季晨曦、張丙龍、陳　斌、于會(huì )香、俞學(xué)成、劉　洋、田貴昌、劉國梁、劉建斌、鄧小旋、朱志遠、劉延強、楊春寶、劉珍童、王　策

　　首鋼集團有限公司、北京科技大學(xué)、首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司、北京首鋼股份有限公司

　　隨著(zhù)國民經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結構升級，高鋁鋼及微合金鋼等高端鋼鐵材料廣泛應用于汽車(chē)、能源電力、海洋工程、船舶等重點(diǎn)領(lǐng)域，高效連鑄生產(chǎn)的技術(shù)質(zhì)量問(wèn)題日益凸顯。如汽車(chē)用DP、TRIP鋼因鋼中Al含量高達1.0%以上，不僅難以實(shí)現多爐連澆，而且連鑄板坯存在橫向凹陷、裂紋、斷坯等問(wèn)題；高等級橋梁鋼、高強鋼、能源鋼、管線(xiàn)鋼等因添加Nb、V、Ti等微合金元素，熱裝鑄坯軋后鋼板表面容易出現裂紋。這些難題不僅影響生產(chǎn)效率，還會(huì )造成資源和能源浪費。此外，隨著(zhù)用戶(hù)的個(gè)性化需求增多，微合金鋼品種、規格、連鑄短澆次增多，微合金鋼連鑄漏鋼風(fēng)險增大，直接影響高效連鑄過(guò)程的穩定性。相對于普通鋼材，高鋁鋼和微合金鋼元素多且含量高，質(zhì)量控制難度大、工藝復雜。原有的高效穩定工藝技術(shù)，已無(wú)法適應高鋁鋼和微合金鋼生產(chǎn)需求，具體體現在：

　?。?）高鋁鋼保護渣易反應變性，粘結報警頻繁，連鑄可澆性差，板坯表面裂紋多，必須下線(xiàn)清理。針對高鋁鋼板坯連鑄，韓國浦項制鐵開(kāi)發(fā)了液態(tài)保護渣技術(shù)，將鈣鋁系保護渣加熱熔化后流入結晶器，控制渣圈達到改善板坯表面質(zhì)量的目的；國內也有企業(yè)直接采用低堿度、低熔點(diǎn)鈣硅系保護渣或者直接采用鈣鋁系保護渣的成功先例。這些技術(shù)極大促進(jìn)了高鋁高錳鋼的開(kāi)發(fā)與應用，但均未實(shí)現常規拉速的多爐連澆。

　?。?）Nb、V、Ti微合金橋梁鋼、高強鋼、能源鋼、管線(xiàn)鋼等高等級鋼實(shí)現高溫熱裝（兩相區）難度大，鋼板易產(chǎn)生紅送裂紋。針對高等級微合金高強鋼板的熱裝紅送裂紋，國內外普遍采用板坯下線(xiàn)控溫、專(zhuān)用淬火池及鑄坯切割后淬火等方式，鑄坯熱量損失大，生產(chǎn)效率低，表層組織細化和抑制第二相粒子析出的效果不充分。

　?。?）高性能產(chǎn)品在產(chǎn)量快速增長(cháng)的同時(shí)，品種、規格和質(zhì)量個(gè)性化的要求也大幅度增加，給連鑄批量高效生產(chǎn)提出了嚴苛的要求。同時(shí)，異鋼種連澆、在線(xiàn)調寬等技術(shù)的推廣應用，也給連鑄恒拉速生產(chǎn)和不漏鋼帶來(lái)了極大的挑戰。

　　圍繞以上高效化連鑄的關(guān)鍵問(wèn)題，首鋼與北京科技大學(xué)長(cháng)期開(kāi)展合作，進(jìn)行高鋁鋼及微合金鋼板坯連鑄關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。首先針對高鋁鋼的凹陷、裂紋、斷坯和連鑄過(guò)程粘結報警問(wèn)題，研究發(fā)現了結晶器保護渣渣圈對鑄坯表面橫向凹陷、裂紋和粘結報警的影響規律，從彎月面鋼水流動(dòng)性、保護渣反應性等方面抑制渣圈長(cháng)大，并通過(guò)結晶器小負滑脫振動(dòng)控制渣圈周期性脫落，減小渣圈對初生坯殼的擠壓變形，進(jìn)而減小其對橫向凹陷和裂紋的不利影響，實(shí)現高鋁鋼高質(zhì)量穩定澆鑄，板坯裂紋發(fā)生率逐年降低。同時(shí)，開(kāi)發(fā)了結晶器內坯殼均勻凝固技術(shù)，提高了微合金鋼板坯連鑄拉速，降低了板坯縱裂紋發(fā)生率。在改善鑄坯質(zhì)量的基礎上，針對鑄軋界面微合金鋼因紅送裂紋不能高溫熱裝的問(wèn)題，對鑄機末段進(jìn)行改造，實(shí)現鑄坯在線(xiàn)高溫快冷，最有效地抑制了析出物、細化了微觀(guān)組織，并基于軋制過(guò)程鑄坯表層應力分析和組織轉變冷速分析，首次開(kāi)發(fā)了基于連鑄機二冷段的板坯熱裝預處理工藝，實(shí)現了設備、工藝技術(shù)和控制系統的集成。針對高鋁鋼及微合金鋼品種多，規格多、個(gè)性化要求多的問(wèn)題，為進(jìn)一步提高連鑄過(guò)程的穩定性，實(shí)現跨鋼種族混澆和恒拉速結晶器大幅調寬不漏鋼，研究了調寬過(guò)程中窄面銅板的溫度波動(dòng)規律，開(kāi)發(fā)了恒拉速結晶器雙向高效調寬技術(shù)；開(kāi)發(fā)了耦合中間包和結晶器混合過(guò)程的混澆成分預測模型，準確預測了結晶器內鋼液成分，為結晶器錐度、水量等工藝參數實(shí)時(shí)調整提供了依據，解決了跨鋼種族連澆容易發(fā)生的漏鋼問(wèn)題。

圖1 項目總體研發(fā)思路

　　該項目取得重要科技創(chuàng )新如下：

　?。?）揭示了高鋁鋼（[%Al]≥1.0）連鑄板坯的橫向凹陷、裂紋、斷坯等缺陷的形成機理，開(kāi)發(fā)出“結晶器電磁攪拌+大傾角水口”等連鑄坯殼均勻控制技術(shù)，提出并實(shí)現了結晶器非正弦小負滑脫新型振動(dòng)模式，缺陷發(fā)生率降低至0.1%，拉速從0.8 m/min提高至1.2 m/min以上，高鋁鋼連澆爐數提高到5爐以上；

　?。?）針對微合金鋼連鑄板坯熱裝易出現的紅送裂紋難題，開(kāi)發(fā)出鑄機扇形段內板坯熱裝表面在線(xiàn)預處理裝備、工藝及控制系統成套技術(shù)，設計了大流量噴嘴最佳布置方式，研究得到了鑄坯表面起始冷卻溫度、冷卻速度等關(guān)鍵參數，開(kāi)發(fā)了連鑄板坯外弧/內弧最佳水量比控制工藝，解決了熱裝預處理快冷條件下鑄坯易彎曲的關(guān)鍵難題，實(shí)現微合金鋼鑄坯熱裝的表面溫度控制在650℃以上；

　?。?）開(kāi)發(fā)了跨鋼種族混澆技術(shù)和結晶器大幅調寬技術(shù)，解決了跨鋼種族混澆和結晶器在線(xiàn)調寬量大易漏鋼的難題，實(shí)現了恒拉速結晶器單次調寬量400mm以上，多品種、多規格單澆次連鑄16.9萬(wàn)噸，單臺鑄機連續生產(chǎn)1350萬(wàn)噸未漏鋼。

　　首鋼與北京科技大學(xué)長(cháng)期開(kāi)展合作，進(jìn)行高鋁鋼及微合金鋼板坯連鑄關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。累計實(shí)現經(jīng)濟效益2.87億元，授權發(fā)明專(zhuān)利10項，中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì )組織科技成果評價(jià)，專(zhuān)家組一致認為“該項成果總體技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平”。

　　經(jīng)過(guò)長(cháng)期連鑄工業(yè)實(shí)踐和系統攻關(guān)，發(fā)現并揭示了高鋁鋼粘結報警及橫向凹陷機理。從工藝上對結晶器振動(dòng)、保護渣性能以及結晶器表面流動(dòng)進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現300噸鋼包產(chǎn)線(xiàn)實(shí)現高鋁鋼（[%Al]≥1.0）單澆次穩定澆鑄1500噸以上。連鑄拉速從0.8 m/min提高至1.2 m/min。

　　采用本項目研發(fā)成果后，首鋼京唐厚板坯熱裝表面溫度從200℃提升到650℃以上，全面覆蓋中碳含鈮鋼、亞包晶鋼等裂紋敏感鋼種，解決了連鑄板坯高溫熱裝鋼板紅送裂紋問(wèn)題，實(shí)現高等級鋼種（高強鋼Q690、管線(xiàn)鋼X70、橋梁鋼Q500E-H等及以上級別）鑄坯熱裝。熱裝溫度提高后，節能降耗效果顯著(zhù)。氧化鐵皮厚度從2.3 mm降至1.2 mm。該項目實(shí)施，有效推動(dòng)了鋼鐵企業(yè)節能降耗，為鋼鐵企業(yè)實(shí)現低碳、綠色冶金提供了新的途徑和方向。

圖2 鑄坯表面溫度與形貌：（a）預處理后；（b）鑄坯返溫后

　　開(kāi)發(fā)的跨鋼種族混澆技術(shù)和結晶器大幅調寬技術(shù)，解決了跨鋼種族混澆和結晶器在線(xiàn)調寬量大易漏鋼的難題，實(shí)現了多品種、多規格單澆次連鑄16.9萬(wàn)噸，單臺鑄機連續生產(chǎn)1350萬(wàn)噸未漏鋼，1.4m/min恒拉速單次在線(xiàn)調寬達到400mm。

　　開(kāi)發(fā)的系列高鋁冷軋高強鋼批量應用于奔馳、一汽等車(chē)企，有力地支撐了汽車(chē)行業(yè)的輕量化。板坯熱裝溫度及比例提高，實(shí)現減排CO2達10.8kg/t鋼。