近期，2025年中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會、中國金屬學(xué)會冶金科學(xué)技術(shù)獎公布，“超厚規(guī)格直弧型板坯連鑄機成套技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用”項目獲特等獎。
項目背景
高性能特厚規(guī)格板材（特厚板）是國家發(fā)展與安全不可或缺的關(guān)鍵材料，其年需求量近300萬噸（≥100毫米厚），廣泛應(yīng)用于海洋平臺、能源電力、國防軍工等國家重大裝備/工程的承壓、承重等關(guān)鍵部件，常在高溫/嚴寒、高壓、輻照、腐蝕等各種極端環(huán)境下服役，不僅需要較高力學(xué)性能，而且還需兼?zhèn)淇箤訝钏毫选⒎来鄶?、耐疲勞、耐腐蝕等附加性能。為保證特厚板的優(yōu)異性能，通常需超厚規(guī)格坯料大壓縮比軋制生產(chǎn)。而滿足此厚度規(guī)格要求的坯料則通常采用模鑄、真空復(fù)合焊接等方式制備，效率低、能耗大、成本高。德國迪林根等國外企業(yè)提出了立式/立彎式連鑄生產(chǎn)大規(guī)格坯料的思路，其產(chǎn)量與成材率較模鑄有所提升，但工程建設(shè)復(fù)雜，立式鑄機總高超55米，需在廠房內(nèi)挖30米的深坑，投資達4.45億歐元，而且墜坯風(fēng)險高，難以高效生產(chǎn)，無法適應(yīng)我國高質(zhì)量發(fā)展的迫切需求。
鑒于此，超厚規(guī)格直弧型板坯連鑄機成套技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用項目立足國家戰(zhàn)略與安全及冶金行業(yè)高質(zhì)量綠色發(fā)展的迫切需求，創(chuàng)新提出采用直弧型連鑄連續(xù)生產(chǎn)超厚板坯的新思路，可實現(xiàn)除超大單重厚板外（厚度≥260毫米，年需求量僅5萬噸~10萬噸）的絕大多數(shù)高性能特厚板的高效綠色生產(chǎn)。然而，該項目研發(fā)前直弧型連鑄機最大生產(chǎn)厚度僅400毫米，若提升至450毫米，鑄坯矯直應(yīng)力將增加60%、裂紋風(fēng)險增加3倍，且難以保障高變形抗力與重載沖擊下（結(jié)晶器負載增加23%、彎/矯抗力增加42%）的高精度運行要求（結(jié)晶器振動偏差≤±0.08毫米、輥縫誤差≤±0.1毫米），國內(nèi)外均無相關(guān)設(shè)計先例與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。
鑒于此，該項目圍繞≥450毫米直弧型超厚板連鑄關(guān)鍵技術(shù)與成套裝備研發(fā)及工程應(yīng)用開展攻關(guān)，系統(tǒng)闡明了直弧型超厚板坯連鑄裂紋萌生演變機制、偏析加劇機理，提出了裝備設(shè)計新思想與工藝控制新準(zhǔn)則，研發(fā)形成了低裂紋風(fēng)險、高均質(zhì)凝固的直弧型超厚板坯連鑄關(guān)鍵工藝技術(shù)，研制出了國際首臺套450毫米×2600毫米直弧型超厚板坯連鑄機，并實現(xiàn)了規(guī)模化推廣應(yīng)用。
主要成果和創(chuàng)新點
其一，準(zhǔn)確闡明了超厚板坯矯直過程微裂紋萌生于高取向差三叉點、沿晶界間歇式擴展的新機制，構(gòu)建了矯直過程“工藝—輥列—裂紋風(fēng)險”映射關(guān)系，提出了矯直角部溫度≤750攝氏度、應(yīng)變≤1.5%，兩相區(qū)應(yīng)變≤0.6%的“低應(yīng)變輥列+低溫矯直”的低裂紋風(fēng)險裝備設(shè)計與工藝控制新思想；揭示了“M”形非均勻凝固加劇超厚板坯中心偏析的根本原因，確立了“M”凝固尖長度≤0.8米的超厚板坯高均質(zhì)凝固控制準(zhǔn)則。
其二，首創(chuàng)超厚板坯小曲率半徑、四分節(jié)輥低應(yīng)變連續(xù)矯直的密排輥列技術(shù)，通過45回路二冷精細分區(qū)、動態(tài)幅切等精準(zhǔn)調(diào)控，確保角部矯直應(yīng)變<0.79%，裂紋敏感鋼超低裂紋率≤0.4%，遠優(yōu)于臨界要求，突破了鑄機基本弧半徑R應(yīng)為鑄坯厚度30倍的常規(guī)連鑄設(shè)計理論，被業(yè)內(nèi)公認為超厚板坯連鑄機彎曲矯直最佳技術(shù)方案，首次實現(xiàn)R11米基本弧生產(chǎn)450毫米超厚板坯；首創(chuàng)非等傾角四孔水口+二冷交替電攪+連續(xù)輥縫收縮與末端大變形壓下的連鑄“三區(qū)”高均質(zhì)凝固全程調(diào)控技術(shù)，鑄坯中心偏析C類1.0級率≥91%。
其三，研制出貼合坯殼收縮特征的曲面結(jié)晶器及高精度振動系統(tǒng)（寬面橫向溫差≤10攝氏度、振動橫向偏差≤±0.08毫米、通鋼量≥15萬噸），高剛度、高精度、高集約化的3H彎曲/矯直裝置(單段矯直力13000千牛、輥縫誤差≤±0.1毫米)，24000千牛壓坯力SLR扇形段（全球最大），提升壓下量65%的低抗力、長壽命漸變曲率凸型輥等核心裝備；研發(fā)應(yīng)用了基于數(shù)字孿生的超厚板坯連鑄過程實時感知及控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了關(guān)鍵裝備異常檢出、結(jié)晶器液位準(zhǔn)確控制、漏鋼精準(zhǔn)預(yù)報等，確保了關(guān)鍵工藝、裝備可靠投用率≥99%，保障了大載荷沖擊下裝備與工藝的高效穩(wěn)定運行與投用。
在興澄特鋼建成投產(chǎn)國際首條450毫米厚直弧型超厚板坯連鑄產(chǎn)線，在多家重點鋼企規(guī)?；瘧?yīng)用，產(chǎn)線全球占比達83.3%，創(chuàng)建了超厚板坯連鑄設(shè)計體系、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與生產(chǎn)規(guī)范。替代模鑄等實現(xiàn)海工、能源、高壓容器等高端特厚板產(chǎn)品全覆蓋，其中6項產(chǎn)品達到國際領(lǐng)先水平，高性能特厚板產(chǎn)品市場占有率超70%，應(yīng)用于白鶴灘水電站（單機容量世界最大）、“?；枴保▉喼拮钌詈Ｑ笃脚_）、N966風(fēng)電安裝船（全球最大）等近百項國家重大工程與高端裝備制造，并供貨于AGPP（世界最大天然氣工程）、沙特國王塔（世界最高）等“一帶一路”重點項目20余項。此外，該項目從源頭促進了高端特厚板產(chǎn)品創(chuàng)新與性能提升，實現(xiàn)“?；枴笨傮w減重18%（近5000噸），大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑——寶安工人文化宮節(jié)省用鋼40%等重大工程與裝備減量化設(shè)計，推動了特厚板產(chǎn)品研發(fā)—生產(chǎn)—應(yīng)用全鏈條低碳綠色創(chuàng)新。
截至目前，該項目獲授權(quán)發(fā)明專利76件，登記軟件著作權(quán)17件，制定國家、團體標(biāo)準(zhǔn)13項，近3年（2022年—2024年）累計新增利稅71億元，被中國金屬學(xué)會評價為整體技術(shù)國際領(lǐng)先，顯著提升我國關(guān)鍵金屬材料與高端裝備制造保障能力，推動我國重大裝備技術(shù)原始創(chuàng)新與引領(lǐng)發(fā)展，項目團隊及成員獲全國工人先鋒號、全國先進工作者等榮譽稱號。
主要完成單位：
中冶京誠工程技術(shù)有限公司、東北大學(xué)、江陰興澄特種鋼鐵有限公司、湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司、南京鋼鐵股份有限公司、鋼鐵研究總院有限公司
來源：中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會
