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興澄特鋼“超厚規(guī)格直弧型板坯連鑄機成套技術開發(fā)與應用”獲得特等獎
近日，2025年中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會及中國金屬學會冶金科學技術獎授獎結果正式公布，中冶京誠牽頭完成的“超厚規(guī)格直弧型板坯連鑄機成套技術開發(fā)與應用”獲得特等獎，該項目聯(lián)合東北大學、江陰興澄特鋼等單位，針對高性能特厚規(guī)格板材(厚度≥100mm特厚板)的重大需求，研發(fā)形成≥450mm直弧型超厚板坯連鑄關鍵技術與成套裝備，開辟了特厚規(guī)格板材高效綠色生產(chǎn)新流程。在興澄特鋼建成世界上首條450mm厚直弧型超厚板坯連鑄產(chǎn)線，并在5家企業(yè)推廣應用，替代模鑄等實現(xiàn)海工、能源等高端特厚板產(chǎn)品全覆蓋，已用于白鶴灘、?；柕葒夜こ蹋⒐┴浬程貒跛取耙粠б宦贰敝攸c項目，研發(fā)團隊獲得全國工人先鋒號、全國先進工作者等榮譽，項目的研發(fā)顯著提升關鍵金屬材料與高端裝備制造保障能力，推動重大裝備技術創(chuàng)新與引領發(fā)展。
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鍵材料，其年需求量近300萬噸（≥100mm厚），廣泛應用于海洋平臺、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)格的坯料則通常采用模鑄、真空復合焊接等方式制備，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，但工程建設復雜，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，而且墜坯風險高，難以高效生產(chǎn)，無法適應我國高質(zhì)量發(fā)展的迫切需求。
鑒于此，本項目立足國家戰(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（如圖1所示），可實現(xiàn)除超大單重厚板外（厚度≥260mm，年需求量僅5~10萬噸）的絕大多數(shù)高性能特厚板的高效綠色生產(chǎn)。然而，本項目研發(fā)前直弧型連鑄機最大生產(chǎn)厚度僅400mm，若提升至450mm，鑄坯矯直應力將增加60%、裂紋風險增加3倍，且難以保障高變形抗力與重載沖擊下（結晶器負載增加23%、彎/矯抗力增加42%）的高精度運行要求（結晶器振動偏差≤±0.08mm、輥縫誤差≤±0.1mm），國內(nèi)外均無相關設計先例與規(guī)范標準。
鑒于此，本項目圍繞≥450mm直弧型超厚板連鑄關鍵技術與成套裝備研發(fā)及工程應用開展攻關，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，提出了裝備設計新思想與工藝控制新準則，研發(fā)形成了低裂紋風險、高均質(zhì)凝固的直弧型超厚板坯連鑄關鍵工藝技術，研制出了國際首臺套450mm×2600mm直弧型超厚板坯連鑄機，并實現(xiàn)了規(guī)模化推廣應用。研究總體思路與技術路線如圖2所示。
主要創(chuàng)新如下：
1.準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，構建了矯直過程“工藝-輥列-裂紋風險”映射關系，提出了矯直角部溫度≤750℃、應變≤1.5%，兩相區(qū)應變≤0.6%的“低應變輥列+低溫矯直”的低裂紋風險裝備設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≤0.8m的超厚板坯高均質(zhì)凝固控制準則。
2.首創(chuàng)超厚板坯小曲率半徑、四分節(jié)輥低應變連續(xù)矯直的密排輥列技術，通過45回路二冷精細分區(qū)、動態(tài)幅切等精準調(diào)控，確保角部矯直應變<0.79%，裂紋敏感鋼超低裂紋率≤0.4%，遠低于臨界要求，突破了鑄機基本弧半徑R應為鑄坯厚度30倍的常規(guī)連鑄設計理論，被業(yè)內(nèi)公認為超厚板坯連鑄機彎曲矯直最佳技術方案，首次實現(xiàn)R11m基本弧生產(chǎn)450mm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，鑄坯中心偏析C類1.0級率≥91%。
3.研制出貼合坯殼收縮特征的曲面結晶器及高精度振動系統(tǒng)(寬面橫向溫差≤10℃、振動橫向偏差≤±0.08mm、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13000kN、輥縫誤差≤±0.1mm)，24000kN壓坯力SLR扇形段(全球最大)，提升壓下量65%的低抗力、高壽命漸變曲率凸型輥等核心裝備。研發(fā)應用了基于數(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)了關鍵裝備異常檢出、結晶器液位準確控制、漏鋼精準預報等，確保了關鍵工藝、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450mm厚直弧型超厚板坯連鑄產(chǎn)線，在多家重點鋼企規(guī)模化應用，產(chǎn)線全球占比達83.3%，創(chuàng)建了超厚板坯連鑄設計體系、技術標準與生產(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)品達到國際領先水平，高性能特厚板產(chǎn)品市場占有率超70%，應用于白鶴灘水電站（單機容量世界最大）、“海基二號”（亞洲最深海洋平臺）、N966風電安裝船（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，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)“海基二號”總體減重18%（近5000噸），大跨度鋼結構建筑—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計，推動了特厚板產(chǎn)品研發(fā)-生產(chǎn)-應用全鏈條低碳綠色創(chuàng)新。
獲授權發(fā)明專利76件，登記軟件著作權17件，制定國家、團體標準13項，近三年（2022-2024）累計新增利稅71億元，被中國金屬學會評價為整體技術國際領先，顯著提升我國關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原始創(chuàng)新與引領發(fā)展，項目團隊獲全國工人先鋒號、全國先進工作者等榮譽。
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