項目獲獎情況：2022年冶金科學技術獎一等獎；
完成單位：鋼鐵研究總院有限公司、首鋼集團有限公司、邯鄲鋼鐵集團有限責任公司、山西太鋼不銹鋼股份有限公司、萊蕪鋼鐵集團銀山型鋼有限公司、首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司、中達連鑄技術國家工程研究中心有限責任公司；
完成人：張慧、干勇、鄧建軍、陳斌、王明林、韓健、白晉鋼、王鍵、趙長亮、朱坦華、范軍、席常鎖、寧偉、喬煥山、趙文博。
在微合金化鋼生產(chǎn)過程中，國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)普遍存在著鑄坯和板帶材表面質(zhì)量缺陷，即使是世界各大先進鋼鐵企業(yè)也不例外。早在立項前，由本項目主要成員單位開發(fā)的倒角結晶器技術已在微合金化鋼帶鋼連鑄坯表面無缺陷生產(chǎn)技術方面取得突破，并在國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)中得到廣泛推廣應用，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。但是，一些制約微合金化鋼連鑄-軋鋼工序高效化生產(chǎn)的關鍵技術問題依然存在，其主要表現(xiàn)在： 1）在板帶材邊直裂或翹皮缺陷控制方面尚未形成工程化應用技術，其造成約3%的裁邊損失； 2）由于熱送裂紋的存在，微合金化鋼連鑄坯熱送熱裝還停留在冷裝或550℃以下碼垛溫裝階段，制約了微合金化鋼連鑄坯高溫熱裝的實現(xiàn)； 3）在帶鋼生產(chǎn)企業(yè)中，早期的大倒角結晶器技術很好地滿足了微合金化鋼板坯的連鑄生產(chǎn)拉速需求，但是窄斷面低碳鋼、超低碳鋼最高工作拉速只有1.5m/min，更高的鑄機拉速帶來的鑄坯角部縱裂缺陷依然沒有得到解決，致使項目技術成果在鋼鐵企業(yè)的應用范圍受到限制； 4）早期倒角結晶器技術的應用盡管很好地解決了微合金化帶鋼的連鑄坯角部橫裂紋問題，但裂紋敏感性強的寬厚板角部橫裂紋缺陷需被改善； 5）連鑄-軋鋼界面高效化、綠色化提升技術需要進一步完善。 依托“十三五”國家重點研發(fā)計劃“鋼鐵流程鑄-軋界面物質(zhì)流與能量流協(xié)同優(yōu)化及智能控制技術”，鋼鐵研究總院有限公司、首鋼集團有限公司、邯鄲鋼鐵集團有限責任公司、山西太鋼不銹鋼股份有限公司、萊蕪鋼鐵集團銀山型鋼有限公司、首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合股份有限責任公司、中達連鑄技術國家工程研究中心有限責任公司展開深入合作研究，以期在微合金化鋼板帶材生產(chǎn)關鍵技術方面取得突破。首先在國內(nèi)建成大板坯連鑄-軋鋼界面高效化、綠色化關鍵技術集成應用示范生產(chǎn)線，并向鋼鐵企業(yè)進行工程化推廣。使連鑄坯真正成為物質(zhì)流、能量流、信息流的載體，被直接輸送到下一步軋制工序，徹底打通和捋順鑄-軋界面，為下一道工序高效率、綠色化、高質(zhì)量生產(chǎn)奠定堅實基礎。 針對國內(nèi)外微合金化鋼板帶材生產(chǎn)中存在的能耗高、成材率低、生產(chǎn)效率低的實際情況，以國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)典型生產(chǎn)流程為依托，重點開展邊直裂控制技術、熱送裂紋控制技術、微合金化鋼連鑄坯表面無缺陷生產(chǎn)技術等研究工作，開發(fā)關鍵工藝和裝備控制技術，實現(xiàn)關鍵技術的集成與工業(yè)化應用，并向國內(nèi)外冶金企業(yè)進行推廣。項目總體思路如圖1所示。 項目組通過熱態(tài)模擬和工業(yè)試驗，揭示了板帶材邊直裂的形成機理，指出：帶鋼邊直裂在精軋過程的第二道次以后產(chǎn)生，軋件角部溫度進入兩相區(qū)造成的形變不一致并首先在角部形成折疊，隨著軋制過程的進行，這種折疊翻轉(zhuǎn)到帶材表面形成邊直裂；寬厚板邊直裂產(chǎn)生于初期展寬軋制造成的折疊。 開發(fā)具有二次倒角形狀的連鑄坯可提高鑄坯的角部溫度、保持鑄坯溫度的均勻性；同時二次倒角鑄坯可改善軋制過程中角部受力狀態(tài)，使應變的最大值由直角鑄坯的0.32降低到0.04，大大降低了側面折疊的發(fā)生概率。 為此，本項目組在國際上首創(chuàng)了鑄坯角部形狀優(yōu)化裝備專利技術（圖2）。該設備安置在鑄機出口處，它充分利用了鑄坯的高溫和鑄機的傳動能，在線對一次倒角連鑄坯角部進行形狀優(yōu)化。 項目成果使無邊直裂發(fā)生率由30%提高到 95%以上，邊直裂發(fā)生位置全部減小到距邊部10mm以內(nèi)，寬厚板毛邊板交貨合格率達到99.5%以上，減少裁邊可提高板帶材成材率 1%以上。 微合金化鋼熱送裂紋形成機制研究取得突破，提出第二相粒子沿晶界鐵素體膜上的析出與固溶是造成晶界脆化和熱送裂紋產(chǎn)生的原因。而抑制熱送裂紋發(fā)生、實現(xiàn)高溫直裝的核心關鍵是快速將鑄坯的表面溫度降低到鋼的Ar1溫度以下，使約10mm厚度表面層完成奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變；同時保持鑄坯較高的芯部溫度。 為此，項目組開發(fā)了基于鑄坯溫度檢測與實時反饋的動態(tài)快冷控制技術和雙工位鑄坯表面層快冷技術及裝備，提高了鑄坯綜合熱裝比和熱裝溫度；同時滿足連鑄高效生產(chǎn)及節(jié)能、環(huán)保需求。 項目成果使鑄坯進加熱爐所需時間由原來碼垛溫裝的8h減少到約30-45min，鑄坯的斷面平均溫度由500℃提高到750℃以上。依托工程，連鑄坯綜合熱裝率達到95%，直裝率達到 85%以上，加熱爐燃料消耗降低6.9kgce/t。 項目研究發(fā)現(xiàn)，倒角連鑄坯角部是一個本質(zhì)性的高溫區(qū)，在結晶器出口處坯殼出現(xiàn)明顯返溫，返溫區(qū)間長度達300mm以上；隨著拉速增加，返溫會進一步加劇，當拉速從1.2m/min增加到1.8m/min，鑄坯角部應力將增加三倍；結晶器下部突發(fā)性的“渣膜更新”，造成坯殼支撐減弱。這些都是誘發(fā)倒角鑄坯角部縱裂產(chǎn)生的根本原因。 首次開發(fā)出連續(xù)變截面倒角結晶器技術、基于熱流監(jiān)測的錐度動態(tài)控制技術和組合結構的側面支撐足輥裝備技術等，實現(xiàn)了大倒角連鑄坯的高拉速生產(chǎn)，有效避免了鑄坯角部縱裂紋和裂紋敏感性寬厚板鑄坯的角部橫裂紋缺陷發(fā)生。 項目成果使結晶器出口處鑄坯角部應力降低了80%以上，在滿足裂紋敏感性鋼種角部橫裂紋控制的同時，使低碳鋼工作拉速達到1.7m/min，最高達到1.8m/min。同時，使鑄坯表面無缺陷率達到99.6%以上。 本項目集成了板帶材邊直裂控制、熱送裂紋控制、鑄坯表面無缺陷生產(chǎn)等關鍵技術，應用于同一條連鑄生產(chǎn)線。同時，輔助以自主開發(fā)的漏鋼預報、質(zhì)量判定專家系統(tǒng)、在線調(diào)寬、快換中間包、二冷動態(tài)控制、凝固末端輕壓下等智能控制軟件和技術工藝，建成了功能增強型大板坯連鑄機，如圖3所示。 改造建設的功能增強型大板坯連鑄機，實現(xiàn)了典型鋼鐵流程大板坯連鑄的綠色化、高效化制造技術的工程應用，徹底打通和捋順了鑄-軋界面，為鋼鐵企業(yè)降低生產(chǎn)成本、節(jié)能減排提供了保障。 本項目成果共獲得專利33項，包括發(fā)明專利14項，實用新型專利19項。其中，中國發(fā)明專利10項，美國、意大利國際發(fā)明專利4項，德國、奧地利實用新型專利6項。 項目成果首先在邯鋼、首鋼京唐、鞍鋼、萊鋼等大板坯連鑄生產(chǎn)線上進行了集成，建立了工業(yè)化應用示范生產(chǎn)線，取得了良好的效果，引起國內(nèi)外相關企業(yè)的廣泛關注。 2015年9月，鋼鐵研究總院首先與邯鄲鋼鐵集團有限公司展開合作，在邯鋼第三煉鋼廠大板坯連鑄機上開展中厚板邊直裂控制技術和微合金化鋼熱送裂紋控制技術等關鍵單體技術的研究工作。并于2017年底建成集微合金化鋼連鑄坯表面無缺陷生產(chǎn)技術、邊直裂控制技術、熱送裂紋控制技術等關鍵工藝和裝備技術為一體的中厚板高效化、綠色制造示范生產(chǎn)線。 2017年6月，鋼鐵研究總院與萊蕪鋼鐵集團銀山型鋼有限公司開展“寬厚板邊直裂控制技術開發(fā)”合作研究；于2018年6月開展“熱送裂紋控制技術開發(fā)”合作研究；于2018年底建成集微合金化鋼連鑄坯表面無缺陷生產(chǎn)技術、邊直裂控制技術、熱送裂紋控制技術等關鍵工藝和裝備技術為一體的寬厚板高效化、綠色制造示范生產(chǎn)線。 兩家企業(yè)在2019-2021年間產(chǎn)生的經(jīng)濟效益合計18068.95萬元，平均每年6022.65萬元。 另外，項目成果已向國內(nèi)重點生產(chǎn)企業(yè)如柳鋼、包鋼、營口中板廠、新疆八鋼等進行工程化推廣。 據(jù)統(tǒng)計，2020年國內(nèi)中厚板帶產(chǎn)量為2.6177億噸，其中微合金化鋼產(chǎn)量接近1億噸，成果推廣市場前景廣闊。 項目成果可以實現(xiàn)微合金化鋼鑄坯由冷裝到高溫快冷直裝的轉(zhuǎn)變，由此可減少加熱能耗16kgce/t，減少二氧化碳排放43.2kg/t。 若項目成果向國內(nèi)一半微合金化鋼（5000萬噸）市場推廣，每年可節(jié)約80萬噸標煤，減少二氧化碳排放216萬噸，社會和經(jīng)濟效益顯著。
