我国薄板坯连铸连轧的发展与展望

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我国薄板坯连铸连轧的发展与展望

“要充分发挥薄板坯连铸连轧流程本身的特点，以实现连续化生产，并研发生产出有竞争力的产品。” 11月26日，在2015冶金创新论坛上，新晋中国工程院院士、武汉钢铁（集团）公司研究院常务副院长毛新平总结了我国薄板坯连铸连轧的发展过程、研究现状和今后的发展方向。


新晋中国工程院院士、武汉钢铁（集团）公司研究院常务副院长毛新平
　　
技术发展从引进到研究创新

毛新平认为，从技术特点和工业化应用来讲，我国薄板坯连铸连轧发展的过程可以划分成4个阶段。

第一个阶段是1984年~1999年，为引入期。这个阶段有一个典型事件，就是在1975年~1985年间科技部确定了薄板坯连铸连轧的技术研究工作，开启了我国薄板坯连铸的发展历程。1999年8月26日，国内第一条CSP产线在广州珠江钢厂投入使用。这是我国对薄板坯连铸连轧的探索和引入过程。

我国当时试图以市场换技术。珠江钢厂、包钢、邯钢3条线捆绑引进了德国的西马克技术，这样的引进开启了国内广大科技人员对薄板坯连铸连轧物理冶金和关键装备国产化的一系列研究工作。同时，基于薄板坯连铸连轧工艺特点的认识，我国开展了相关产品的研发，尤其在高规格和高强钢方面。通过这个阶段的研究，我国形成了一个基本的认识，在当时钢铁工业快速发展的过程当中，对钢铁大量需求的情况下，薄板坯连铸连轧可以发挥一定的作用。

第二阶段是2002年~2008年，共计建设了9个薄板坯连铸连轧项目，包括了26个连铸机，同时，在产品上也取得了一系列的进展，特别是在高规格、高强钢等方面做了相关研究。值得一提的是，我国在产量方面，一条线做到了300万吨，这是我们在这个阶段取得的一些进展。

第三阶段是2008年之后的稳定发展期。这一时期，薄板坯连铸连轧的基础配置基本上确定下来，主要装备也基本稳定，而我国对其产品范围也进一步拓展。其中，我国对高品质特殊钢、硅钢进行了相关的研究，并在一定程度上实现了产业化。

第四阶段是目前关于无头轧制ESP产线和ESP技术的研究和投入使用。

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技术进展广泛而深入

毛新平介绍道，从产业角度来看，我国在薄板坯连铸连轧领域取得了进展。

一是高规格产品的研发和生产应用。一般2毫米以下的热轧板称之为高规格，如果能够保证良好的板形、厚度、长度和表面质量，它在一定使用范围内可以替代冷轧产品。由于冷轧制造过程复杂，投入的装备比较多，能耗和排放相对较大，如果能够实现“以热代冷”，将有很重要的意义。

冷轧产品的厚度平均在1.1毫米，而实验室产线的热轧最薄规格已经远远突破了1.1毫米。实际上，我国目前产业化的无头轧制已经做到了0.77毫米左右，从厚度来讲，热轧产品已经深入到了冷轧的产品领域中。

考虑到表面质量差异和强度差别，大约20%的冷轧产品可以被薄规格的热轧产品替代，这个市场是非常巨大的。但是，在热轧薄规格产品的过程中，由于产品在速度极限和负荷极限的情况下进行轧制，轧机的振动和噪音非常剧烈。轧制过程的不稳定，会导致浪形、轧口磨损和剥落等一系列问题。我国经过一系列长期的研究工作，目前已经比较好地解决了这些问题。目前，无头轧制主要的产品方向就是薄规格。

举例来说，日照钢铁薄板坯连铸连轧产品的产量为35万吨/月，其中1.5毫米以下的占到75%，这对于传统制造流程是无法想象的。

二是微合金化高强钢的研究应用。目前，我国常用的微合金元素是Nb和V，而Nb元素价格高，在使用上也存在一些局限性。与此同时，我国钛资源丰富，而且价格低廉，但是由于性能波动，一直没有被广泛应用。因此，我国在探索基于薄板坯连铸连轧，用钛微合金钢来做高强钢，基于薄板坯连铸连轧流程，对钛的各类析出物的析出率和析出尺寸做了相关研究，基于钛析出物的析出规律提出了联合控轧的模式。通过该联合控轧模式，研究者得到了屈服强度700MPa级、铁素体晶粒尺寸达到3个~4个微米级的超细晶粒钢。因此，该超细晶粒钛微合金高强钢的强化机理为沉淀强化和细晶强化。此外，研究过程还解决了Nb微合金化钢因晶粒粗大而导致的混晶问题，实现了Nb微合金化在薄板坯连铸连轧上的工业化生产，并开发了一系列产品，且得到了广泛应用。

此外，在V微合金化钢方面，研究者利用高氮和加氮的方式在另一个流程上实现了V微合金化钢的精密超细晶化，该系列产品在汽车相关领域得到了应用。

三是高品质钢和特殊钢的研究应用。特殊钢的主要特点是成分复杂，特别要考虑耐磨性和硬度等性能。传统制造流程存在一定的偏析和表面脱碳问题，但是基于薄板坯连铸连轧的流程，研究者开发了相应的低偏析的控制技术，通过直接轧制，加热的时间比较短，温度比较低。相关的珠光体片层间距比较显示，新工艺生产的产品，其表面脱碳约为传统流程的1/3，这对提高特殊钢的质量特别明显。同时，为了实现特殊钢在连铸机上的稳定浇铸，克服裂纹敏感性的问题，研究者还开发了相关的技术和设备保障。

四是硅钢的深入研究和应用。目前，中低牌号的硅钢已经实现了批量生产，但是，在高牌号特别是取向硅钢方面，产品表面质量的问题还没有彻底解决。这个问题还有待于进一步解决，由于薄板坯连铸连轧生产硅钢，其铁损低、磁感高的性能优势非常明显。因此，在硅钢制造方面，应该充分发挥薄板坯连铸连轧的特点。

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发挥优势优化流程与升级产品

对于薄板坯连铸连轧的发展方向，毛新平认为有两个方面。

一方面是发挥薄板坯连铸连轧流程本身的特点，以实现连续化生产。研究显示，对于单坯轧制，随着厚度的减薄，生产的事故率陡然增加，但无头轧制就不存在这样的问题。特别是极薄规格和宽规格产品，传统流程几乎没有办法生产。对于无头轧制，在传统流程上，有时甚至不惜把已经进入的单坯用复杂的焊机把它焊接起来，以实现轧制过程的连续性。而如果采用薄板坯连铸连轧，连铸出来的坯子本来就是一个完整的坯，所以，薄板坯连铸连轧在连续化生产方面有得天独厚的条件。这就是为什么这些年ESP技术在世界范围得到广泛的实际应用的原因。

因此，今后薄板坯连铸连轧发展的一个方向，应该是连续化生产，也就是无头轧制。当然，实现无头轧制的工艺配置和技术有多种，如何更好地实现还在探讨中。虽然技术有多种，也在不断发展和创新，但实现连续化生产这个大方向不变。

另一方面是充分发挥薄板坯连铸连轧的特点，开发有竞争力的产品。薄板坯连铸连轧快速凝固的特点使得产品的偏析更少、铸态组织更均匀，这样的优势对于成分更加复杂的特殊钢产品生产是非常有利的。目前，我国在高品质特殊钢、高强钢、硅钢、薄规格产品方面已经开发出系列产品，并进入了市场。但是，未来还有很多工作要做，如高牌号硅钢。

此外，薄带连铸将是薄板坯连铸连轧技术发展的终极，它的冷凝速度更快，相比薄板坯钢的速度又是数量级的提高。因此，在一些产品方面，特别是在特殊质量要求的产品方面，薄板坯连铸连轧还有它的优势，也还有很多工作要做。