连铸中间包“无头浇注”工艺的起源、实践与未来

一、“无头浇注”工艺概念的起源　　2013年，原济钢从事连铸技术工作多年的李殿明同志，申请了《一种金属熔液提...

一、“无头浇注”工艺概念的起源

2013年，原济钢从事连铸技术工作多年的李殿明同志，申请了《一种金属熔液提纯中间包》的实用新型专利(专利号：ZL201320731068.8)。该专利思想从实现高洁净钢生产角度出发，突破了辅助钢水包、H型中间包、双回转台、V型中间包的技术思路局限，在世界范围内，提出了“多点浇注”、“椭圆锥形中间包”、“模块式中间包”三大突破思路，国际首创“连铸中间包无头浇注”工艺的概念，并指出“无头浇注”工艺将是从根本上实现连铸中间包恒重量、恒液面、恒拉速、恒温度的“四恒”浇注的先进方法。

为了将思考二十多年的专利成果转化为生产力，促进连铸坯质量的提高，为加速连铸技术的进步，加速我国连铸工艺更新换代上档次，笔者受连铸学会邀请，于2016年4月在上海大学召开的高品质钢研讨会议上，宣读了《一种金属熔液提纯中间包的专利构想》的专题报告，于2016年10月在江西新余召开的全国连铸会议上，宣读了《超速连铸的探索、突破与进展》的专题报告，提出了推广应用“无头浇注”工艺的优越性和更新换代的直接好处和必要性，与参会领导、教授、专家等同志达成了共识。



二、推广的前景和潜力

当前在世界范围内，无头轧制技术成为热点，尤其是日照钢铁ESP生产线投产后，以其显著的低成本优势为企业带来显著地经济效益。但是在我国，自连铸技术诞生以来，直到现在，更换钢包时由于中间包接受钢水停顿2-3分钟，由此带来的卷渣造成的纯净钢液污染问题，一直没有从根本上得到很好地解决，这也制约了高级钢种产品质量的稳定和提高，以及生产成本的降低。




三、世界范围内“无头浇注”工艺的实践历程（之前都是技术改进，没有上升到概念层次）

1970年10月投产的日本名古屋1号板坯连铸机，在世界上首次采用了“无头浇注工艺”，开创了连铸机工艺技术进步的一个里程碑。该“无头浇注工艺”即是“H型中间包”的前身，被命名为“LLTM”浇注方式---“LadleLadleTundishMould”。这项技术对改进铸坯质量起了非常重要的作用。在钢水包和中间包之间采用辅助钢水包，有利于钢包冶金，起扩大中间包容积的作用，相当于把中间包扩大许多倍。在辅助钢水包中去除夹杂物和防止渣子进入中间包的效果非常明显，由渣子引起的表面缺陷减少，有利于板坯（中厚板用）的无清理轧制。与夹杂物有关的各种产品缺陷也随之降低。名古屋1号板坯连铸机由于采用了以LLTM浇铸为基础的大量改进措施，在制造DI罐过程中，凸缘上由小于100μm的微型夹杂物引起的裂纹显著减少，因此可以稳定地生产制造DI罐用的镀锡板。

之后日本名古屋钢厂2号连铸机于1980年11月投产，首次采用“H型中间包”，进一步优化完善了“无头浇注”工艺，确保非金属夹杂物的上浮和延长恒定拉速多炉连浇的周期，用于生产高纯净度的板坯。H型中间包通过耐火材料墙将中间包的入口和出口分割在两个部分，通过墙底的通道将两部分连接在一起。前一包钢液和后一包钢液可以同时由长水口注入中间包而不降低换包期间内熔池深度。由于延长了钢液流动路径，钢液在中间包内的停留时间也随之延长。上一包钢液可以低流量倾空直至临近结束，这样就可以使钢包中极大部分钢液注入到中间包内，而且减少入口区域因漩涡和倾空所引起的钢包渣夹带。这台连铸机一直操作顺利，到1981年5月浇铸了20万吨钢。该技术被2006年中国钢铁协会赴日本考察团称为：【不可复制的竞争力】。

1996年韩国浦项光阳钢厂首次采用双回转台，用来实现与薄板坯连铸机匹配的“无头浇注”工艺。该公司引进了一条在线带钢生产（ISP）紧凑式工艺，这条生产线配备两流浇铸，该项目的最终目标是建立起每流年产能180万t及最高8.0m/min拉坯速度下的稳定生产条件。当生产率极高时，在快速换包过程中，中间包内的钢水重量急剧降低。若使用传统钢包回转台，则在生产率5.5t/min情况下，在换包过程中，27t钢水大约需要浇注5min，因此，为了保证连浇，必须降低拉坯速度，这可能引起产品质量严重恶化。为了避免产生这一问题以及在中间包重量恒定的情况下实现连浇，安装了两个相同的回转台，即“双回转台”系统，使得钢水由钢包连续不断地供给中间包，将中间包重量波动控制在2—3t范围，而使用单回转台系统时，中间包重量波动达到10—20t。在双流浇注操作时，这套双回转台系统体现出显著地优势，中间包内的钢水液面和温度变化极小，尤其实塞棒附近的钢水温度波动能够维持在±5℃范围内。

荷兰Corus艾默伊登（IJmuiden）厂2000年在新建DSP连铸机上，优化设计了V形中间包以实施“无头浇注”工艺。该公司引进的DSP薄板坯连铸-直接轧制生产线，产能为130万吨，浇铸速度为6米/分钟，带钢产品的宽度范围为750毫米至1560毫米，最终产品的厚度减薄为0.7毫米。该厂300吨2号转炉出来的钢水进入钢包精炼，然后经连铸机浇铸出70毫米的板坯。为了改善连铸坯质量和将拉速提高到6米/分钟，考虑到洁净钢生产和钢包调换，采用了具备诸多优点的“V形中间包”等关键设备。




四、经济效益计算与推广应用无头浇注工艺的意义

无头浇注工艺好处很多，初步估算高级特钢单流板坯铸机应用效益约为5000万元/年。

以某炼钢厂150吨钢包，年产150万吨单流不锈钢板坯连铸机为例，则年生产炉数为1万炉。应用该技术的经济效益有：

1.可减少更换钢包时的降级坯及遗传到钢板的降级损失

按中间包连浇炉数16炉计算，每炉钢可减少更换钢包时的降级坯10吨，挽回经济损失按1000元/吨计算，该铸机生产高级钢种比例按50%，应用该技术的贡献率按80%计算，则全年避免质量降级的经济损失为10000×10×1000×50%×60%=3000万元

2.可减少中间包浇余剩钢损失

常规中间包剩钢为3吨，应用该技术中间包剩钢可降至1吨以下，按每包节约钢水2吨计算，每吨钢合格坯与废钢差价按800元，全年用中包个数按10000/16=625计算，全年挽回经济损失625×2×800=100万元

3.可避免钢包剩钢损失

国内不锈钢冷轧板和超低碳钢冷轧板如（汽车板）普遍的连铸生产工艺是每包钢水剩钢2-3吨，直接损失是每包钢水2000-3000元。（2015年西安连铸会议论文集P299，宝钢申屠理锋等提供的数据：在钢包浇注结束时，150吨的钢包平均剩余的铸余渣为4吨以上，其中纯净钢水在2吨以上；300吨的钢包平均铸余渣为6吨，其中纯净钢水3吨以上。按照普碳钢的成本3500元/吨，渣钢成本1350元/吨，每减少1吨钢水浪费的价值是2150元。）

按照60万吨冷轧板年产量计算，按照普碳钢与渣钢2150元/吨差价计算，每年损失2150×4000（炉）×2（平均2吨/包）=1720万元。应用该专利技术，可以完全彻底避免这个损失。

以上三项合计，则一台铸机全年效益为3000+100+1720=4820万元。

即可降低吨钢成本4820/150=32元。

　4.节约耐火材料、降低温度损失等的经济效益暂不计算。

　5.降低钢种全氧，提高钢材附加值

以兴澄特钢的国际标准轴承钢为例，钢种全氧达到4ppm，钢材售价比全氧6ppm高出500元/吨。若实施此无头浇注工艺，对于开发与国际竞争对手抗衡的高品质钢种（如高级汽车板、核电用钢、军工钢等）的战略意义不言而喻。若年产100万吨国际标准高品质钢，其经济价值为100万吨×500元=5亿元/年。(贡献率按10%计算，经济效益为5000万元/年)

在全国推广使用该新工艺、新技术，按全国钢产量6亿吨，可节约成本72亿元；按高品质钢种1亿吨，可增加高附加值利润10亿元，经济效益非常可观。

在国外推广使用该新工艺、新技术，按国外钢产量15亿吨，可节约成本180亿元；按高品质钢种3亿吨，可增加高附加值利润30亿元，经济效益显著可观。



五、投资回收期

从炼钢工作者的观点看，这一技术的最好和最为关注的一点就是回报期短。对新建高效连铸机来讲，一次性投资按1000万元计算，投资回收期为1000/4782.5×12=2.5月。对旧连铸机改造来讲，考虑到停产损失等，一次性投资按2000万元计算，投资回收期为2000/4782.5×12=5.0月。使用这项技术的人，无头浇注工艺的先进性及真正效益很快就会体现。



六、结语

笔者坚信，无头浇注工艺将显著提高钢材质量，降低钢材成本，提高高附加值钢材售价，是有实力的钢铁企业关键战略技术投资方向。

于2016年12月29日

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