼鑄坯母材最主要的工藝。受國家需求驅動，我國的品種鋼微合金化技術和大斷面連鑄坯生產技術與裝備更是得到了快速發展，合金體系涉及Nb、V、Ti、B、Ni等，已建成并投產的寬（特）厚板坯連鑄機生產線超過30條、大方坯連鑄機生產線20余條、?600mm以上大圓坯連鑄生產線20多條，產能超過1.2億噸，具備了生產高品質大規格品種鋼的能力。正是由于品種鋼微合金化技術進步以及上述寬／大斷面連鑄機的大規模投產及其技術進步，一定程度上緩解了我國長期以來依靠進口或使用鑄錠來滿足高品質品種鋼軋制需求的局面。

但與此同時，品種鋼連鑄生產過程面臨鑄坯裂紋頻發、內部質量不理想的困境，特別是隨著連鑄坯斷面的大型化，鑄坯缺陷所帶來的負面效應尤顯突出，已成為限制高品質品種鋼連鑄高效化生產的共性技術難題。

微合金品種鋼連鑄坯產生角部橫裂紋具有普遍性，開發有效且穩定的裂紋控制技術一直是國內外冶金工作者研究的熱點。目前，除了鋼水成分控制外，主要是圍繞連鑄工藝與裝備技術而展開，體現在以下幾個方面：1）優化連鑄坯二冷配水工藝，使連鑄坯通過鑄流矯直區時避開相應鋼種的第三脆性溫度區。該技術是目前控制微合金品種鋼連鑄板坯角部橫裂紋缺陷最常用的措施。其包括“熱行”和“冷行”兩條途徑，并以“熱行”路線最為普遍采用。然而，這兩條途徑均以降低連鑄機扇形段設備使用壽命為代價（“熱行”路線須大幅減少連鑄機矯直段前多個冷卻區的冷卻水量，常引發扇形段鑄輥表面保護渣與氧化鐵皮燒結物的黏結而降低鑄輥的使用壽命；“冷行”路線則將大幅增加鑄坯矯直應力，降低扇形段鑄輥軸承及軸承套的使用壽命），且無法從根本上消除連鑄坯角部橫裂紋產生。

2)使用大倒角結晶器技術。使用該技術可大幅提高鑄坯角部過矯直的溫度，實現鑄坯高塑性過矯直，從而有效控制微合金品種鋼連鑄坯角部裂紋產生。但該技術使用過程對連鑄生產工藝穩定性要求較高，同時也面臨倒角面附近區域易產生表面縱裂紋、結晶器銅板使用壽命低等問題。

3)實施鑄坯二冷足輥段與立彎段垂直區強冷卻控制技術，使連鑄坯表層生成一層具有較強抗裂紋能力的組織。但該技術需要在很小的控制窗口（足輥段與立彎段垂直區）內對鑄坯實施較大幅度的快速降溫與升溫控制。一方面，該控冷工藝實施復雜，且穩定性難以把握；另一方面，目前多數連鑄機的高溫區冷卻能力無法滿足鑄坯角部的降溫與升溫幅度。目前僅日本新日鐵住金與韓國浦項等國際先進鋼鐵企業成功應用該技術。

因此，結合微合金品種鋼凝固特點與連鑄坯鑄流溫度演工藝，使連鑄坯通過鑄流矯直區時避開相應鋼種的第三脆性溫度區。該技術是目前控制微合金品種鋼連鑄板坯角部橫裂紋缺陷最常用的措施。其包括“熱行”和“冷行”兩條途徑，并以“熱行”路線最為普遍采用。然而，這兩條途徑均以降低連鑄機扇形段設備使用壽命為代價（“熱行”路線須大幅減少連鑄機矯直段前多個冷卻區的冷卻水量，常引發扇形段鑄輥表面保護渣與氧化鐵皮燒結物的黏結而降低鑄輥的使用壽命；“冷行”路線則將大幅增加鑄坯矯直應力，降低扇形段鑄輥軸承及軸承套的使用壽命），且無法從根本上消除連鑄坯角部橫裂紋產生。

2)使用大倒角結晶器技術。使用該技術可大幅提高鑄坯角部過矯直的溫度，實現鑄坯高塑性過矯直，從而有效控制微合金品種鋼連鑄坯角部裂紋產生。但該技術使用過程對連鑄生產工藝穩定性要求較高，同時也面臨倒角面附近區域易產生表面縱裂紋、結晶器銅板使用壽命低等問題。

3)實施鑄坯二冷足輥段與立彎段垂直區強冷卻控制技術，使連鑄坯表層生成一層具有較強抗裂紋能力的組織。但該技術需要在很小的控制窗口（足輥段與立彎段垂直區）內對鑄坯實施較大幅度的快速降溫與升溫控制。一方面，該控冷工藝實施復雜，且穩定性難以把握；另一方面，目前多數連鑄機的高溫區冷卻能力無法滿足鑄坯角部的降溫與升溫幅度。目前僅日本新日鐵住金與韓國浦項等國際先進鋼鐵企業成功應用該技術。

因此，結合微合金品種鋼凝固特點與連鑄坯鑄流溫度演變規律，深入研究微合金品種鋼連鑄坯裂紋產生的本質原因，開發可實現鑄坯表層組織強化、從根本上消除裂紋產生的微合金品種鋼連鑄坯角部橫裂紋控制技術成為關鍵。

連鑄坯中心偏析與疏松是由于鑄坯凝固過程中鋼液選分結晶特性和凝固收縮特性所導致的固有缺陷，嚴重影響最終鋼產品的質量和使用壽命，制約著高端品種鋼的生產。在現有技術條件下，主要依靠優化連鑄坯二冷工藝并對連鑄坯施加外場作用（凝固末端壓下、末端電磁攪拌），以解決鑄坯內部偏析與疏松問題。這些技術對于較小斷面或常規斷面連鑄坯生產較為有效，而對于寬（特）厚板坯、大方（圓）坯等寬／大斷面連鑄坯而言，其澆鑄速度較低、冷卻強度較弱，鑄坯凝固速率大大降低，同時隨著斷面的增寬加厚，其內部冷卻條件明顯惡化，凝固組織中柱狀晶發達，枝晶間富含溶質偏析元素的殘余鋼液流動趨于平衡，導致鑄坯偏析、疏松和縮孔缺陷愈加嚴重。使用常規技術手段，尚無法有效實現寬／大斷面連鑄坯的高致密、均質化生產，具體原因主要體現在以下幾個方面。

1)由于鑄坯加厚引起的變形抗力與變形量增大，鑄坯增寬引起的溶質非均勻擴散與分布趨勢加劇，傳統的輕壓下工藝已無法有效、穩定控制液芯變形，從而無法實現凝固末端擠壓排除富集溶質的鋼液和有效補償凝固收縮的目的。

2)近年來研究者提出了以日本住友金屬CPSS等為代表的大壓下技術，即通過增大凝固終點的壓下量達到消除中心偏析與疏松、提高鑄坯致密度的目的。然而，在大壓下量實施過程中，兩相區坯殼變形、凝固傳熱、溶質微觀偏析、溶質宏觀擴散、裂紋擴展等行為更加復雜多變，各行為之間的相互影響作用愈加突顯，目前現有研究方法與傳統輕壓下工藝理論已難以指導壓下參數設計，只能依靠反復的工業試驗進行不斷的優化和調試，從而嚴重制約壓下工藝的實施效果和穩定性。

3)連鑄坯凝固末端電磁攪拌技術。該技術實施需依靠準確的攪拌工藝為基礎。目前由于對大斷面連鑄坯凝固行為認識不充分，無法準確描述非穩定凝固條件下的鑄坯兩相區凝固、流動和溶質傳輸行為。與此同時，隨著坯殼厚度的增加，目前電磁攪拌能力與攪拌模式不足以驅動鋼液的流動，從而嚴重影響連鑄坯偏析和疏松的控制效果與穩定性。

為此，針對當前鋼產品結構不斷升級、產品質量要求不斷提高的形勢，開發高致密度、均質化的寬（特）厚板坯、大斷面方（圓）坯連鑄生產新工藝與裝備技術顯得十分重要而迫切。

東北大學朱苗勇教授及其研究團隊長期圍繞高品質連鑄坯生產工藝與裝備技術開展研究，先后承擔和完成了國家杰出青年科學基金、國家科技支撐計劃、國家技術創新計劃以及企業重大合作開發等數十項課題，授權國家發明專利30余項，獲省部級科技獎勵7項。在連鑄坯裂紋控制方面，研究團隊通過近年的研究，揭示了產生微合金品種鋼連鑄坯表面裂紋的本質機理，開發形成了有效消除微合金品種鋼連鑄坯角部裂紋的全曲面錐度結晶器與鑄坯二冷高溫區表層組織控冷相結合的裂紋控制裝備與工藝技術。在連鑄坯偏析與疏松控制方面，研究團隊自2003年起就從事鑄坯凝固末端壓下工藝與裝備技術研發工作，提出了確定壓下工藝關鍵參數的理論模型，開發了核心工藝控制模型與系統，并率先實現了板坯、大方坯凝固末端工藝控制技術的國產化研發與應用，并在寶鋼梅山、攀鋼、天鋼、湘鋼、漣鋼、首鋼、邢鋼等十余家企業推廣應用。目前，針對高品質大斷面連鑄坯生產，研究團隊進行了鑄坯凝固末端重壓下技術研究與開發，并率先在大方坯連鑄機實施了應用，取得了良好的應用效果。關鍵共性技術內容

2.1 微合金鋼連鑄坯表面質量控制工藝與裝備技術

微合金品種鋼連鑄坯凝固過程中，鋼中的Nb、V、Ti以及B等微合金元素極易與鋼中的C、N等元素結合，生成碳化物、氮化物以及碳氮化物。受傳統連鑄生產過程鑄坯初凝行為及控冷工藝的限制，這些微合金碳氮化物主要以鏈狀形式于鑄坯角部表層組織晶界大量析出，從而極大弱化了其晶界的強度；與此同時，鑄坯在后續凝固過程中，同樣受不合理冷卻模式的影響，膜狀或網狀先共析鐵素體優先在鑄坯角部奧氏體晶界生成。受奧氏體與鐵素體軟硬相間應力分配作用（鐵素體強度僅約為奧氏體強度1/4），鑄坯在彎曲和矯直過程的應力極易在晶界鐵素體組織內集中。受這些因素共同作用，微合金品種鋼的連鑄坯角部頻繁發生微橫裂紋缺陷。基于該本質機理，要控制裂紋的產生，關鍵是要消除微合金碳氮化物以及先共析鐵素體膜在奧氏體晶界的形成。為此，需進行如下關鍵技術研究。

1)不同微合金種類及成分下碳氮化物析出行為研究。不同種類微合金元素與鋼中C、N元素的結合能力不同，且析出物的晶界與晶內析出溫度、析出種類均不盡相同。需根據鋼中微合金元素的種類、鋼的成分，建立不同成分體系及含量下微合金碳氮化物在不同鋼組織相（奧氏體與鐵素體）及位置（晶內、晶界）的析出熱力學與動力學模型，明確與成分體系相對應的微合金元素碳氮化物在不同鋼組織相及其不同位置的析出溫度區及析出控制動力學條件。

2)初凝坯殼角部快冷卻細晶化控制技術開發。研究結晶器內初凝坯殼凝固熱／力學行為，設計最佳的全曲面錐度結晶器銅板補償量與冷卻結構，并揭示不同錐度補償量和冷卻結構下坯殼角部熱歷程與晶粒生長規律，為開發有效實施結晶器內鑄坯角部超快冷卻、細化晶粒的全曲面錐度結晶器技術與工藝提供設計參數指導，確保鑄坯角部一次凝固形成細小的奧氏體晶粒，并大幅降低鑄坯角部溫度，也減輕了連鑄二冷高溫區為強化鑄坯表層的組織而進行控冷的負擔。同時，通過鑄坯角部在初凝期的快速冷卻，抑制微合金碳氮化物在其奧氏體晶界生成。

3)鑄坯二冷高溫區表層組織強化控冷裝備與工藝技術開發。基于全曲面錐度結晶器技術，揭示鑄坯二冷足輥段與立彎段溫度演變規律，開發確保鑄坯角部局部快速冷卻、大回溫強化鑄坯二冷高溫區表層組織的智能控冷噴淋裝置與配水工藝，實現鑄坯表層組織的進一步細化。與此同時，通過鑄坯高溫區角部局部快速冷卻，進一步抑制鑄坯晶界碳氮化物與先共析鐵素體膜生成，有效實現鑄坯角部表層組織自身強化。

4)微合金品種鋼鑄坯表面裂紋控制技術的工業實施。結合企業微合金品種鋼成分體系、連鑄機裝備特點、鑄坯在鑄流內的溫度演變規律，開發長壽命、可在線調寬、穩定化的全曲面錐度結晶器及其角部快速冷卻工藝、鑄坯鑄流高溫區角部表層組織強化的智能控冷裝備與工藝，實現高品質微合金品種鋼的高效化、穩定化生產。2.2 高致密度、均質化寬／大斷面連鑄坯生產工藝與裝備

針對寬／大斷面連鑄坯生產，采用傳統動態二冷配水優化工藝、鑄坯凝固末端動態輕壓下技術，較難實現其高致密度、均質化生產。而解決該技術難題最為行之有效的方法是協同采用鑄坯凝固末端重壓下技術與鑄坯凝固末端電磁攪拌技術。然而，由于難以準確描述大壓下量實施過程中輥壓力、熱應力、矯直力、拉坯阻力等內外力共同作用下的凝固坯殼與兩相區的動態變形行為，及其與溶質宏微觀偏析、溶質宏觀擴散、裂紋擴展之間的相互作用關系，嚴重制約了凝固末端重壓下工藝的實施可靠性與穩定性。同時，由于暫無法準確描述非穩定凝固條件下的鑄坯兩相區凝固、流動和溶質傳輸行為，無法實現大斷面連鑄坯凝固末端電磁攪拌工藝的穩定投用。因此，需要從理論研究、工藝開發、裝備控制技術開發等幾方面開展研究工作，真正解決凝固末端重壓下工藝的關鍵技術難點，實現該工藝的穩定、有效投用。1)工藝理論研究方面：建立兩相區變形與溶質偏析宏微觀多尺度多場耦合計算模擬，實現坯殼變形、凝固傳熱、溶質宏觀傳輸、溶質微觀偏析與相變的順序耦合計算。全面考慮寬／大斷面連鑄坯生產過程傳熱、流動和凝固現象，進而研究連鑄工藝參數和外場（重壓下、電磁攪拌、鼓肚力等）作用下寬／大斷面連鑄坯坯殼與兩相區變形行為。與此同時，建立考慮固相演變移動、夾雜物析出與多元合金交互作用的微觀組織模型，揭示寬／大斷面連鑄坯凝固組織演變機理，全面解釋重壓下工藝與電磁攪拌工藝對寬／大斷面連鑄坯中心偏析與疏松的改善效果，以及凝固組織的均質化控制效果。

2)工藝控制技術開發方面：合理、有效的工藝控制技術是實施重壓下工藝的關鍵。在理論研究酌基礎上，針對寬（特）厚板坯／，大斷面方（圓）坯連鑄機的具體特點，系統研究并開發形成一系列適用于寬／大斷面連鑄坯的凝固末端壓下工藝控制技術模型，如基于扇形段／拉矯機壓力實時反饋的凝固末端檢測技術；消除寬／特厚板連鑄坯非均勻凝固導致橫截面距窄面1/8-1/4區域中心偏析與疏松的寬／特厚板壓下區間控制技術；基于凝固補縮原理與坯殼變形量在線檢測的壓下率／壓下量參數在線控制技術；確保鑄坯在拉坯方向與寬向上溫度的平滑、合理過渡的多維動態冷卻控制技術；用于有效混勻兩相區溶質偏析鋼液、提高等軸晶率的凝固末端電磁攪拌技術；為避免壓下工藝調整過程中鑄坯寬展不均而導致“楔型坯”的鑄坯寬度的均勻調控工藝等。

3)裝備控制技術開發方面：穩定、準確的裝備控制技術是實現凝固末端重壓下工藝的保障。針對寬（特）厚板、大斷面方（圓）坯連鑄機的具體特點，開發以熱坯作為量尺的輥縫在線標定技術，消除高溫與扇形段／拉矯機結構變形所引起的輥縫誤差，同時實現生產過程中輥縫的在線標定；開發有效控制鑄坯延展變形，提高表面壓下量向固液界面傳遞效率的“堆鋼”壓下控制技術，顯著提高工藝實施效果；開發漸變曲率凸型輥壓下技術，實現對鑄坯液芯的有效擠壓，在提高壓下效率的同時降低鑄坯表面裂紋發生率；基于全曲面錐度結晶器／全曲面斜倒角結晶器，降低壓下過程已凝固坯殼的變形抗力，保證液芯的有效壓下。研究技術路線與實施方案

3.1 微合金鋼連鑄坯表面裂紋控制研究

1)利用數值模擬計算與在線測溫相結合技術，研究鑄坯在結晶器內與二冷鑄流內的凝固熱／力學行為，為全曲面錐度結晶器技術開發與鑄坯二冷高溫區表層組織強化控冷裝備與工藝開發提供理論基礎。

2)建立不同類型析出物在不同鋼組織相及其位置的析出熱力學與動力學理論模型，并結合重熔凝固技術、透射電鏡等檢測手段，揭示鑄坯不同冷卻熱歷程下、不同鋼組織相及位置微合金碳氮化物析出行為規律，確定具體成分微合金品種鋼連鑄坯晶界析出控制的關鍵參數；基于鑄坯二冷溫度場演變規律，揭示連鑄坯角部不同熱歷程與微合金碳氮化物析出行為下組織晶內與晶界的相變行為及演變規律，綜合開發有效抑制晶界膜狀或網狀先共析鐵素體生成的連鑄二冷配水工藝提供依據。3)基于上述研究，結合現場實際工況，研究開發連鑄坯表層組織控制的微合金品種鋼角部橫裂紋控制的全曲面錐度結晶器工藝與裝備技術、鑄坯二冷高溫區表層組織強化控冷工藝與裝備技術，集成開發從根本上強化鑄坯表層組織的微合金品種鋼連鑄坯角部橫裂紋控制技術。

3.2 寬／大斷面連鑄坯偏析疏松控制研究

受連鑄坯生產過程高溫特點以及凝固復雜性限制，目前尚無法定量描述鑄坯凝固末端壓下過程中坯殼變形對溶質偏析元素再分配行為的影響規律，限制了工藝的應用效果。對于寬（特）厚板連鑄坯、大斷面方（圓）坯而言，受其斷面增加影響，鑄坯凝固末端施加較大壓下量（率）所引起的兩相區的坯殼變形、鋼液流動、溶質偏析和裂紋擴展等現象更為復雜，涉及現代冶金學、冶金反應工程學、材料力學、控制工程等多學科理論與研究方法，需要理論研究與模擬計算、高溫物理模擬研究與現場試驗研究緊密結合。

凝固末端重壓下工藝開發方面，以數值仿真為主要研究手段，并采用試驗研究和物理模擬方法對仿真結果進行校驗，準確描述超大規格連鑄坯凝固末端壓下過程鑄坯變形行為、溶質偏析行為以及內裂紋。產生與擴展規律，最終開發形成寬／大斷面連鑄坯凝固末端壓下工藝。物理模擬研究主要涉及鑄坯高溫物性參數測定，同時模擬具體條件下鑄坯凝固前沿冷速、溫度和受力條件，為數值仿真計算提供必要的建模數據和校驗數據。最終，結合現場試驗，全面驗證凝固末端重壓下工藝的合理性。

階段研究進展

在微合金品種鋼連鑄坯表面裂紋控制方面，現已成功開發出全曲面錐度結晶器技術、鑄坯二冷高溫區表層組織強化控冷裝備與工藝技術。部分技術先后在天鋼、寶鋼梅鋼、建龍鋼鐵等企業投入應用，穩定實現了含Nb與含B微合金品種鋼板坯表面無缺陷率達99%以上，效果顯著。在高致密度、均質化寬／大斷面連鑄坯生產技術方面，已開發形成寬厚板坯凝固末端非均勻壓下技術，并在鑄坯凝固末端重壓下工藝的核心工藝與裝備控制技術方面取得重要突破，順利開發出扇形段輥縫在線標定技術、基于拉矯機壓力實時反饋的凝固末端檢測技術、輥縫在線標定技術、“堆鋼”壓下控制技術、壓下率／壓下量參數在線控制技術、非均勻凝固末端壓下控制技術等重壓下關鍵技術。目前上述技術已經天鋼寬厚板連鑄機、大連特鋼大方坯連鑄機投用。所開發的寬厚板坯非均勻凝固末端壓下技術在天鋼投用后，有效解決了寬厚板連鑄坯橫向1/4區域偏析嚴重’的技術難題，生產高強船板鋼、合金結構鋼寬厚板連鑄坯中心偏析≤C級1.O比例達到96%以上，中心疏松≤1.0級比例達到100%。所開發的重壓下技術確保了大連特鋼軸承鋼GCr15、礦山鋼572C、礦山鋼LTB-6等高碳合金鋼連鑄坯及軋材質量改善明顯，其中軋制棒材中心疏松從2.0-2.5級降至1.5級以內。使用重壓下技術前后軋材低倍質量對比照片如圖1所示。

研究計劃

在上述原有相關技術研究與開發基礎上，計劃使用4年時間完成高品質連鑄坯生產工藝與裝備技術開發。

◆2014年，完成全曲面錐度結晶器現場檢驗并開發出鑄坯二冷高溫區表層組織強化控冷裝備與工藝技術，初步集成開發出有效控制微合金品種鋼板坯角部裂紋新技術；獲得重工藝、設備參數對鑄坯變形行為的影響，開發大斷面連鑄方坯凝固末端重壓下工藝方案并進行初步現場試驗研究。

◆2015年，微合金品種鋼鑄坯表面裂紋控制裝備與工藝集成技術在2家以上企業得到應用，解決全曲面錐度結晶器技術實際應用所面臨的多鋼種和在線調寬等問題，實現企業含Nb、B等寬厚板坯微合金鋼的角部橫裂紋率≤1.0%，表面無清理率≥99.5%；進一步完善大斷面方坯連鑄坯末端重壓下關鍵工藝與裝備控制技術，研究形成避免寬（特）厚板、大斷面方（圓）坯凝固末端壓下實施過程中內裂紋形成及擴展的重壓下限定準則，并在2家企業得到應用。

◆2016年，全面推廣微合金品種鋼表面質量控制技術；在寬／特厚板生產企業應用實施寬／特厚板連鑄坯凝固末端重壓下工藝方案，實現典型品種鋼連鑄坯偏析和疏松的有效控制。

◆2017年，進一步完善理論、工藝與控制技術研究體系，在國內3家以上企業推廣大斷面方坯、寬／特厚板坯凝固末端重壓下工藝與控制技術，全面提高鑄坯致密度與均質化。預期效果

通過上述高品質連鑄坯生產工藝與裝備技術開發，有望實現從根本上消除微合金品種鋼連鑄坯角部表面橫裂紋頻發現狀，實現我國微合金品種鋼連鑄坯的表面無缺陷化生產的目標。通過鑄坯凝固末端重壓下技術開發，有望最終開發形成具有自主知識產權的寬／大斷面連鑄坯凝固末端重壓下技術，全面實現高強工程機械用鋼、高強橋梁鋼、高強船板鋼、高級別管線鋼、新一代重軌鋼與火車車軸鋼等高附加值鋼種的高致密度、均質化連鑄坯生產，全面解決寬／大斷面連鑄坯中心偏析與疏松及內裂紋缺陷嚴重的共性技術難題。

第二篇：異形坯連鑄技術的最新進展

異形坯連鑄技術的最新進展

由于異形坯連鑄技術將煉鋼、精煉、異形坯連鑄機和軋機緊湊式布置，形成鋼梁生產新工藝(CBP)而迅速發展。該工藝將異形坯直接熱裝入加熱爐，與傳統方坯冷裝相比∶

(1)投資減少約30%；

(2)能耗降低50%~60%；

(3)從廢鋼到成品鋼梁生產總時間減少90%；

(4)生產率提高15%；

(5)金屬收得率提高1.5%；

(6)不需要中間倉庫；

(7)節約人工費用；

(8)降低操作和維修費用。

異形坯連鑄技術主要是鋼梁異形坯連鑄和緊湊式鋼梁生產線。1968年，加拿大阿爾戈馬

公司異形坯連鑄機投入商業性生產，美國紐柯-大和公司、日本東京鋼公司、共英鋼公司、盧森堡Thoringen鋼廠等也先后建成生產線。2002年，美國動力鋼公司新建電爐煉鋼車間(內設一臺150噸電爐，2臺鋼包爐，1臺三流鋼梁異形坯/大方坯連鑄機)投產，并與現有鋼梁軋機連接，形成年產能力120萬噸CBP生產線。美國紐柯公司最近也投產了一座CBP短流程廠。此外，美國Ameristeel廠和西班牙CELSA廠最近也投產了多功能組合式連鑄機(除鋼梁異形坯外，大方坯和小方坯兼用)。目前，全世界已建成CBP生產線約50條。

中國異形坯連鑄以H型鋼生產線為主，其中馬鞍山鋼鐵公司和萊陽鋼鐵公司設備較先進。馬鞍山鋼鐵公司目前擁有大和中小型異形坯生產線兩條∶1998年投產的大型H型鋼機組，年產能為100萬噸高附加值H型鋼；2005年投產的中小型H型鋼機組，年產能為50萬噸高附加值H型鋼。其中耐火鋼用作高層住宅樓的鋼梁、火車用耐侯H型鋼，并且開發了符合美國API標準的SM490YB熱軋H型鋼，實現了海洋石油平臺用熱軋H型鋼的國產化，正在開發汽車大梁、建筑抗震以及輕型薄壁專用H型鋼。萊陽鋼鐵公司目前擁有大、中、小型三條型鋼生產線，主要設備從德國引進∶分別是在2005年、1998年和2002年投產。連鑄采用異形坯熱送熱裝技術，軋機采用CCS技術、XH軋制方法及CRS矯直機矯直技術，全線計算機控制，實現從裝料到成品發貨的全程自動化生產。

異形坯連鑄技術是連鑄領域的前沿技術，世界各國應為降低生產成本、提高產品競爭力而加快研究步伐。

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第三篇：連鑄坯質量考核制度

連鑄鋼坯質量考核制度

為了加強連鑄坯質量管理，確保下道工序正常生產，結合實際生產需要，現制定連鑄坯質量考核制度：

1、鋼坯五大元素的控制，應嚴格按照公司內控標準執行，五大元素超出內控標準的，考核煉鋼廠1000元/項。

2、連鑄坯長度允許偏差為+80mm，超出該范圍考核煉鋼廠100元/根。

3、連鑄坯邊長允許偏差為±5mm,超出該范圍考核煉鋼廠100元/根。

4、連鑄坯兩對角線之差應≤10mm，超出該范圍則判定為脫方，脫方鋼坯考核煉鋼廠500元/根。

5、連鑄坯切斜應≤12mm，超出該范圍考核煉鋼廠200元/根。

6、連鑄坯鼓肚應≤5mm，超出該范圍考核煉鋼廠200元/根。

7、連鑄坯彎曲度不得大于20mm/m，總彎曲度不得大于總長度的2%，超出該范圍考核煉鋼廠200元/根。

8、連鑄坯表面不得有目視可見的重接、翻皮、結疤、夾雜，一經發現，考核煉鋼廠500元/根。

9、連鑄坯不得有深度或高度大于3mm的劃痕、壓痕、擦傷、氣孔、皺紋、冷濺、凸塊、凹坑（包括由于手工切割造成連鑄坯端部不平整、凸塊、凹坑、裂痕），一經發現，考核煉鋼廠200元/根。

10、連鑄坯端面不允許有中心偏析產生的黑點、縮孔、裂紋及皮下氣泡（允許有5個以下氣泡），一經發現，考核煉鋼廠500元/根。

11、連鑄坯應按爐組批發運并噴寫爐批號，隨爐號跟蹤卡一同發送到下道工序，此三項若不能按要求執行，考核煉鋼廠200元/項。

以上連鑄坯質量問題一經發現需及時整改，如流轉到下道工序則按照上述制度考核，同時按廢坯退回煉鋼;如發現弄虛作假，對責任單位考核2000元/次。

技術中心

2014年7月29日

第四篇：連鑄生產工藝的發展

連鑄生產工藝的發展

近年來，我國經濟的快速增長，特別是工業和基本建設的加速，促進了鋼鐵工業的發展。我國已成為世界上鋼鐵消費和鋼鐵生產大國，粗鋼產量和消費量占世界總量的比例分別由1992年的11.2%和11.9%躍升到2002年的20.1%和25.8%，2002年鋼產量達到1.82億t。由于連鑄技術具有顯著的高生產效率、高成材率、高質量和低成本的優點，近二三十年已得到了迅速發展，目前世界上大多數產鋼國家的連鑄比超過90%。

連鑄技術對鋼鐵工業生產流程的變革、產品質量的提高和結構優化等方面起了革命性的作用。我國自1996年成為世界第一產鋼大國以來，連鑄比逐年增加，2003年上半年連鑄比已經達到了94.65%。

連鑄即為連續鑄鋼（英文，Continuous Steel Casting）的簡稱。在鋼鐵廠生產各類鋼鐵產品過程中，使用鋼水凝固成型有兩種方法：傳統的模鑄法和連續鑄鋼法。而在二十世紀五十年代在歐美國家出現的連鑄技術是一項把鋼水直接澆注成形的先進技術。與傳統方法相比，連鑄技術具有大幅提高金屬收得率和鑄坯質量，節約能源等顯著優勢。從上世紀八十年代，連鑄技術作為主導技術逐步完善，并在世界各地主要產鋼國得到大幅應用，到了上世紀九十年代初，世界各主要產鋼國已經實現了90％以上的連鑄比。中國則在改革開放后才真正開始了對國外連鑄技術的消化和移植；到九十年代初中國的連鑄比僅為30％。

連續鑄鋼的具體流程為：鋼水不斷地通過水冷結晶器，凝成硬殼后從結晶器下方出口連續拉出，經噴水冷卻，全部凝固后切成坯料的鑄造工藝過程。統計數字顯示，2002年我國連鑄比為93.7%，2003年上半年全國連鑄比達到94.65%，已超過了世界8970%平均連鑄比的水平；我國連鑄比已達到發達國家的水平，連鑄比將要達到飽和狀態。全球已建成54流連鑄－連軋生產線，年生產能力為5500萬t；我國已建和在建13流生產線，年生產能力達到1400萬t（見表2），占全球總產量的1/4；中國CSP鋼產量（1050萬t）與美國CSP產量（1000萬t）相當。

提高連鑄機拉速 連鑄機拉速的提高受出結晶器坯殼厚度、液相穴長度（冶金長度）、二次冷卻強度等因素的限制。要針對連鑄機的不同情況，對連鑄機進行高效化改造。小方坯連鑄機高效化改造的核心就是提高拉速。拉速提高后，為了保證出結晶器坯殼不漏鋼，其核心技術就是優化結晶器錐度，開發新型結晶器，包括：Concast的凸模結晶器（CONVEX MOLD）；Danieli自適應結晶器（DANAM）；VAI的鉆石結晶器（DIAMOLD）；Paul Wurth的多錐度結晶器。雖然結晶器名稱不相同，但其實質就是使結晶器錐度與坯殼收縮相一致，不致于產生氣隙而減慢傳熱，影響坯殼均勻性生長。小方坯鑄機拉速的提高，表現為單流產量的提高。從世界連鑄發展的歷程來看，20世紀70、80、90年代連鑄機的單流年產量分別為5～6、8～10、15～16萬t。

我國鋼材生產結構是長型材較多，板材比較低（約40%），反映在連鑄機建設上是中小型鋼廠建設小方坯連鑄機較多。據統計，我國共建小方坯連鑄機280臺978流，年產量近6000萬t，平均單流年產量約為6萬t。與國外比較，連鑄機生產率還較低。為提高連鑄機生產率，從20世紀90年代以來，我國對舊有小方坯連鑄機進行了高效化改造，如120mm×120mm方坯拉速由2.0m/min提高到3.0～4.0m/min，150mm×150mm方坯拉速由1.5m/min提高到2.5～3.0m/min。目前，我國不少鋼廠的小方坯連鑄機經過高效化改造后，單流年產量已達到15～20萬t的國際水平。

板坯連鑄機拉速的水平目前板坯厚度為200～250mm的拉速在1.6～2.0m/min左右，單流年產量達到200萬t。如果說提高拉速是小方坯連鑄機高效化的核心，那么板坯連鑄機高效化的核心就是提高連鑄機作業率。這是因為板坯連鑄機的拉速受爐機匹配條件及鑄機本身冶金長度的限制不可能有較大的變化，以及由于過高拉速所造成的漏鋼危害，對板坯連鑄機的影響遠遠高于小方坯連鑄機。從原則上講，連鑄機提高拉速措施有：結晶器優化技術；結晶器液面波動檢測控制技術；結晶器振動技術；結晶器保護渣技術；鑄坯出結晶器后的支掌技術；二冷強化冷卻技術；鑄坯矯直技術；過程自動化控制技術。拉速提高了，鑄坯內部疏松、偏析缺陷加重，夾雜物增加。高拉速與高質量是相互矛盾的，因此應根據鋼種和產品用途，采取相應的技術措施，把高拉速和高質量的矛盾統一起來，以獲得最佳經濟效益。國外有不少鋼廠板坯連鑄機拉速不高，而單流產量卻很高，如美國A.K.Ashland鋼廠的板坯鑄機，澆240mm×1160～1750mm板坯，工作拉速為1.78m/min，單流年產量達到220萬t，連鑄機有鋼作業率為98%。這說明對板坯連鑄機高效化改造核心不是提高拉速，而是要設法提高鑄機作業率以提高

連鑄機的生產率。

提高連鑄機作業率的技術有：

（1）長時間澆注多爐連澆技術：異鋼種多爐連澆；快速更換長水口；在線調寬；結晶器在線快速調厚度（只需25～30min）；在線更換結晶器（小方坯）；中間包熱循環使用技術；防止浸入式水口堵塞技術。

（2）長時間澆注連鑄機設備長壽命技術：長壽命結晶器，每次鍍層的澆鋼量為20～30萬t；長壽命的扇形段,上部扇形段每次維修的澆鋼量100萬t,下部扇形段每次維修的澆鋼量300～400萬t。

（3）防漏鋼的穩定化操作技術：結晶器防漏鋼預報系統；結晶器漏鋼報警系統；結晶器熱狀態運行檢測系統。

（4）縮短非澆注時間維護操作技術：上裝引錠桿；扇形段自動調寬和調厚技術；鑄機設備的快速更換技術；采用各種自動檢測裝置；連鑄機設備自動控制水平。

提高板坯連鑄機設備堅固性、可靠性和自動化水平，達到長時間的無故障在線作業，是提高板坯連鑄機作業率水平的關鍵。連鑄坯的質量概念包括：鑄坯潔凈度（鋼中非金屬夾雜物數量，類型，尺寸，分布，形態）；鑄坯表面缺陷（縱裂紋，橫裂紋，星形裂紋，夾渣）；鑄坯內部缺陷（中間裂紋，角部裂紋，中心線裂紋，疏松，縮孔，偏析）。連鑄坯質量控制戰略是：鑄坯潔凈度決定于鋼水進入結晶器之前的各工序；鑄坯表面質量決定于鋼水在結晶器的凝固過程；鑄坯內部質量決定于鋼水在二冷區的凝固過程。提高鑄坯表面質量的控制技術 鑄坯表面質量好壞是熱送熱裝和直接軋制的前提條件。鑄坯表面缺陷的產生主要決定于鋼水在結晶器的凝固過程。要清除鑄坯表面缺陷，應采用以下技術：結晶器鋼液面穩定性控制；結晶器振動技術；結晶器內凝固坯殼生長均勻性控制技術；結晶器鋼液流動狀況合理控制技術；結晶器保護渣技術。提高連鑄坯內部質量的控制技術 連鑄坯內部缺陷一般情況在軋制時能焊合消除，但嚴重時會使中厚板力學性能惡化，使管線鋼氫脆和高碳硬線脆斷。鑄坯內部缺陷的產生主要決定帶液芯的鑄坯在二冷區的凝固過程。要消除鑄坯內部缺陷，可采用以下技術措施：低溫澆注技術；鑄坯均勻冷卻技術；防止鑄坯鼓肚變形技術；輕壓下技術；電磁攪拌技術；凝固末端強冷技術；多點或連續矯直技術；壓縮鑄造技術。綜上所說我們可以得出結論：

（1）我國連鑄比已超過世界平均水平，接近工業發達國家水平，連鑄比可以說接近飽和狀態。

（2）我國小方坯連鑄機高效化改造取得很大成績。小方坯連鑄機單流產量已達到國際先進水平。但我國連鑄機平均作業率與世界連鑄機平均水平還存在較大差距。提高連鑄機作業率以增加連鑄機產量還有較大發展潛力。

（3）經過近10多年來的努力，我國連鑄在高效化改造、新技術的應用等方面取得了很大成就，就大中型企業連鑄機裝備水平來看已與國外鋼廠水平相當。要重視工藝軟件技術開發與創新，新技術要用出實效來。

（4）要依靠傳統的板坯和大方坯連鑄機來生產和解決高品質、高附加值的連鑄坯質量問題。薄板坯連鑄連軋技術已引入大中型企業，我國薄板坯連鑄/連軋生產已跨入世界先進行列，它對改變我國鋼材產品結構，提高板帶比，改變熱軋帶卷的市場競爭力起重大的變革作用。

（5）在今后2～3年內，要密切注意薄帶連鑄領域取得的進展。

第五篇：切實推進板坯連鑄裝備制造技術范文

切實推進板坯連鑄裝備制造技術

創新進步,適應高端板材生產需要

北京首鋼機電有限公司

在國家〝十一.五〞期間,首鋼機電公司得益于我國鋼鐵工業發展, 得益于首鋼搬遷和產品結構調整,在發展高端裝備制造業中取得了很大的成果;特別是以高水平的板坯連鑄機為代表的成套冶金設備,與國際著名公司合作生產了15套機組,在消化吸收引進技術的基礎上自主集成了6套機組,制造工藝技術取得了一批創新成果;我們生產的高水平的板坯連鑄機分別用于首鋼、包鋼、漣鋼、武鋼、承鋼和鄂鋼等重點工程,設備的產能達到4800萬噸板坯;分別用以生產汽車板、管線鋼、電工鋼、船板、耐候板、容器板、不銹鋼和高強度鋼等高端板卷和寬厚板的生產.我們在發展以高水平的板坯連鑄機為代表的高端成套冶金裝備制造業中取得的成果,主要體現在以下幾個方面.一.學習外方企業管理理念,全面提升綜合能力,以高標準制造每一套板坯連鑄機.自1997年起我公司與德國西馬克合作生產CSP薄板坯連鑄機成套設備,承擔薄板坯連鑄裝備技術攻關起,我們開始接受國外板坯連鑄機最新技術成果.由于當時我們的企業管理,裝備水平,工藝技術能力,質量標準,對現代連鑄裝備的認知和傳統觀念與國際先進機械制造業存在巨大的差距.在開始階段,我們的生產計劃編制,傳統工藝習慣,工序和功能檢驗到表面質量與外方的要求都是很不適應,特別是許多方面的陳規陋習與外方屢屢碰撞,付出了一些教訓和代價.我們及時統一了思想,堅決要求各級干部,工程技術人員和操作工人無條件尊重外方圖紙和技術文件要求和外方代表的意見,嚴格工序過程;我們選派一批中層干部和管理人員赴西馬克公司接受培訓實習,修訂和強化了企業組織體系和質量保證體系;合作生產的過程有力的推進了企業進步,全面提升了我們的技術能力,制造工藝水平和產品質量.我們與西馬克和達涅利合作先后為廣州珠鋼、邯鋼、包鋼、馬鋼、漣鋼、本鋼、酒鋼和武鋼制造了15套薄板坯連鑄機(全國共建設了10個薄板坯連鑄連軋工程,20套薄板坯連鑄機),以及他們的二期或改造工程.在國家〝十一.五〞期間,我們與奧鋼聯、西馬克和達涅利合作制造了15套常規板坯和寬厚板坯連鑄機.它們都具備當代最新技術發展特點,其中為首鋼秦皇島4.3m軋機配套3#連鑄機,400×2400mm寬厚板坯連鑄機是現今世界最先進,最重型的板坯連鑄機.這些成果確定了我公司在制造板坯連鑄機領域里的競爭能力和領先地位.二.消化,吸收和掌握先進設計技術,理解和領會了現代板坯連鑄工藝技術,自主創新和集成,推進板坯連鑄機國產化.板坯連鑄是高品質板帶生產流程里至關重要的環節, 新建設的當代最先進的板坯連鑄機的技術進步主要體現在工藝裝備的日益優化，機電液和工藝介質的一體化裝備技術更加成熟，無缺陷鑄坯的生產技術先進實用，自動化系統和工藝控制水平不斷更新和完善，滿足生產實際需要的智能操作軟件的開發和應用效果顯著。

新設計的板坯連鑄結晶器都采用了緊湊式設計，剛性好，可實現快速更換，水系統自動對接；在功能上充分完善均勻的坯殼的形成，保證鑄坯良好的內在和表面質量；把結晶器液面動態控制在最佳的狀態，自動澆鑄，確保連鑄機高效運行；有效地防止坯殼粘結或漏鋼的發生；液壓振動可控制振幅，振頻，波形，調節非正弦因數，可優化負滑脫時間使鑄坯振痕變淺，防止表面裂紋產生，保證鑄坯的表面質量。

為了有效地消除板坯的中心疏松和凝固過程鑄坯中心產生的裂紋，我們制造的板坯連鑄機都具備動態收縮輥縫——鑄坯凝固末端的輕壓下技術，在拉坯過程中根據鑄坯液相穴的位置的變化，動態地調整輥縫和輥列的錐度，使凝固末端鑄坯達到輕壓下。鑄坯在二次冷卻區既得到最佳的冷卻速率,又防止過冷卻，保證鑄坯的質量；動態控制的冷卻系統，由計算機計算的溫度分布的熱跟蹤模型，確定冷卻的強度和分布，配置冷卻的策略。具有動態軟壓下功能的板坯連鑄機都采用液壓夾緊扇形段，遠程調整輥縫和具有足夠精度和剛度的設備條件，成熟和可靠的工藝軟件包的支持。液壓遠程調整輥縫的鑄坯導向系統極大地支持了連鑄生產和操作的靈活性。

在設計轉化、加工制造、質量控制、現場調試和生產保障、備件供應、維修和再制造的過程中我們掌握和積累了許多經驗和教訓,使我們有能力推進板坯連鑄機的技術進步和國產化.我們在加工制造連鑄輥系和框架中創新設計了許多項工藝和工裝有效地保證了加工質量,大大提高了加工效率,有效地縮短工期和降低成本,其中授予了4項專利權.我們對板坯連鑄機制造材料和配套零部件的選用,堆焊材料和焊劑;軸承、密封、液壓、潤滑、冷卻、傳動、傳感器和電器等主要配套零部件的供貨商、品質和技術參數實行了優化,建立了戰略合作伙伴關系,有效地保證了產品質量,也最大限度地實現了國產化.我們在實踐中積累了許多經驗,增長了能力,培養了專業人材,最重要的是我們對現代板坯連鑄技術的理解,使我們有能力向用戶、科研單位和工程設計公司提供相關技術支持,參與工藝裝備設計選型和綜合解決方案的討論,分享我們的經驗和技術成果,共同推進國內板坯連鑄技術和裝備的進步,同時我們也得到了合同,取得經濟效益.我們在消化吸收引進技術的基礎上自主集成和設計,制造了具有國內領先水平的板坯連鑄機,其投產后的綜合技術水平相當于國外設計的裝備.同時我們對首鋼投產使用的一些板坯連鑄機部分結構進行了優化和改進,提高了設備的可靠性和使用的合理性.三.著力企業技術進步,打造冶金成套裝備核心競爭實力.首鋼機電公司打造冶金成套裝備核心競爭實力,把技術進步放在最先位置,加大了裝備和軟實力的提升.作為一家冶金重型裝備制造企業,機床一般比較大型化和通用化,因此對于板坯連鑄機加工制造明顯沒有針對性,公司調整了技改方向,短時間內購置一批數控加工機床,并且采用了高效切削技術,還以技術帶頭人為命名的工作室,作為創新平臺,綜合了加工工藝,數控技術,刀具,切削液,計算機輔助設計等專業,數倍提高了加工效率,確保了加工質量百分百的合格.CAPP計算機輔助工藝過程設計系統投入使用,大為縮短了與國際先進企業的差距.將產品工藝設計信息轉換為各種加工制造和生產組織管理信息,起到了機械制造信息化建設聯系設計和生產的紐帶,解決了工藝設計效率,標準化和集成問題,使我們的企業的軟實力得到合作外方的高度重視.堆焊是生產板坯連鑄機的重要工序,由于我們嚴格工藝過程控制,穩定的產品質量,我們的該生產單元被國際著名焊接材料公司,英國Weldclad公司命名為在中國的示范基地.板坯連鑄機冷卻水,潤滑和液壓管路的裝配工作量很大,往往是制約生產和產品質量的主要環節,我們采用了計算機三維輔助設計和數控彎管技術,路徑復雜,空間走向,角度和尺寸極其繁多配管進行了精確的預制,使得配管操作就象汽車生產線一樣簡單,并達到美感,可靠的效果.此項技術得到合作外方高度評價,這在他們的工廠里也尚未做到.未來鋼鐵企業為了滿足高質量寬厚鋼板的需求，產品品質必需滿足更加嚴格的標準；必然要應對日益激烈的競爭，應對來自質量、成本、效率、環保、品種和技術方面的壓力和挑戰；面對一般板帶生產能力過剩，高端產品技術和生產能力仍然短缺的現狀；可以肯定煉鋼-連鑄-軋鋼工藝流程和產品結構優化的技術改造，淘汰落后和新的工程建設將持續進行,對冶金裝備必然有更高的要求和更嚴格的標準。

整合設計研究，裝備制造和使用平臺，鼓勵支持消化吸收和掌握引進技術，重視總結實踐經驗的二次創新和自主集成，推動裝備國產化、工藝技術和核心競爭力的實現，我國高端板坯連鑄與板帶生產的技術和裝備必定要適應這樣的發展趨勢.