江陰興澄特鋼世界最大斷面大圓坯連鑄機


高品質大斷面特殊鋼產品是潔凈能源、核電、海洋工程乃至高速鐵路等高端制造業發展的重大需求,其生產技術是衡量一個國家鋼鐵冶金與裝備制造業發展水平的重要標志。

基于市場驅動和國家戰略需求,中冶京誠歷時近十年的產學研跨專業合作,立足自主開發,創建了特殊鋼大斷面圓矩坯連鑄生產新模式。項目團隊突破了連鑄化生產質量保證、工藝技術和成套裝備研發中的系列技術瓶頸,攻克了矯直抗力大、內部與表面質量難以控制等連鑄關鍵技術,創新研發出世界最大規格圓坯和國內最大規格矩形坯特殊鋼連鑄機,在國際上率先實現系列高品質特殊鋼大斷面產品的規?;a和應用,取得了巨大的經濟效益和社會效益,有力地推動了我國特殊鋼冶金裝備、生產技術和后續高端制造業的整體進步。2015年,《高品質特殊鋼大斷面連鑄關鍵技術和裝備開發及應用》榮獲國家科技進步二等獎。

國際原創,技術領先

項目的意義、技術難度和復雜程度為行業共識。工藝理論具有完全自主產權,核心技術全覆蓋。

創新成果1:針對大斷面特殊鋼連鑄內部疏松和成分偏析控制難題,創新提出鋼水注流動量與凝固過熱度強化耗散理論,開發出恒溫、恒拉速旋流澆鑄工藝技術;建立了連鑄電磁流體-熱-溶質傳輸耦合模型,揭示了連鑄過程宏觀偏析形成與分布規律,奠定了大斷面連鑄工藝與產品內部均質性控制的理論基礎。

創新成果2:針對特殊鋼連鑄變形抗力大和極易出現表面裂紋難題,基于對特殊鋼鑄態高溫熱物理、熱塑性及其組織相關性的深入研究,開發出大斷面小曲率、超弱冷和高溫低應變連續矯直技術,以及在線保溫、下線控溫熱裝等成套先進工藝,為消除特殊鋼大斷面連鑄與熱裝過程表面裂紋提供了可靠技術保障。

創新成果3:針對特大斷面特殊鋼連鑄裝備空缺與設計難題,開發了獨有的大斷面結晶器、仿弧液壓振動單元、拉矯與輕壓下機組等關鍵設備,創新設計大斷面鑄機輥列、工藝技術和二冷動態控制系統,首創了世界最大規格全弧形特殊鋼連鑄機,并建立了基于CAE分析的鑄機設計新體系和技術規范。為突破傳統模鑄生產模式、實現大斷面特殊鋼連鑄化高效生產提供了先進的裝備保障。

創新成果4:針對高端制造業緊缺的各類大斷面高品質特殊鋼產品,開發了涵蓋鋼水精煉、保護澆注和多爐連澆等連鑄生產技術,首創系列鋼種及其不同斷面規格的連鑄生產核心工藝和專有技術、開發應用鑄坯質量判定與診斷系統,為連鑄流程規?;a高品質特殊鋼產品提供了可靠的生產工藝保障。

經中國冶金科工集團有限公司鑒定,技術成果總體上達到同類技術國際先進水平,其中特大斷面圓坯(?800-1000毫米)連鑄技術達到國際領先水平。中國金屬學會連續鑄鋼分會評價:特大斷面特殊鋼連鑄填補了世界空白,用連鑄技術替代模鑄工藝,使用戶成材率提高了15%,促進了國內連鑄技術進步,實現了世界鋼鐵行業連鑄領域革命性變革。中國金屬學會冶金設備分會評價:該套連鑄設備是我國第一套國產超大斷面圓坯連鑄設備,也是世界上最大斷面的全弧形連鑄機。該套設備成功投產標志著我國超大規格圓坯連鑄的設計、制造水平達到世界領先水平。2009年和2013年,技術成果先后兩次被世界金屬導報評為《世界鋼鐵工業十大技術要聞》。

廣為推廣,成果卓著

《高品質特殊鋼大斷面連鑄關鍵技術和裝備開發及應用》被列為《鋼鐵工業“十二五”發展規劃》重點發展技術之一。項目創建了大斷面特殊鋼連鑄化生產規范體系和新的產業鏈,培育了國際上特大斷面特殊鋼連鑄產品從無到有的市場。該成果成功應用于江陰興澄特鋼、湖北新冶鋼、東北特鋼集團、衡陽鋼管、河鋼石鋼等多個示范生產企業。其中 “江陰興澄特種鋼鐵有限公司大圓坯連鑄工程設計項目”獲得全國冶金行業優秀工程設計獎一等獎。

生產企業依托該科技成果開發出包括大口徑厚壁超臨界火電高壓鍋爐管、超低溫潔凈能源和海洋工程用鋼等200多個市場緊缺的特殊鋼圓矩坯產品,其中高端產品產量與質量均達到國際先進水平,實物質量取得國際8大船級社認證。P22鋼通過世界最大無縫熱軋鋼管Mannesmann Tubes檢測認證,大斷面軸承鋼Grade255取得世界著名SKF認證。這些產品已應用到瑞典SKF、德國DB鐵路車輪以及德國ThyssenKrupp和美國Caterpillar大型挖掘機等,覆蓋歐美、中東和國內高端制造業。

效益顯著,意義重大

《高品質特殊鋼大斷面連鑄關鍵技術和裝備開發及應用》項目的成功大幅節省了引進國外同類設備的投資。以國際首創的江陰特鋼?1000毫米世界最大斷面圓坯連鑄機為例,其投資額不到由國際著名冶金設備公司研發的、投用時間晚3至4年的?800毫米同類軋機的50%。同時,項目實現了特殊鋼大斷面產品的高質量、規?;c潔凈化的連鑄生產及其批量應用,解決了高端制造業裝備大型化需要高品質規格合適鋼材的難題,直接經濟效益顯著。

此外,項目攻克了現代連鑄代替傳統模鑄的最后堡壘,有力推動了我國特鋼行業結構調整和整體優化升級。連鑄代替模鑄材料利用率提高了15%左右,噸鋼生產二氧化碳排放減少約1.8噸,增效減排突出。特殊鋼連鑄產品潔凈度高(氧含量10ppm以下)、均質性高、質量穩定,在大幅提升國家大型風電、核電、海洋工程等重大工程裝備整體質量、性能和安全性方面意義重大,使我國高端連鑄裝備技術擺脫了長期依賴進口的狀況,并且特殊鋼產品廣泛應用于國內外潔凈能源和石油等行業,特別是主要集中在國際高端產品市場,打造了中國品牌,具有廣泛而顯著的社會效益。 (中冶京誠 供稿)