中冶连铸小方坯高效连铸技术成功实现

中冶连铸长期致力于普钢及优特钢小方坯的高效连铸技术研究，在国际上第一次尝试了小方坯单辊重压下技术，很好地解决了高碳钢内部质量问题，特别是对小方坯减流提速技术进行了研发，使铸机拉速得到较大提升；中冶连铸作为方坯连铸国家队，在掌握核心技术的基础上，立足于钢厂持续的品种结构升级，开发出全钢种高效小方坯连铸机系统及其相关核心技术，以先进技术和高效化生产实现投资和生产成本的持续降低，以及品种钢的高效生产。

小方坯作为方坯的重要组成部分，在产能上占有绝对主导地位，因此，对小方坯连铸技术创新的研究具有重大市场价值和社会意义。

中冶连铸对小方坯压下技术进行了系统性研究，尤其是对于凝固末端动态重压下技术，是国际上第一次尝试，取得单辊重压下技术对改善铸坯内部质量定性定量的第一手资料，基于大量试验数据，认为此技术从机理上不同于已有的改善铸坯内部质量的技术，比如电磁搅拌和轻压下，有着更广阔的应用前景。同时，为优特钢小方坯连铸的减流提速提供了技术保障。减流提速技术可以大幅度提高连铸机的生产率，实现炼钢生产与连铸机的优化配置，减少投资，简化生产调度，经济效益十分巨大。中冶连铸通过大量现场测试、生产使用跟踪，掌握了减流提速的核心技术，并在工程中得到应用和验证。

1小方坯凝固末端动态重压下技术

中冶连铸先后在宣钢和鞍钢进行了小方坯压下技术的实践，尤其在鞍钢项目，对180mm×180mm断面72A高碳钢上进行大量单辊大压下工业试验，在不同固相率位置单辊执行0-20mm压下量，来探索小方坯重压下技术实施的可行性。中冶连铸在小方坯重压下方面，从设备、工艺、模型到操作维护都形成了自己具有完全自主知识产权的成套技术，为小方坯品种钢的生产提供全新的铸机产品和选择。

大量的重压下试验结果表明，小方坯重压下技术不同于传统的提高铸坯内部质量的技术，比如降低拉速、低过热度浇注、采用较弱的二冷工艺以及电磁搅拌而均匀化铸坯组织，也不同于以补缩为目的的轻压下技术。通过单辊重压下，能将变形真正传递到铸坯中心，使中心区域的两相或者温度较高已经凝固的铸坯发生较大的变形挤压，一方面直接提高铸坯中心区域致密度，从而改善内部缺陷。铸坯内部缩孔、疏松和偏析缺陷经过重压下后，获得了明显改善。另一方面中心处大的变形释放了铸坯裂纹敏感区（ZST-ZDT）的瞬时应变和应力，相比较于多辊轻压下，单辊重压下导致压下裂纹的可能性大大降低。

更重要的是重压下通过使铸坯中心区域致密而提高内部质量的方式，必将为轧制工序提供良好条件，已知的有积累变性能和有利于碳等元素的后期扩散。所以重压下技术不仅只是轻压下技术的发展，而是轧制技术在连铸阶段的应用，从全流程的角度看是技术的借鉴和前移，由于连铸阶段铸坯的温度分布特性不同于轧制过程，会产生大于轧制的效果。因此，重压下技术更有利于连铸技术的发展，并且有利于以后对生产流程的重新优化，有广阔的应用前景。

2减流提速技术

中冶连铸一直致力于方坯减流提速技术的跟踪和实践，分别在宣钢、承钢和广州阳春钢铁等小方坯项目中对结晶器铜管进行了现场测温，并取得了一系列相关技术专利。通过在线对铜管温度和结晶器振动状态的测试，发现振动状态与结晶器铜管温度场的分布存在一定的相关性，振动状态越好，结晶器铜管四面温度越均匀。

对中低碳钢连铸而言，限制高拉速的第一因素还是漏钢，随着拉速的提高，漏钢几率大大提高，严重的导致无法顺行生产而不得不降低拉速。结晶器是降低漏钢的关键部件，也是制约铸机高效生产的最为关键环节。高效方坯连铸对结晶器的要求就是要在高拉速的条件下，钢水能够在结晶器内均匀形壳，并在结晶器出口位置达到一定的坯壳厚度。具体而言，就是要求结晶器四周及角部冷却均匀，并且具有足够的冷却效率。

在结晶器内腔设计上，中冶连铸结合了结晶器上部采用凸型设计和在结晶器下部采用凹型设计两种设计理念，在保证上部内腔截面形状与凝固坯壳形状的相似性，使得两者之间尽可能贴合并保持均匀气隙的同时，又保证了下部坯壳边部与角部的温度均匀，在坯壳已经形成的前提下，通过角部脱离来减小拉坯阻力，通过边部的良好贴合保证下部的良好传热。与二者单独相比，使用取得了更好的效果。因设计出的内腔形似梅花，故取名为梅花形结晶器，如图1所示，通过不同现场的测试，发现梅花形结晶器平均热流比传统的高0.3MW，并且温度分布更加均匀，为小方坯高拉速提供了有力保障。

铸坯的二次冷却也是高拉速实现的核心环节，中冶连铸在小方坯快速冷却凝固机理研究的基础上，开发了高压全水高效二次冷却工艺技术。

核心设备运行的可靠性和运行精度是小方坯高拉速连铸的基础保障，中冶连铸开发了诸如小方坯全板簧振动导向系统、液压振动驱动系统、二冷精密导向系统、整体框架光滑矫直系统等核心设备技术。

高拉速连铸是一个综合技术集成，不但需要设备、工艺技术保障，同时也需要有规范的生产操作与管理。通过测试和现场实践，中冶连铸从保证高拉速实施的多方面进行定量标准化，提出一整套设计、施工标准和生产管理规范。包括结晶器铜管、结晶器水套、结晶器振动，结晶器足辊、水口对中、导向段、二冷喷淋、液面控制、对弧样板等方面的加工制造、监测保养、生产操作的管理规范。

中冶连铸在广州阳春钢铁和广西盛隆钢铁小方坯的建设上取得突破，其中阳春150mm×150mm小方坯生产拉速达到4.08m/min，广西盛隆160mm×160mm小方坯生产拉速达到3.4m/min。

对高碳钢及特钢小方坯连铸而言，高的表面质量和内部质量等级要求是制约高拉速连铸的限制性环节，尤其是内部质量。这类小方坯（如150方），连铸拉速长期处于2.0m/min以下，甚至处于1.5m/min水平。而小方坯重压下技术的开发，为优特钢高效化连铸打开了广阔的空间。

3全钢种小方坯高效连铸的实现

对于小方坯高效连铸，有一种观点认为普碳钢适合高拉速，而品种钢不适合。

影响小方坯品种钢高拉速的核心问题是随着拉速的提高，液芯变的细而长，补缩变的艰难，内部质量迅速恶化，拉速高到一定程度，依靠现有技术，即二冷弱冷和组合电磁搅拌（M-EMS+F-EMS），无法达到内部质量要求。而压下技术尤其是重压下技术的实践成功，对内部质量的改善效果

是传统技术所不具备的，完全可以解决品种钢高拉速后内部质量恶化的技术难题。

站在钢铁生产的全流程考虑，连铸的高效化是热装热送甚至直接轧制的基础，只有铸机能实现全钢种的高效化，才能最大化地降低能耗、降低钢铁企业的投资成本和生产成本。基于此，中冶连铸提出高效全钢种浇注小方坯连铸机（表1是具体的技术配置），可以同时实现普碳钢和品种钢的高效浇注，目标拉速如表2所示。相对于传统的小方坯，全钢种高效小方坯连铸具有如下优势：

1）投资成本低，生产定员少、生产消耗低、维护费用省、钢水收得率高。

2）单流产量高，流数少，可避免当前120-150t转炉采用双中间罐连铸的弊端，扩大了连铸与更大容量炼钢炉的匹配范围。

3）采用高效二冷喷嘴设计，实现二冷的全覆盖，提高了二冷均匀性；喷嘴孔径大，数量少，防堵塞能力强，在线更换方便，可以满足普碳钢和品种钢的不同要求，实现全钢种浇注。

4）二冷末端分段插拔式喷淋支管设计，实现二冷长度的在线变化，为生产普碳钢和品种钢需要不同冷却长度需求创造条件。

5）流数少，流间大，有利于弧段设备的检修、更换。

6）高拉速连铸，提高了出坯温度，是热装热送甚至直接轧制工艺实现的基础。

7）小方坯高拉速连铸，为方坯无头轧制的发展打下了基础。

8）重压下和表面淬冷技术的配置，可实现品种钢高拉速连铸和热装热送甚至直接轧制流程。

尽管当前钢铁产业发展处于低谷期，但是只有不断推进技术进步，才是钢铁及其相关企业渡过难关乃至还能有所为的关键。中冶连铸在小方坯减流提速高效化生产上的技术探索已起航，小方坯的重压下技术为品种钢的质量提升与高效化提供了技术保障；梅花形结晶器等相关技术的成功开发为普钢连铸拉速进一步提高打下了基础，二冷技术的探索为小方坯全钢种高效连铸的实现提供了路径。

[查数据、做研究，上钢联数据]