突破壁垒砺炼成钢

　　钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是建设现代化强国的重要支撑，也是实现绿色低碳发展的重要领域，必须依靠技术创新，有序推进行业碳达峰、碳中和，才能让绿色成为钢铁行业高质量发展的底色。
　　在2021年度广西科学技术奖榜单中，柳钢集团与北京科技大学共同完成的《新一代板坯连铸动态二冷及可控压下关键技术》项目喜获科学技术进步奖二等奖。项目中连铸是连续铸钢的简称，是炼钢后将钢水凝固成钢坯的一道工序。这一成果应用后，可有效控制连铸坯表面横裂纹、中心疏松等缺陷的产生，大大提升钢材质量。
　　钢材是国家建设和实现现代化必不可少的重要物资，它应用广泛、品种繁多。其中粗钢是指完成了冶炼全过程、未经塑性加工的钢。国际上一般用粗钢产量作为反映一个国家钢铁生产规模和发展水平的标志性指标。
　　粗钢冶炼完成后，经过连铸机铸造可以制成连铸坯，按照外形不同可以分为用来轧制板材的板坯，轧制型钢、线材的方坯，轧制热轧带钢的矩形坯以及轧制无缝钢管的圆坯。
　　连铸板坯主要缺陷有表面裂纹、内部裂纹、中心偏析等，这些缺陷严重制约了连铸坯生产，直接影响钢材质量。
　　评价连铸坯的质量，主要有四项指标，即铸坯几何形状、表面质量、内部组织致密度和钢的清洁度。这四项指标的好坏又与连铸机设计、采取的工艺以及铸坯凝固的特点密切相关。连铸坯在浇铸和凝固过程中经受冷却、弯曲、矫直、拉引、夹持和钢液静压头等热应力、机械应力作用，内部容易产生各种裂纹缺陷；而连铸坯的凝固特点容易产生中心偏析和疏松等内部缺陷，危害连铸坯质量。
　　总部位于奥地利的奥钢联集团是国际知名钢铁公司，在工具钢和特种型材领域是全球市场的领军者。该公司针对连铸坯存在的缺陷研究开发了相应的生产软件，利用已有的科技优势，形成技术垄断和技术封锁，以实现利益最大化。
　　他们报价大概是1000万左右，但只允许在他们设计的铸机上使用这套软件，买了软件还要买铸机，铸机里是个黑匣子，我们还是没办法解构里面的一些机理，看不到它是怎么运作的。
　　作为我国华南、西南地区一家特大型钢铁联合企业，柳钢集团位列2022年中国企业500强第193位，上榜全球50大钢企第18位。面对技术壁垒和瓶颈，如何打破垄断，柳钢集团当时亟需一套应用于生产环节的软件系统，而软件的研发需要大量生产数据支撑。
　　攻关的难点在于，二次冷却水和压下程序是一个固定的标准值，而实际生产中，由于每炉钢钢水温度不同，铸机拉速不同，要根据实际情况配水冷却，压下工序有13个扇形段要结合钢坯凝固理论，从热到冷的变化，精准地设计出每段辊缝值的精度，把标准值变为生产过程中的动态值。
　　创新是企业赖以生存的基石。面对连铸坯生产缺陷的难题，2019年，柳钢集团技术中心、柳钢集团转炉厂联合北京科技大学组织科技人员进行攻关。
　　陈利是柳钢集团转炉厂主管技术的副厂长，大学毕业后就在柳钢集团转炉炼钢厂一线工作。转炉连铸车间主管工艺的副主任周律敏2015年武汉科技大学研究生毕业后也在柳钢集团转炉炼钢厂一线工作。接下研发任务后，这群充满活力的柳钢人发挥集体智慧，在高温恶劣环境下，坚守生产一线，研究收集生产数据，集思广益攻克难关。
　　科技创新人员都憋着一股劲，一定要翻过这座大山，啃下这块硬骨头，生产一线经验丰富的技术人员与研发人员沉下心来，在实践生产中不断试验，不断摸索。
　　传统的板坯连铸机二冷配水为静态、二维模式，存在非稳态状况下铸坯热滞后、表面温度波动大、不能容纳复杂边界条件、未考虑季节和浇注周期影响等问题。
　　课题组结合钢水凝固特点，采用更为接近实际的边界条件，考虑了铸坯宽度方向传热、季节和浇注周期对铸坯冷却的影响，建立了新型二冷配水数据库，开发出新一代板坯在线动态配水软件。软件采用双目标温度确定和控制技术控制冷却水量和铸坯表面温度。
　　我们经过大量试验取得关键数据，设计出科学精准的二冷配水软件，解决了二冷配水问题，接下来就是压下技术，各种因素造成原有粗放单一的压下技术不能满足钢种的变化，就需要不断地试验取得数据。
　　板坯连铸机通常压下区间为24个扇形段，压下区间长，压下效果不理想；非稳态浇注时，压下工艺、压下参数会频繁波动；低拉速时，需要重新投入压下，造成较长一段铸坯未被压下，这段铸坯的偏析、疏松级别较重；老旧连铸机实施压下时存在压下力不足，尤其是连铸坯宽度中心部位，压下效果不佳。
　　课题组综合多方因素，经过实际生产得到了宝贵的参数。有了压下参数确定的理论依据，就可以对变拉速、异钢种混浇等非稳态浇注过程进行准确跟踪、预报，并对这些过程的二冷控制、压下实施进行相应的优化处理，改善了异常工况铸坯的质量。
　　此外，柳钢技术人员还创新利用悬浮标定方法，应用于板坯连铸机扇形段辊缝的标定。标定过程劳动强度明显降低，标定效率及辊缝控制精度明显提高，铸坯内部质量得到有效保障，并创新引进了内外弧弧心重合时的辊缝值标定，标定更精准、合理、快捷。
　　2021年，在全体研发团队努力下，柳钢集团终于成功开发了新一代板坯在线动态配水及可控压下软件，摸索出解决连铸坯生产中问题的方法，形成自有知识产权的关键技术。
　　新一代板坯在线动态配水及可控压下软件属首创，该技术的配水、压下软件各项技术指标均能达到或超过国际水平，软件的开发与应用，成功打破了国外连铸技术壁垒，使得我国连铸生产中最重要的软件技术不再受制于人，解决了卡脖子的问题。产品质量得到很大提升，效果很好。
　　新一代板坯在线动态配水及可控压下软件在柳钢推广应用后，微合金钢及中碳合金钢铸坯表面角（横）裂纹显著减轻，中碳（合金）钢及高碳钢中心偏析、缩孔明显改善，在提高铸坯质量、改善生产顺行、提高热送热装比、降低劳动强度等方面取得明显成效，社会和经济效益显著。成果获得国家授权专利5项，软件著作权2项，形成多项技术诀窍。中国金属学会组织专家评价委员会鉴定，项目技术成果达到国际领先水平，相继获得中国钢铁工业协会、中国金属学会冶金科学技术奖二等奖，2021年度广西科学技术奖二等奖。
　　真正的核心技术是买不来也换不来的，不能抱任何幻想。经过科研团队的努力，我们掌握了连铸坯的核心技术，实现科技自立自强，走出一条适合我们的创新路子，提升原始创新能力，对企业高质量发展有了保证。
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