国内外现代连铸技术的应用现状与发展前景

连铸技术国内外现状及发展趋势摘要：本文对连铸技术的特点、发展现状与趋势进行了探讨．论述了国际先进连铸技术的发展与特点以及我国连铸技术的整体发展水平及其面临的挑战，提出在当前国家钢铁生产结构调整与技术升级战略要求下，我国连铸综合技术水平发展具有弯道超越的重要契机．而钢铁生产技术发展的实际需要则是装备水平设计创新的重要源头．其中，节能高效的铸轧一体化生产技术(包括液芯压下、动态轻压下和铸轧薄带等近终彤优质生产方式)与先进的过程监测与诊断技术发展是连铸技术升级的重要途径。同时指出，加强行业规范、整合优质资源、避免无序恶性竞争，形成有效合力是综合提高民族装备产业形象、信誉和提升国际竞争力的关键．关键词：连铸技术，发展现状，发展趋势前言钢铁冶金技术发展的趋势与时代要求是高效、优质、低消耗与低排放。连铸作为钢铁生产流程中承上启下的关键环节，是当前国家钢铁生产结构调整与技术升级战略中值得重点关注的核心环节。近年来，我国钢铁冶金精炼技术得到大力发展，钢坯控轧控冷成形加工技术也取得快速发展。作为钢材生产流程的中间环节，连铸技术的发展表现出如下几个明显特征：1)流程紧凑。如各类近终形铸机与常规连铸的带液芯压下和动态轻压下技术的发展与应用；2)技术密集。浇注与凝固、机械与液压、自动控制、过程检测与多级通讯的技术集成度大大提高。3)功能扩大。钢水精炼、浇注与凝固控制、近终形、铸轧与组织控制等系统集成技术受到重视。可以说，现代连铸技术在冶金工业中的作用与地位已愈发重要。本文论述了国际先进连铸技术的发展与特点以及我国连铸技术的整体发展水平及其面临的挑战，对连铸技术的发展趋势进行了展望。2国际先进连铸装备供应商的发展与特点2．1引言连铸设计创新的推动力来自于用户对铸机性能和使用要求的不断提高。当前，随着钢铁市场环境与社会发展的需要，连铸技术发展更倾向于保证产品质量、提高钢材成材率以及高附加值钢种的生产，且节能增效。为了提高钢坯纯净度、控制中心偏析，直弧形机型动态辊缝铸机快速发展。其中远程辊缝控制技术及凝固末端动态轻压下技术在板坯连铸以及大方坯连铸中受到用户的高度重视。国际先进连铸技术已在向精细化及数字化技术方向发展。通过了解以下国际先进连铸设备供应商的发展现状与特色，有助于我们更好地认识差距、实现超越。2.2铸机功能认识精细，设计与装备实现模块化对铸机装备单体功能认识精细，模块化设计理解与应用到位。综合机械／流体和自动化／模型控制，实现了特定功能模块的机电一体化设计与应用。一台铸机由许多功能模块化的单元组成；模块化做得好，标准化也自然提高。2.3市场研究深入，掌握市场需求动态对市场研究及客户关注点研究往透，固此开发的产品能够适时地迎合并满足市场需求。以扳坯为例：为了满足客户快速响应市场的需求，VAI开发出宽度和厚度调整方便的连铸机，满足客户需求。如图3所示，其零段及扇形段区域喷水宽度可调技术与3D模型的深入研究得到报好结合。铸机调厚技术图4所示。这种基于用户需求的铸坯厚度调整技术，通过快速窄面铜板样线更换和远程辊缝的快速调节，实现铸坯厚度的快速变换，使得钢厂能快速响应市场需求。2.4加强过程监测，保证装备应用水平铸机帆的装备水平不仅取决于设计水平．同样取决于其使甩状态与应用术平。VAF重视应用设备状态传感器在线掌握锌机工作状态、维护设备稳定性，不仅保证了装备的应用效果．也促进了铸机设计水平的提高；此外，在热调试过程，重视通过测试铸坯物理状态对模型进行标定和训练．使模型真正发挥其内在价值。但鉴于连铸环境与状态的复杂性，过程监测的实质性进步还将取决于相关学科的进步，以及用户对铸坯质量水平要求的提升与迫切性．2.5过程控制模型的不断升级3国内连铸技术发展现状31单项技术上有较大突破近年来，通过自主开发、跟踪转化以及联台设计，国内连铸设计水平取得了较大的进步。尤其是些先进的单体技术装备设计基本都实现了国产化，如结品器液面控制、自动下渣监测、电磁搅拌(箱式与辊式)、漏钢预报、动态配水、动态轻压下、质量跟踪与判定等。整体装备水平以及性能的稳定性还有待提高。32新上铸机配置较高近几年，由于国民经济发展快．我国冶金企业投放的技改资金比较大，新上项目较多，连铸项目也较多。但先进铸机设备和技术还是多习惯于引进，其中我国薄板坯连铸连轧已经引进了lO多条生产线。自2000年，我国先后全部引进或引进核心部位设备与技术的常规扳坯连铸机共有24台27流．还有继续引进的趋势：中薄板坯连铸机、异型坯连铸机几乎全部引进：大方坯连铸机也有引进的倾向。此外，国内新上的高规格铸机多采用国外知名连铸商(VAI、DANIELI、CONCAST、SMS／德马克等)和国内设计单位联合设计。实际上，国内合作单位主要工作为利润很少的详细设计，一些关键装备的制造也由国外公司所控制。这种局面促进了国内相关技术水平的提高，但不利于自主知识产权品牌的应用与提升。可喜的是，随着国内设计水平的提高，尤其是新技术开发及其成熟度的提高，加之投资和后期维护成本优势，一些钢铁生产用户开始陆续使用全套国产装置，铸机配置水平也逐渐提高。尤其是大方坯、大圆坯连铸工程设计等已经表现出很强的竞争力。3．3设备供应商供货链条完整目前，我国机械加工行业能力和规模发展很快，转化能力强，国内连铸设备公司基本上都能从设计到制造形成完整的链条。引进先进装备、机械零配件的维护也都可全部立足国内。3.4存在问题国内兄弟单位恶性竞争严重。一方面研究内容重复，导致人力物力的浪费：另一方面，设计队伍、设计水平和设计规范的界定没有合理有效制度约束，导致用户信誉与国外先进水平相比存在很大差距。严重制约了国内装备设计与制造整体技术的进步，也大大损害了民族产业整体实力与形象的提升。此外，产学研合作责权、内容划分不清。形成有效合力尚待时日。国产铸机产能，如拉速较国外先进铸机也较低。当然，这不仅是铸机装备和工艺问题，很多用户的使用、生产管理水平也亟待提高。总之，我们的同类技术与装备的国际竞争力仍然十分薄弱。4连铸发展趋势与要求4．1连铸关键设备方面从连铸技术发展的历史米看，关键设备与技术的突破与发展往往是推动其发展的重要因素(如大包回转台、结晶器振动台以及扇形段技术等)。先进的连铸设备是保证钢铁制造具有长期竞争力的有效办法，其必须围绕生产与市场的需要是通过不断进步，以实现钢铁生产的优质高效，并获得合理的成本控制。其中，中间包冶金、结晶器优化设计、结晶器振动及无摩擦浇铸技术、动态辊缝扇形段以及控制系统、结晶器电磁搅拌、辊式搅拌、末端电搅和低应变拉矫技术等都是当前连铸技术的关键设备与技术环节。这些关键技术设备的发展与规范化使用技术是保证我国连铸全面生产稳定发展、产品质量普遍提高的重要基础。4．2连铸系统整合与优化方面应该根据用户产品特点与质量控制要求，合理地组织与应用单体装备与技术，综合提升系统性能、作业稳定性，实现投资与生产效益的最大化。根据连铸设计模块化的新特点，加强单体设备规范性、通用性和可互换性设计。此外，应大力加强设备技术与工艺技术的融合，综合保证生产质量与效益。应从节能降耗的角度，加强铸机同上、下游生产工序紧密配合，并从节能增效的角度对设计和工艺进行整体提升。4．3连铸过程设备和铸坯状态的在线监测方面当前，为了保证连铸生产安全顺行和产品质量，铸机装备需要经常性维护、检修与调试。为了进一步提高铸机的作业率，除提高“短扳”单体装备的使用性能外，发展铸机设备状况在线跟踪、监测设备与技术手段是非常重要的。实现连铸设备过程检测、诊断与过程自动化控制一体化技术是未来连铸发展的一个很重要方向。铸坯凝固过程物理状态与质量的在线监测与检测同样十分重要，且难度更大。准确了解铸坯凝固状态，如：坯壳温度、凝固终点位置和坯壳厚度信息等，对合理调控连铸工艺十分重要。连铸配水制度、辊缝工艺、电磁搅拌、以及凝固末端轻压下等技术的实施将更加有效。此外，这些过程状态信息的获得与可靠性，对于：提升过程控制模型与参数的质量与应用效果也同样十分重要。4．4连铸产品高端化和连铸技术的规范化问题应该指出，当前国内连铸技术应用还存在不少盲区和随意性，技术要点和生产指导规程不够精细。尤其对一些合金钢、品种铡或特殊钢，其连铸生产装备与工艺要点应该结合金属学理论加以细化。大力发展高端品种钢的连铸技术，提高生产效益和产品附加值拉引。我国正从普碳钢大国转为合金钢(包括微合金、低合金高强度钢等)大国，调整产业结构，开发高附加值产品、转嫁成本压力是我国钢铁业提高竞争力的一个重要途径，也是钢铁高强度轻量化设计应用发展的需要。2009年，我国粗钢产量约5．5亿吨，占全球粗钢产量的近一半，其中连铸比达98％以上。但与发达国家相比，我国合金钢份额和连铸比都还不高。随着国民经济基础建设和机械制造业的发展，我国各类合金钢的比例将会不断提高。因此，对连铸技术和连铸工艺的要求将会更加精细。节能增效、调整产业结构和开发高附加值产品是我国钢铁业提高竞争力的一个重要途径。相信高效合金钢连铸技术在中国会有很大的市场前景。4．5连铸生产方式的升级方面—近终型连铸与装备近终形连铸系指所生产的铸坯在形状甚至组织结构与性能上都更加接近最终产品的要求。由于其流程紧凑、能耗低、排放少、投资也小，将是现代连铸技术发展的永恒主题，也是连铸生产的最高发展形式。当前近终形连铸机主要分为如下四类：异型坯(BeamBlank)连铸机、圆坯(RoundBi1letorBloom)连铸机、薄板坯(ThinSlab)连铸机和带钢(Strip)连铸机。未来结合各种铸轧形式的连铸生产将会日益受到重视。(1)．异型坯(BeamBlank)连铸机由于异形坯连铸技术将炼钢、精炼、异形坯连铸机和轧机紧凑式布置，形成钢梁生产新工艺(CBP)而迅速发展。异形坯连铸技术是连铸领域的高端技术之一。随着我国经济建设的持续发展，根据“钢铁产业调整和振兴规划”的相关内容，预见在未来10年内我国将具备很大的年消耗钢梁的需求。异型坯连铸机在我国市场前景十分广阔，大有可为．(2)．圆坯(RoundBilletorBloom)连铸机由于市场需求，圆坯连铸的断面尺寸范围将日益扩大，连铸产品质量也应不断得以提高。其中，我国在制造高压管、火车车轮、风力发电用法兰等领域对连铸圆坯的需求和要求都将会不断提高。(3)．薄板坯(ThinSlab)连铸机薄板坯连铸连轧工艺与常规的工艺相比，由于它具有节能、投资省、生产周期短、劳动成本低及适应性强等优点，是20世纪90年代钢铁工业的投资热点之一。到目前为止，我国已有多条薄板坯(包括中薄板坯)连铸连轧生产线相继投产。但是，这些投产的薄板坯生产线，均为引进国外技术，到目前为止尚没有一台国内自主设计的连铸机。我国还必须加强薄板坯连铸关键设备，如结晶器和浇注水口结构优化设计、钢液流场与温度场分析控制、结合电磁制动、带液芯压下和轻压下等先进关键技术进行重点研发；同时要注意薄板坯连铸连轧工艺控制软件的创新性研究开发，逐步形成完善的、具有自主知识产权的薄板坯连铸连轧过程：工艺控制软件和相关技术。这是我国薄板坯连铸连轧技术不断发展的根本保证。(4)带钢(Strip)连铸机双辊薄带连铸技术是较高程度上的近终形连铸技术。双辊薄带连铸技术将连续铸造、轧制、甚至热处理等整合为一体，简化了生产工序、缩短了生产周期。设备投资、产品成本和温室气体排放也大大降低。目前已有Eurostrip，Castrip，Postrip以及日本NSC等多条双辊薄带连铸技术中试生产线已达到商业化运行的水平。其中美国Nucor公司的Castrip，韩国浦项Postrip的正式工业生产线已建成投产。我国仅有宝钢的实验生产线，技术差距还很大。此外，近年来其它相关技术如快速凝固、炉外精炼、自动化技术、新材料开发等的发展也为薄带连铸技术发展创造了有利条件。自1980年以来，中国钢产量逐渐增加，按一般钢产品的生命周期为20-25年计算，中国废钢的数量将逐年增加，这些废钢需要新的冶金设备来重新进行加工。因此，电炉双辊薄带连铸生产流程在中国市场将具有广阔的前景。目前，已有国内部分企业对双辊薄带连铸技术表现出较高的兴趣和投资意向