中国连铸纵横谈

中国连铸纵横谈吴长寿夏祥生（刊于《江西冶金》2002年第3期刊登时题目改为《谈中国连铸的发展》）一、中国连铸发展简史我国是在炼钢生产中研究、应用连铸技术较早的国家之一。50年代中期，当连铸技术在前苏联、英国、意大利、加拿大等国进入工业性试验阶段时，我国即着手进行连铸试验研究工作。1956年我国在当时的重工业部钢铁综合研究所建成了直径80mm的圆坯半连铸试验装置；1957年在上海钢铁公司中心试验室建成一台高架式方坯连铸机；1958年在唐山钢铁厂建成了第一台工业生产的立式连铸机，同年在重庆第三钢铁厂建成投产一台两机两流，配合30吨转炉、浇铸175mm×250mm小方坯的立式连铸机。虽然，我国是发展连铸生产起步较早的国家，但由于受一些历史性原因的影响，50年代～70年代我国的炼钢厂以平炉炼钢为主。平炉炼钢生产节奏慢，不适应连铸生产；另外，我国发展的连铸机型大多为立式连铸机，生产效率低。因此，我国连铸生产的发展极其缓慢。到1978年我国的钢产量为3178万吨，其中平炉钢1127万吨，占全年钢产量的35.45%,连铸比仅占3.5%。为了改变我国连铸生产发展的落后状况,1974年,我国从原西德施罗德—西马克和德马克公司引进三套弧形板坯连铸机;1980年,我国又与原西德曼内斯曼—德马克公司签订了引进小方坯连铸设备及技术转让与合作制造合同,在我国增建一批旨在浇铸90mm×90mm、120mm×120mm及150×150mm,供成品轧机一火成材使用的小方坯连铸机。这些引进的具有国际先进水平的连铸机,装备水平高,为我国消化引进连铸技术,提高连铸技术水平,开辟了新的途径,大大促进了我国连铸生产的发展。同时为了加快连铸生产的发展,我国从80年代起,加快了淘汰平炉炼钢的步伐。至1997年,我国钢产量达到10891万吨,其中平炉钢仅946万吨,仅占8.8%。我国的连铸机也从1978年的不足40台发展到1997年的344台,成为世界上最庞大的连铸机群,连铸比达到60.65%。我国台湾省的连铸技术水平也相当高。1974年兴建的台湾高雄钢铁厂,1982年完成第一期工程,年产钢320万吨,实现全连铸。1986年台湾全省连铸坯产量为490万吨,连铸比达88.3%;1999年台湾全省连铸坯产量为1536万吨,连铸比达99.80%。二、中国连铸的现状我国连铸经历了起步、艰难发展、引进移植、自创体系、快速发展、高效化改造等阶段。近10年来,我国连铸发展的速度已达到世界主要产钢国连铸增长的水平,取得了长足的进步,并且在连铸技术及装备的研究方面也取得了突破性进展。1990年,我国第一台完全国产化的方坯连铸机在凌源钢铁厂问世并一次试车成功。该机采用了10多项先进技术,性能可靠,达到国际先进水平。1994年8月,我国自行设计的第一台八机八流方坯连铸机在武钢落户。1996年原冶金部将连铸机高效化改造作为“九五”重点攻关课题,由此拉开了我国连铸高效化改造的序幕。1997年初,广钢集团与连铸技术国家工程研究中心合作,在其所属的转炉分厂一号连铸机上取得了单流高效化改造的成功,铸坯无缺陷率在90%以上,铸机作业率达85%以上。拉坯速度:120mm×120mm方坯平均为3.3m/min～3.7m/min,最高为4.2m/min;150mm×150mm方坯平均为2.4m/min～2.8m/min,最高为3.5m/min。1998年初,首钢公司第三炼钢厂与连铸技术国家工程研究中心携手,成功地将第三炼钢厂二号、三号八机八流小方坯连铸机拉坯速度从2.4m/min提高到3.0m/min～4.5m/min,最高达到5.2m/min,单流年产增加30%以上。1998年6月,马钢投资近五亿元兴建的年产63万吨三机三流异型坯连铸生产线,热负荷试车一次成功,拉出了第一根异型坯,为马钢大H型钢生产提供了原料保证。1998年,由北京亿美博科技有限公司与重钢公司合作开发的数字式连铸机结晶器液面控制系统在重钢七厂投入运行。该系统控制精度为±1～2mm,具有极好的稳定性和长期的可靠性。1999年,由北京兴冶实业总公司与北京辉耀科技公司联合研制的CS/3000连铸坯定尺测控系统在赖芜钢铁公司炼钢厂投入使用。该系统具有国际先进的电视测量、图像处理和计算机控制技术。实现了在大范围内同时对多流钢坯远距离非接触式高精度连续定尺测量,并输出相应的切割控制信号。新千年到来之际,马鞍山钢铁设计研究总院开发设计的江苏锡钢集团合金钢三机三流方坯连铸工程由于采用了组合式弧形引锭杆拉坯、引锭杆存放装置、双辊摩擦驱动等创新技术,在国内连铸领域备受关注。目前，我国已形成钢种多样、机型齐全、技术成熟的连铸生产体系。2001年我国大陆连铸坯产量为13820万吨,连铸比达到92.80%。其中武汉钢铁公司、唐山钢铁公司等99家企业实现了全连铸。但是,我们也应清醒地看到,我国连铸生产存在的问题:一是大量低水平连铸机的重复建设。目前,我国生产能力低下的低效率连铸机仍占70%左右。以方坯生产为例,我国连铸机平均单流年产不到7.5万吨,而国际上先进铸机平均单流年产能力已达13万吨。二是可浇品种少。以合金钢连铸为例,我国合金钢连铸比仅为5%左右,而工业发达国家以达90%。三是连铸机作业率低。我国连铸机平均作业率不到65%,而工业发达国家连铸机多采用大部件更换、离线检修等手段,大大缩短了停机时间,连铸机实际作业时间达到85%以上,甚至有些国家的个别连铸机实际作业时间达到了94%。四是自动化控制水平低。我国绝大部分企业在连铸的诸如测温、测速方面还是凭经验或手控方式进行,偏差较大;有些连铸机在建成时配备了一些自动控制设备,但由于仪器存在着各种质量问题,不能保持良好的运行状态。就拿连铸机结晶器液面控制来说,本是最需要依靠自动控制来实现的,但目前结晶器液面控制在使用自动控制的尚不足全部连铸机的10%。而工业发达国家连铸的自动控制已发展到整个连铸过程的计算机控制。从样品采集、分析、逻辑控制都是建立在数学模型上的,其精确程度和准确性是用手控或凭经验所无法做到的。三、中国连铸的未来思考近10年来,经过广大工程技术人员和冶金人的不懈努力,我国的连铸技术发展取得了令世人瞩目的成绩。按照国家冶金发展规划,2003年我国的连铸比要达到95%,赶上或达到西方工业发达国家水平。以目前的发展水平看,这一目标有望提前实现。但这仅仅是一个量的变化。要想整体赶上或达到西方工业发达国家连铸水平,我们仍然有许多工作要做。其一、高效化改造势在必行。连铸高效化是一项系统工程,是我国连铸发展的基本方向。有关专家预测:如果我国现有的连铸机全部实现高效化,那么我们可以在不建新厂、不新增连铸机的情况下,连铸坯年产量增加500万吨,可以使我国的连铸比提高到95%以上。实现连铸高效化,其核心是提高连铸机的拉速,需要解决结晶器和二冷段的冷却效果、结晶器的液面控制及相关的技术问题。其二、增加连铸品种,提高连铸坯质量是当务之急。随着连铸技术的进步,连铸钢种的范围日益扩大,一些过去认为只能用模铸生产的钢种现在均可用连铸生产了。目前,摆在我们面前的任务是扩大连铸钢种的范围和比例,完善高碳钢、特殊钢、合金钢连铸的技术手段,实现连铸以生产普碳低合金钢为主向扩大生产优质碳素钢、高碳钢、高强度合金钢的转变;同时,我们要从炼钢到连铸整个过程加快新技术及装备的应用与改造,提高钢的纯净度,改善铸坯内部结构,生产无缺陷铸坯。其三、自动化控制迈上新台阶。现代连铸技术是以自动控制为其技术支持的。不能想象,高水平的连铸是建立在低层次的凭经验或手控方式基础上的。只有实现了高水平的自动控制,才能保证连铸的高水平。提高连铸的自动化控制水平,首先有一个观念和认识的问题。由于受各方面条件的限制,在我国搞连铸自动化控制,特别是全过程的自动化控制尚有一定的难度。但我们不能等所有条件都具备了再来搞自动化控制。我们可以设想用自动化控制技术的进步来推动连铸其他方面工作的发展,以达到逐步从整体上提高我国连铸自动控制水平,并促使我国连铸的总体水平有一个大的提高。提高连铸的自动化控制水平,其次是要舍得花钱。在这方面花的钱往往能起到事半功倍的作用。我们要把自动控制作为一项关键技术认真对待。引进的连铸装备一般均配置了自动化控制设备,我国自己设计或研制的连铸装备也应该把自动控制作为一项重要内容来设计。只有自动控制设计过了关,其连铸装置的设计才算过关。其四、推行全新的物流管制技术,提高连铸综合管理水平。目前,国内不少企业对连铸机进行了高效化改造,但效果不是十分理想。究其原因,就在于企业内部的生产组织管理方式的滞后发展。现在我们不少企业的生产管理基本上仍停留在头痛医头,脚痛医脚的事后补救性被动管理模式。这样的管理模式时常在工序与工序之间产生脱节,不能最大限度地发挥已有的生产潜力,对生产的高效化产生严重的制约。现代连铸技术的进步,伴随着应运而生的是与之相适应的全新的物流管制技术。现代的物流管制是把生产管理作为连铸生产系统中不可或缺的一部分加以考虑的,是贯穿产品各工序全过程的管理技术,同时也是一种全新的管理思想。在今天全新的物流管制技术中,生产组织管理是连铸生产环节中必不可少的重要设计参数;物流管制技术的设计应该揭示连铸生产流程中的物流运行规律,理顺系统流程内物态转变、物性控制与物流管理之间的关系,确保系统中物流的通畅。在今后若干年里,我们除了要密切关注工业发达国家连铸新工艺、新技术、新装备的进步,还要密切关注工业发达国家连铸生产物流管制思想与技术的进步,使我们的管理理念及技术跟上时代的发展。物流管制是一门涉及到多学科的综合性应用技术,通常采用的基本技术及手段有:一是模型化技术。即将连铸过程进行适当的抽象、加工、逻辑分类及整理,把连铸物流系统变成可以准确分析和处理的结构形式。模型化技术通常有实体模型、图式模型和数学模型等。二是最优化技术。即将连铸过程中相互制约、互为条件的众多因素,根据其目标、函数和约束条件特点,采用系统最优化技术,求得最优解或近优解。最优化技术通常包括数学规划法、动态规划法、探索法和分割法等。三是网络技术。连铸过程涉及的影响因素繁多且随机,采用网络技术对连铸过程进行统筹安排、合理规划及对连铸的物流信息进行处理是颇为有效的现代管理方法。四是分解协调技术。即将连铸过程作为一个大系统,将其分解成若干个相对简单的子系统。先在各个子系统实现局部优化,并在大系统的总目标下使各个子系统相互协调与配合,实现大系统的全局优化。五是模拟技术。连铸过程中有些难题用常规的解析方法或数学模型是难以求解的。如果我们借助计算机技术模拟连铸过程的现场环境及生产条件特点,这些难题的解决就不会那么令人头疼了。目前,物流管制技术愈来愈受到高度重视,国内“小方坯连铸物流管制技术”课题已经通过了有关专家鉴定。其五、积极采用连铸新工艺、新技术成果,追赶世界先进水平。连铸技术经过半个世纪的发展,无论是在工艺操作上还是在设备的制造和控制上均已达到了十分成熟的阶段。薄板坯连铸前景诱人。目前,连铸技术的发展已取得了重大突破,其中50mm以下薄板坯连铸技术配上电炉和窄带钢轧机组成的短流程生产线具有极强的市场竞争力。1998年,日本新日铁和三菱重工开发出世界首套工业性带钢直接浇铸设备,浇铸的不锈钢薄板坯厚度甚至只有2mm～5mm。该技术也被称之为近终形连铸技术,其轧制工作量可以大大减少,轧制设备得到简化,生产成本也大为降低。薄板坯连铸前景十分诱人,积极开发薄板坯连铸对提升我国钢铁产品结构水平将有积极的促进作用。连铸坯高温热送及直接轧制大有可为。近年来,连铸技术的另一重大进展是连铸坯高温热送及直接轧制技术。据有关部门资料统计,连铸坯热送直接轧制从出钢水到轧制成成品仅需1～2小时,轧钢所需燃耗为0.335×106KJ/t,而常规的连铸坯冷装炉轧制从出钢水到轧制成成品需30～40小时,轧钢所需燃耗为1.338×106KJ/t。如果我们能象近20年抓连铸比那样重视连铸坯的高温热送及直接轧制技术,以目前的产钢量而言,全行业连铸坯的高温热送及直接轧制达到50%的话,年可节能约240万吨标准煤,直接经济效益为12亿元。这里