普碳钢小方坯高拉速连铸技术，在钢铁冶金流程中起到了什么作用？

文|逸屹川

编辑|逸屹川

21世纪钢铁生产流程的飞跃发展主要归功于以氧气转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢、控轧控冷为核心的４项技术革新，极大地提高了钢铁产量及产品质量。

其中连铸在整个钢铁冶金流程中起到承上启下的作用，直接影响着钢铁企业的竞争力。

其核心任务就是：高效生产、合格铸坯，这与铸机的生产工艺和装备水平息息相关。

连续铸钢工艺，提高了综合成材率，从钢液到成坯的收得率约为97％，简化工序，降低了能耗，主要体现在省去开坯工序的直接节能。

不仅如此，它还易于实现机械化与自动化、产品的均一性好、质量高，操作者的作业环境大为改善，劳动强度显著降低。

自从1951年第一台工业连铸机出现至今己有70余年历史，工艺、装备和操作水平得到了不断提升、品种质量得到了不断提高。

自动化技术的应用使连铸的技术水平得到了飞速发展，生产效率得到了不断提高，从单炉浇注发展到多炉浇注，从铸坯冷送发展到热送、直装和直轧，实现连铸连乳，无头乳制己成为高速连铸的重要驱动力m。

现阶段连铸已成为现代钢铁制造流程的中心环节，2020年中国连铸坯产量首次突破10亿吨。

近终形连铸技术

直接生产出接近最终产品尺寸和形状的连续铸造方式被称为近终形连铸。

主要通过减少中间加工工序来节省能源，提高生产效率。其主要内容包括：薄板坯连铸连乳技术、薄带坯连铸技术和异形坯连铸技术。

近年来SVAI（西门子奥钢联）＋ARVEDI（阿维迪）公司联合在日照钢铁精品基地推出的ESP无头带钢生产工艺受到业界热捧。

它是当今世界上可工业化生产的最为紧凑型薄板坯全连续热乳生产线，采用了连铸高拉速、漏斗型结晶器、固液铸轧、板型自动控制、电磁感应加热、动态换规格以及带负荷窜辊等世界先进工艺技术。

其生产线流程短，如下图所示，目前己可批量生产0.8~ｌmm厚度带钢，产品表面质量、板型良好，“以热带冷”直接进行酸洗和镀锌，单位能耗同比降低65％，具有广阔的应用前景。

与此同时，澳大利亚BHP幵发的同径双辊薄带连铸工艺也取得很大突破。

在目前众多的薄带铸轧技术路线中，工业化程度最高的是美国纽柯公司的Castrip技术，2015年１月沙钢集团斥资引进该生产线，经过数年消化吸收目前已成功实现低碳钢、高强钢、高碳钢、耐候钢的工业化生产。

回顾中国连铸的发展历程，经历了引进移植、自创体系、高效化改造等阶段。

21世纪以来，中国连铸发展的速度己达到世界主要产钢国的增长水平，已形成了世界领先的生产技术和装备水平。

目前，中国连铸坯质量符合各类高附加值钢材所需，而且在装备国产化方面也取得了长足的进步。

连铸机的设计及制造已均能立足国内，并逐步走出国门。

中国连铸采用后程发力的方式来体现跨越优势，于20世纪90年代初提出了“高速连铸”，以提高拉速、减少铸机台数、节约投资和增加连铸生产率。

1995年提出“高效连铸”技术攻关，即在高拉速基础上，考虑炉机匹配、高作业率、高连浇率和高无缺陷坯。

同时低成本从总体上有力推动了中国连铸生产效率与水平的稳步、持续发展。

高效连铸的涵义又５个“高”，即高的铸坯质量、高的生产效率、高的出坯温度、高的连浇率和高的作业率。

其中高拉速是高效连铸的核心，也是实现高效连铸的有效途径，高质量无缺陷的铸坯生产为基础，其目的在于提高铸机的生产效率与铸坯质量。

因此，高效连铸技术的开发已成为新一代钢铁工业的重要技术发展方向，倍受到世界上各钢铁企业、工程公司、设备制造商的青睐，具有十分广阔的发展前景。

现阶段高效连铸生产能力高，以高拉速为主要手段，提高单流小时产量。

主要涉及高拉速结晶器、高拉速振动装置、高效二冷喷淋系统、高拉速生产控制系统（浸入式水口通径、液面波动、火切机行程、出坯节奏等）、高拉速生产辅助系统（耐材、保护渣等）。

高效连铸的生产效率，以压缩浇铸准备及在线检修时间为手段，提高连铸生产效率。

主要涉及机头快换技术（结晶器、扇形段等）、弧段设备自定位技术、弧段设各自对中技术、自适应引锭技术、扇形段长寿辊技术、其他装备长寿技术等。

其劳动生产率，以高度自动化、智能化控制为手段，减少连铸动定员，提高劳动生产率水平。

主要涉及钢包与中间罐自动开浇技术、液面自动控制技术、自动出坯系统、铸坯自动标号系统、自动定尺与切割技术等。

因此，高效方坯连铸技术的开发与应用符合我国节能减排和高质量发展的工业发展方向和要求，具有良好的经济效益和社会效益，

这已成为近期我国方坯连铸进一步发展与提高的主题。

小方坯高拉速研究现状

随着中国城镇化进程的不断推进，中国建筑钢材需求增速较为稳定，其中螺纹钢（俗称热轧带肋钢筋）作为主要建筑用钢材，其在中国钢材生产中所占比重较大。

高拉速连铸既可以提高小时产量，减少铸机流数，又可以提高定尺切割后红坯的表面温度，增加铸坯显热的利用。

铸机流数的减少不仅节约了一次投资，而且还降低了人力、材料、能源和废弃物等的消耗。

连铸红坯表面温度的提高为后续的热送热装、直送直轧、无头轧制的实现提供了有力保证。

另外，我国转炉炼钢生产仍占主导地位，在转炉炼钢节奏高效化、炉型大型化的发展趋势下，与之匹配的单台方坯连铸机流数不能无限增加，迫切需要提高连铸机的生产率，适应冶炼系统的高效化趋势，提高单流产量成为唯一路径。

这就要求在保证铸坯质量的前提下，生产能力、生产效率、劳动生产率的全面提高。

对于板坯连铸机而言提高生产率的核心是提高连铸机作业率，这是因为板坯连铸机的拉速受炉机匹配条件及铸机本身冶金长度的限制，过高拉速所造成的漏钢危害对板坯连铸机的影响远远高于小方坯连铸机。

对于小方坯而言，提高生产能力的核心就是提高拉速。

上世纪九十年代，我国方还连铸高效化技术目标是：150mmＸ150mm断面拉还速度大于3.0m／min。

铸机作业率大于80－85％，铸坯无缺陷率大于90％，该项目使得我国连铸技术取得长足进步，至本世纪初基本实现了这一目标。

近十几年来，我国高效方坯连铸技术进步缓慢表现为：小方坯连铸机数量众多，但普遍生产能力低，技术经济指标较差。

当前普通建筑用钢的150mmＸ150mm方还连铸拉速一般在2.8-3.5m／min。

期间，欧洲三大连铸工程公司相继推出小方坯高拉速技术，可以将方坯连铸的拉速提高到5.0-6.0m／min，并朝着实现方坯无头连铸连轧工艺迈进。

VAI通过开发Diamold结晶器，使得小方坯（以150mmＸ150mm为例）最大拉速由原来的205-3.5m／min提高到现在的4-6m／min。

DANIELI在2000年构思的无头连续轧制工艺，并通过在高速连铸机装备EFCC振动台和Power Mould结晶器得到实现，并进行了工业化生产，米用该技术Sovel钢厂140mmＸ140mm断面铸机拉速达到5.2m／min。

如下图所示，而ABS（意大利）钢厂160mmＸ200mm断面铸机拉速达到6.5m／min，如下图所示。

DANIELI的POWER MOULD结晶器拉速可达６m／min,土耳其Colakoulu钢厂采用CONCAST幵发的Convex凸面结晶器拉速可达4.5m／min。

日本新日铁通过幵发X-MOLD结晶器，使得130mmＸ130mm断面的小方坯，在保证产品质量的条件下，最大拉速６m／min,结晶器寿命比原来提高了３倍.

韶钢170mmＸ170mm小方还连铸机弧形半径Ｒ10m，冶金长度32m，通过优化改进结晶器结构、结晶器冷却、保护渣、足辊、二冷供水等，拉速由2.0-2.3m／min提高至2.7-3.1m／min。

福建三钢160mmＸ160mm小方还连铸机，弧形半径Ｒ12m，冶金长度35m，通过对结晶器铜管、二次冷却喷嘴布置、结晶器保护渣、耐材尺寸进行优化，采用低粘度、高碱度保护渣，使用点状结晶器铜管，改善了铸坯脱方现象，拉速最高可达3.5m／min。

山西建邦集团现有六机六流160mmＸ160mm小方还连铸机，通过对结晶器水缝调整、二冷水重新分配、保护渣优化等措施，成功将平均拉速从原来的3.0m／min提高至3.8m／min。

因此实现高效连铸，提高小方坯连铸拉速和生产率，进一步发掘连铸机生产潜力和提高连铸机技术经济指标，己是中国发展连铸的迫切要求。

为通过高效化改造后铸机的拉速和产量等技术指标对比，可以看出无论是国内小方坯还是板坯高效连铸技术均与国际先进水平存在较大的差距。

尽管国内外有不少关于高拉速生产的报道和研究，但据实际市场走访和调研结果，真正实现高拉速且产品质量稳定的生产企业并不多见。

高拉速的实现是一项集工艺、装备、生产操作与自动化控制于一体的综合性技术。

高拉速连铸的实现必须以钢水质量合格为前提，同时也离不开适宜的连铸工艺，良好的设备设计、制造及维护水平则是高拉速连铸的保证。