薄帶鑄軋技術是一種短流程、近終型薄帶鋼生產技術，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)和研究機構進行過不同程度的技術探索，如德國蒂森克虜伯的EuroStrip技術、日本新日鐵的Hikari技術、韓國浦項的PoStrip技術、美國紐柯的Castrip技術、寶鋼的BaoStrip技術、東北大學的E2Strip技術等，但只有部分技術實現(xiàn)了工業(yè)化生產，其中工業(yè)化程度最高的紐柯Castrip單條產線年產量僅15萬噸，遠未達到50萬噸的設計產能目標。當前限制薄帶鑄軋技術進一步發(fā)展的瓶頸主要有四個方面：1.生產穩(wěn)定性差，核心技術指標偏低，生產成本高。薄帶鑄軋產線是將鋼水到帶鋼卷取集合在一起的連續(xù)性產線，其中一個環(huán)節(jié)出問題，整個生產過程就要中斷，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)，對鋼水質量、耐材質量、工藝控制等要求非常高。紐柯公司Castrip產線計劃完成率不到80%，連澆爐數(shù)不足4爐，成材率也不到90%，這導致其生產成本較高，產品競爭力不強。2.薄規(guī)格產品比例低，技術優(yōu)勢未充分發(fā)揮。薄帶鑄軋技術可直接鑄出2.0mm以下厚度的鑄帶坯，易于實現(xiàn)薄規(guī)格產品生產，同時單機架軋制也利于板型控制。但在集中生產薄規(guī)格產品時，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，表面質量惡化，因此薄規(guī)格產品高比例連續(xù)集中生產難度極大。紐柯Castrip產線，0.9mm及以下規(guī)格產品生產比例僅2%左右，1500mm以上寬規(guī)格占比更低，薄帶鑄軋工藝易于生產薄規(guī)格產品的優(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，因此此類產品一直未能量產。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品。但技術引進時紐柯公司Castrip產品主要是結構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。薄帶鑄軋產線流程短、工序緊湊，在很短距離內工藝控制點多，設備要求高，目前產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普及的成本，也影響了產品質量。以上這些問題導致薄帶鑄軋生產成本高、產品品種少、應用面窄、產品競爭力相對較差，嚴重影響了薄帶鑄軋技術的推廣和應用。薄帶鑄軋技術如何實現(xiàn)從“可以生產”到“穩(wěn)定高效生產”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原理、工藝過程及產品特性進行深入了解，對當前薄帶鑄軋技術進一步發(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)定生產及技術落地，推廣該技術在國內的應用，項目團隊采用引進、消化、吸收、再創(chuàng)新的“高鐵”發(fā)展模式。經報科技部批準，于2016年引進美國紐柯公司的Castrip技術。在此基礎上，重點針對原有技術生產穩(wěn)定性差、核心技術指標水平較低、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)定生產方面，進行斷帶問題分析，重點開展蛇蛋預警及控制研究，側封板新材料開發(fā)；薄規(guī)格比例提升方面，進行鑄輥輥型設計技術創(chuàng)新、軋機工作輥表面粗糙度控制技術研究；產品品種開發(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)后關鍵設備的創(chuàng)新及國產化等。1.開展“十二五”國家科技支撐計劃《高品質特殊鋼新型短流程生產線技術開發(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原理、工藝過程及產品特性，建設薄帶鑄軋生產線，并自主設計鑄區(qū)后全套設備。2.在生產實踐中，重點對各類新技術、新措施進行工業(yè)化探索，對關鍵部件的材質及設計進行改進并優(yōu)化其使用性能，改進水口設計、優(yōu)化熔池內鋼水流場等，實現(xiàn)生產穩(wěn)定化，提升各項生產指標，實現(xiàn)薄帶鑄軋產線高效穩(wěn)定化運行。3.通過開發(fā)鑄輥輥型漸進式設計技術及帶鋼表面粗糙度控制技術，實現(xiàn)1.0mm以下薄規(guī)格產出比例的大幅提升；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品，拓展薄帶鑄軋產品結構及應用領域。4.創(chuàng)新技術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)格產出占比達行業(yè)領先水平。實現(xiàn)新開發(fā)產品的質量提升及大范圍應用，提高經濟效益，并帶動行業(yè)的產品結構調整及技術推廣等。沙鋼項目團隊針對薄帶鑄軋從“可以生產”到“穩(wěn)定高效生產”跨越的關鍵性技術難題，在工藝控制、裝備改進、產品規(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技術（也叫“超薄帶技術”）。與紐柯現(xiàn)有的Castrip技術相比，關鍵技術指標大幅提升，薄規(guī)格比例不斷突破，產品品種大幅拓展，并實現(xiàn)了軋線設備的全部國產化，設備投資及工序成本顯著降低，完成了薄帶鑄軋技術從跟跑、并行到領跑的轉變。沙鋼薄帶鑄軋產線已成為世界上生產指標最好的薄帶鑄軋生產線。主要創(chuàng)新性成果如下：1.實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定生產：薄帶鑄軋生產過程中，由鑄輥和側封板形成的熔池是一個非穩(wěn)態(tài)的開放結構，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)定生產的兩個主要瓶頸為：“蛇蛋”斷帶導致的意外停澆、側封板磨損快導致的被迫停澆。針對鑄軋生產過程斷帶頻繁發(fā)生、側封故障不斷的行業(yè)難題，創(chuàng)新開發(fā)出“蛇蛋”預警、控制模型及高性能側封板新型材料等連續(xù)穩(wěn)定化生產關鍵技術，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：生產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成本高、過渡材多的問題。紐柯公司的Castrip產品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和長時間大壓下工況下帶鋼表面粗糙度穩(wěn)定控制技術，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)多種高品質特殊鋼產品量產：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”產品表面質量難以達到使用要求，特殊鋼品種生產難度大等問題。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和特殊鋼成帶及缺陷控制技術等一系列生產工藝訣竅，率先開發(fā)出合金減量化高強鋼、外觀件用“以熱代冷”產品、高碳鋼、高磷鋼及含硼鋼等多個特殊鋼產品，拓展了薄帶鑄軋產品的品種結構及應用領域。4.實現(xiàn)鑄區(qū)后設備全部國產化：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)域后生產線設備的全部國產化，填補了設備從設計到制造成套技術的空白，解決了超薄規(guī)格產品長期軋制穩(wěn)定性差、輥耗高、尺寸控制精度低的技術難題。項目共申請專利58項（其中發(fā)明47項），已授權27項，制定團體標準4項；經中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會鑒定為“國際領先水平”，并榮獲2021年冶金科學技術獎一等獎。該創(chuàng)新成果在沙鋼薄帶鑄軋產線的工業(yè)化實踐過程中不斷完善成型，并在該產線上得到了全面應用，取得了明顯的效果。關鍵技術指標如計劃完成率、連澆爐數(shù)、連續(xù)穩(wěn)定澆鑄時間、成材率、薄規(guī)格產出占比等較原有技術均大幅提升，典型澆次中薄規(guī)格產出占比達到行業(yè)最高水平。2020年全年沙鋼薄帶鑄軋產線生產結構鋼、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產線年產量之和，創(chuàng)造產值超20億元。2021年上半年完成產量25.4萬噸，首次實現(xiàn)薄帶鑄軋產線達到設計產能，產品出口占比超50%，提高了創(chuàng)效能力，有力地提升了中國鋼鐵產品在世界范圍的形象。產品中，結構鋼、車輛用高強鋼、耐候集裝箱板、中高碳鋼、高強度鍍鋅板等產品，應用于農機、橋架、廂式貨車、高強支架、輕型車輪、集裝箱、五金工具、外觀飾板等領域，取得了良好的使用效果，并在不斷擴大應用領域。該技術的應用推廣也創(chuàng)造了巨大的社會效益，產線長度不足50米，總能耗、CO2排放量僅為傳統(tǒng)熱軋產線的16%、25%，在節(jié)能、降耗、減排方面效果顯著。沙鋼薄帶鑄軋產線經過技術創(chuàng)新，已成為世界上同類技術生產指標最好的生產線，在生產效率、產品質量、裝備水平及生產成本等方面樹立了新的標尺，為薄帶鑄軋技術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)的轉型升級都將產生新啟發(fā)。
