薄帶鑄軋技術(shù)是一種短流程、近終型薄帶鋼生產(chǎn)技術(shù)，其工藝原理自19世紀50年代提出以來，世界上一些先進鋼鐵企業(yè)和研究機構(gòu)進行過不同程度的技術(shù)探索，如德國蒂森克虜伯的EuroStrip技術(shù)、日本新日鐵的Hikari技術(shù)、韓國浦項的PoStrip技術(shù)、美國紐柯的Castrip技術(shù)、寶鋼的BaoStrip技術(shù)、東北大學的E2Strip技術(shù)等，但只有部分技術(shù)實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，其中工業(yè)化程度最高的紐柯Castrip單條產(chǎn)線年產(chǎn)量僅15萬噸，遠未達到50萬噸的設計產(chǎn)能目標。當前限制薄帶鑄軋技術(shù)進一步發(fā)展的瓶頸主要有四個方面：1.生產(chǎn)穩(wěn)定性差，核心技術(shù)指標偏低，生產(chǎn)成本高。薄帶鑄軋產(chǎn)線是將鋼水到帶鋼卷取集合在一起的連續(xù)性產(chǎn)線，其中一個環(huán)節(jié)出問題，整個生產(chǎn)過程就要中斷，計劃完成率、連澆爐數(shù)、成材率等指標將明顯降低。尤其是在鑄區(qū)，對鋼水質(zhì)量、耐材質(zhì)量、工藝控制等要求非常高。紐柯公司Castrip產(chǎn)線計劃完成率不到80%，連澆爐數(shù)不足4爐，成材率也不到90%，這導致其生產(chǎn)成本較高，產(chǎn)品競爭力不強。2.薄規(guī)格產(chǎn)品比例低，技術(shù)優(yōu)勢未充分發(fā)揮。薄帶鑄軋技術(shù)可直接鑄出2.0mm以下厚度的鑄帶坯，易于實現(xiàn)薄規(guī)格產(chǎn)品生產(chǎn)，同時單機架軋制也利于板型控制。但在集中生產(chǎn)薄規(guī)格產(chǎn)品時，單道次軋制壓下率大，導致板型控制困難。同時，軋機長時間處于高負荷及高輥溫工況下，工作輥磨損快，導致多爐連澆后期帶鋼板面粗糙度快速上升，表面質(zhì)量惡化，因此薄規(guī)格產(chǎn)品高比例連續(xù)集中生產(chǎn)難度極大。紐柯Castrip產(chǎn)線，0.9mm及以下規(guī)格產(chǎn)品生產(chǎn)比例僅2%左右，1500mm以上寬規(guī)格占比更低，薄帶鑄軋工藝易于生產(chǎn)薄規(guī)格產(chǎn)品的優(yōu)勢未能發(fā)揮。3.工藝優(yōu)勢未充分利用，特色品種少。薄帶鑄軋亞快速凝固的優(yōu)勢，可消除易偏析元素含量高的鋼種在凝固過程中的偏析，從而充分利用相應元素的有利作用。但部分元素對于凝固過程和相變過程的影響，會導致鋼水穩(wěn)定成帶困難、帶鋼易出現(xiàn)表面微裂紋等問題，因此此類產(chǎn)品一直未能量產(chǎn)。此外，利用薄帶鑄軋過程強化元素特殊的物理冶金規(guī)律表現(xiàn)，以及短氧化過程的特點，可開發(fā)具有顯著成本優(yōu)勢和良好使用性能的產(chǎn)品。但技術(shù)引進時紐柯公司Castrip產(chǎn)品主要是結(jié)構(gòu)用低碳鋼和低合金高強鋼，在特殊鋼種的開發(fā)和推廣應用方面一直沒有涉及。4.設備由國外供應商提供，采購成本高，部分設備使用效果不理想。薄帶鑄軋產(chǎn)線流程短、工序緊湊，在很短距離內(nèi)工藝控制點多，設備要求高，目前產(chǎn)線設備只能由國外少數(shù)供應商供應，價格高且供貨及時性難以保證。此外，部分設備使用性能不理想，如軋輥熱凸度準確控制困難，影響板形質(zhì)量；冷卻系統(tǒng)對薄帶鋼冷卻均勻性差，局部性能波動大；飛剪系統(tǒng)在大沖擊力條件下難以保證剪切精度等。此類問題提高了技術(shù)普及的成本，也影響了產(chǎn)品質(zhì)量。以上這些問題導致薄帶鑄軋生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品品種少、應用面窄、產(chǎn)品競爭力相對較差，嚴重影響了薄帶鑄軋技術(shù)的推廣和應用。薄帶鑄軋技術(shù)如何實現(xiàn)從“可以生產(chǎn)”到“穩(wěn)定高效生產(chǎn)”的突破已成為鋼鐵行業(yè)亟待解決的難題。沙鋼項目團隊依托國家科技支撐計劃研究，通過對薄帶鑄軋技術(shù)原理、工藝過程及產(chǎn)品特性進行深入了解，對當前薄帶鑄軋技術(shù)進一步發(fā)展的瓶頸問題有了新的認識。為快速解決相應的瓶頸問題，加快實現(xiàn)薄帶鑄軋工藝的高效穩(wěn)定生產(chǎn)及技術(shù)落地，推廣該技術(shù)在國內(nèi)的應用，項目團隊采用引進、消化、吸收、再創(chuàng)新的“高鐵”發(fā)展模式。經(jīng)報科技部批準，于2016年引進美國紐柯公司的Castrip技術(shù)。在此基礎上，重點針對原有技術(shù)生產(chǎn)穩(wěn)定性差、核心技術(shù)指標水平較低、1.0mm以下規(guī)格占比少、品種覆蓋面窄、鑄后區(qū)設備能力精度不足等問題，在以下幾個方面開展工作：穩(wěn)定生產(chǎn)方面，進行斷帶問題分析，重點開展蛇蛋預警及控制研究，側(cè)封板新材料開發(fā)；薄規(guī)格比例提升方面，進行鑄輥輥型設計技術(shù)創(chuàng)新、軋機工作輥表面粗糙度控制技術(shù)研究；產(chǎn)品品種開發(fā)方面，進行薄帶鑄軋工藝過程中物理冶金規(guī)律研究，特殊鋼種成帶問題及表面微裂紋問題研究等；設備方面，進行鑄區(qū)后關(guān)鍵設備的創(chuàng)新及國產(chǎn)化等。1.開展“十二五”國家科技支撐計劃《高品質(zhì)特殊鋼新型短流程生產(chǎn)線技術(shù)開發(fā)與應用示范》課題研究，在此基礎上了解并初步掌握薄帶鑄軋的技術(shù)原理、工藝過程及產(chǎn)品特性，建設薄帶鑄軋生產(chǎn)線，并自主設計鑄區(qū)后全套設備。2.在生產(chǎn)實踐中，重點對各類新技術(shù)、新措施進行工業(yè)化探索，對關(guān)鍵部件的材質(zhì)及設計進行改進并優(yōu)化其使用性能，改進水口設計、優(yōu)化熔池內(nèi)鋼水流場等，實現(xiàn)生產(chǎn)穩(wěn)定化，提升各項生產(chǎn)指標，實現(xiàn)薄帶鑄軋產(chǎn)線高效穩(wěn)定化運行。3.通過開發(fā)鑄輥輥型漸進式設計技術(shù)及帶鋼表面粗糙度控制技術(shù)，實現(xiàn)1.0mm以下薄規(guī)格產(chǎn)出比例的大幅提升；利用薄帶鑄軋工藝優(yōu)勢，開發(fā)可充分發(fā)揮亞快速凝固、快速冷卻特點的高強鋼、高耐候鋼等多個類型產(chǎn)品，拓展薄帶鑄軋產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及應用領(lǐng)域。4.創(chuàng)新技術(shù)的應用及各項指標進一步提升，實現(xiàn)連澆爐數(shù)及連續(xù)穩(wěn)定澆鑄時間大幅提升，爭取薄規(guī)格產(chǎn)出占比達行業(yè)領(lǐng)先水平。實現(xiàn)新開發(fā)產(chǎn)品的質(zhì)量提升及大范圍應用，提高經(jīng)濟效益，并帶動行業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整及技術(shù)推廣等。沙鋼項目團隊針對薄帶鑄軋從“可以生產(chǎn)”到“穩(wěn)定高效生產(chǎn)”跨越的關(guān)鍵性技術(shù)難題，在工藝控制、裝備改進、產(chǎn)品規(guī)格及品種方面進行了大量自主創(chuàng)新，形成了具有獨特優(yōu)勢的創(chuàng)新性高效薄帶鑄軋生產(chǎn)技術(shù)（也叫“超薄帶技術(shù)”）。與紐柯現(xiàn)有的Castrip技術(shù)相比，關(guān)鍵技術(shù)指標大幅提升，薄規(guī)格比例不斷突破，產(chǎn)品品種大幅拓展，并實現(xiàn)了軋線設備的全部國產(chǎn)化，設備投資及工序成本顯著降低，完成了薄帶鑄軋技術(shù)從跟跑、并行到領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變。沙鋼薄帶鑄軋產(chǎn)線已成為世界上生產(chǎn)指標最好的薄帶鑄軋生產(chǎn)線。主要創(chuàng)新性成果如下：1.實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)：薄帶鑄軋生產(chǎn)過程中，由鑄輥和側(cè)封板形成的熔池是一個非穩(wěn)態(tài)的開放結(jié)構(gòu)，受到各種因素影響，穩(wěn)定控制難度極大。當前制約薄帶鑄軋連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的兩個主要瓶頸為：“蛇蛋”斷帶導致的意外停澆、側(cè)封板磨損快導致的被迫停澆。針對鑄軋生產(chǎn)過程斷帶頻繁發(fā)生、側(cè)封故障不斷的行業(yè)難題，創(chuàng)新開發(fā)出“蛇蛋”預警、控制模型及高性能側(cè)封板新型材料等連續(xù)穩(wěn)定化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，連澆爐數(shù)較紐柯公司的不足4爐提升至約6爐，連續(xù)穩(wěn)定澆鑄時間由約5小時提高到接近8小時，較紐柯公司提高50%以上。2.實現(xiàn)1.0mm以下薄規(guī)格高比例生產(chǎn)：生產(chǎn)1.0mm以下薄規(guī)格熱軋帶鋼一直是鋼鐵行業(yè)的難題，常規(guī)熱連軋、薄板坯連鑄連軋都存在生產(chǎn)成本高、過渡材多的問題。紐柯公司的Castrip產(chǎn)品0.9mm及以下的超薄規(guī)格占比僅2%，薄帶鑄軋工藝易于生產(chǎn)薄規(guī)格的優(yōu)勢未能充分體現(xiàn)。針對超薄規(guī)格熱軋帶鋼生產(chǎn)難度大、占比低的問題，自主開發(fā)出鑄輥輥型漸進式設計技術(shù)和長時間大壓下工況下帶鋼表面粗糙度穩(wěn)定控制技術(shù)，使帶鋼表面粗糙度均值穩(wěn)定控制在1μm以下，實現(xiàn)典型澆次中1.0mm、0.9mm和0.8mm及以下規(guī)格產(chǎn)出占比分別達到90%、80%和55%以上的行業(yè)最高水平。3.實現(xiàn)多種高品質(zhì)特殊鋼產(chǎn)品量產(chǎn)：薄帶鑄軋自鋼水凝固至卷取成卷時間不足半分鐘，添加的微合金元素沒有充足時間析出，卷取后基本仍以固溶態(tài)存在于基體中，析出強化效果未發(fā)揮。另外，還存在“以熱代冷”產(chǎn)品表面質(zhì)量難以達到使用要求，特殊鋼品種生產(chǎn)難度大等問題。針對這些問題，自主開發(fā)出新型軋后熱處理工藝、封閉型表面氧化控制技術(shù)和特殊鋼成帶及缺陷控制技術(shù)等一系列生產(chǎn)工藝訣竅，率先開發(fā)出合金減量化高強鋼、外觀件用“以熱代冷”產(chǎn)品、高碳鋼、高磷鋼及含硼鋼等多個特殊鋼產(chǎn)品，拓展了薄帶鑄軋產(chǎn)品的品種結(jié)構(gòu)及應用領(lǐng)域。4.實現(xiàn)鑄區(qū)后設備全部國產(chǎn)化：針對薄帶鑄軋工藝對設備制造精度、運行穩(wěn)定性要求高的特點，開發(fā)了適用于薄帶鑄軋的CERI?四輥軋機、超強精密氣霧冷卻裝置、雙剪刃耦合飛剪等成套裝備，實現(xiàn)了澆鑄區(qū)域后生產(chǎn)線設備的全部國產(chǎn)化，填補了設備從設計到制造成套技術(shù)的空白，解決了超薄規(guī)格產(chǎn)品長期軋制穩(wěn)定性差、輥耗高、尺寸控制精度低的技術(shù)難題。項目共申請專利58項（其中發(fā)明47項），已授權(quán)27項，制定團體標準4項；經(jīng)中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會鑒定為“國際領(lǐng)先水平”，并榮獲2021年冶金科學技術(shù)獎一等獎。該創(chuàng)新成果在沙鋼薄帶鑄軋產(chǎn)線的工業(yè)化實踐過程中不斷完善成型，并在該產(chǎn)線上得到了全面應用，取得了明顯的效果。關(guān)鍵技術(shù)指標如計劃完成率、連澆爐數(shù)、連續(xù)穩(wěn)定澆鑄時間、成材率、薄規(guī)格產(chǎn)出占比等較原有技術(shù)均大幅提升，典型澆次中薄規(guī)格產(chǎn)出占比達到行業(yè)最高水平。2020年全年沙鋼薄帶鑄軋產(chǎn)線生產(chǎn)結(jié)構(gòu)鋼、高強鋼、耐候鋼、高強鍍鋅板、加硼鋼等共43萬噸，超過世界上其它3條工業(yè)化Castrip產(chǎn)線年產(chǎn)量之和，創(chuàng)造產(chǎn)值超20億元。2021年上半年完成產(chǎn)量25.4萬噸，首次實現(xiàn)薄帶鑄軋產(chǎn)線達到設計產(chǎn)能，產(chǎn)品出口占比超50%，提高了創(chuàng)效能力，有力地提升了中國鋼鐵產(chǎn)品在世界范圍的形象。產(chǎn)品中，結(jié)構(gòu)鋼、車輛用高強鋼、耐候集裝箱板、中高碳鋼、高強度鍍鋅板等產(chǎn)品，應用于農(nóng)機、橋架、廂式貨車、高強支架、輕型車輪、集裝箱、五金工具、外觀飾板等領(lǐng)域，取得了良好的使用效果，并在不斷擴大應用領(lǐng)域。該技術(shù)的應用推廣也創(chuàng)造了巨大的社會效益，產(chǎn)線長度不足50米，總能耗、CO2排放量僅為傳統(tǒng)熱軋產(chǎn)線的16%、25%，在節(jié)能、降耗、減排方面效果顯著。沙鋼薄帶鑄軋產(chǎn)線經(jīng)過技術(shù)創(chuàng)新，已成為世界上同類技術(shù)生產(chǎn)指標最好的生產(chǎn)線，在生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、裝備水平及生產(chǎn)成本等方面樹立了新的標尺，為薄帶鑄軋技術(shù)的推廣及應用起到了示范作用。在碳達峰、碳中和的大背景下，為金屬材料加工領(lǐng)域提供了一個新的低碳、超低碳的加工路徑及方法，對全世界金屬加工行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級都將產(chǎn)生新啟發(fā)。
