针对国内微合金化钢生产中存在的板带材表面质量缺陷，以及生产过程能耗高、成材率低、生产效率低的实际情况，钢铁研究总院在2015年9月首先与邯郸钢铁集团有限公司签订技术合作合同，共同开展宽厚板边直裂控制技术和微合金化钢红送裂纹控制技术的研究工作，并取得初步成效。 在此基础上，2017年7月由首钢集团有限公司联合邯郸钢铁集团有限公司、鞍钢股份有限公司、山西太钢不锈钢股份有限公司、新冶高科技集团公司等在微合金化钢生产中具有丰富实践经验和研究基础的单位，共同承担“十三五”国家重点研发计划中“钢铁流程铸-轧界面物质流与能量流协同优化及智能控制技术”课题的研究任务。以期在微合金化钢板带材生产关键技术方面取得突破，首先在国内建成集连铸坯表面无缺陷生产技术、边直裂控制技术、红送裂纹控制技术等为一体的大板坯连铸-轧钢界面高效化、绿色化关键技术集成应用示范生产线，并向钢铁企业进行工程化推广，使连铸坯真正成为物质流、能量流、信息流的载体，被直接输送到下一步轧制工序，彻底打通和捋顺铸-轧界面，为下工序高效率、绿色化、高质量生产奠定坚实的基础。

随着国民经济发展和产业结构升级，高铝钢及微合金钢等高端钢铁材料广泛应用于汽车、能源电力、海洋工程、船舶等重点领域，高效连铸生产的技术质量问题日益凸显。如汽车用DP、TRIP钢因钢中Al含量高达1.0%以上，不仅难以实现多炉连浇，而且连铸板坯存在横向凹陷、裂纹、断坯等问题；高等级桥梁钢、高强钢、能源钢、管线钢等因添加Nb、V、Ti等微合金元素，热装铸坯轧后钢板表面容易出现裂纹。这些难题不仅影响生产效率，还会造成资源和能源浪费。此外，随着用户的个性化需求增多，微合金钢品种、规格、连铸短浇次增多，微合金钢连铸漏钢风险增大，直接影响高效连铸过程的稳定性。相对于普通钢材，高铝钢和微合金钢元素多且含量高，质量控制难度大、工艺复杂。原有的高效稳定工艺技术，已无法适应高铝钢和微合金钢生产需求，具体体现在： 1、高铝钢保护渣易反应变性，粘结报警频繁，连铸可浇性差，板坯表面裂纹多，必须下线清理。针对高铝钢板坯连铸，韩国浦项制铁开发了液态保护渣技术，将钙铝系保护渣加热熔化后流入结晶器，控制渣圈达到改善板坯表面质量的目的；国内也有企业直接采用低碱度、低熔点钙硅系保护渣或者直接采用钙铝系保护渣的成功先例。这些技术极大促进了高铝高锰钢的开发与应用，但均未实现常规拉速的多炉连浇。 2、Nb、V、Ti微合金桥梁钢、高强钢、能源钢、管线钢等高等级钢实现高温热装（两相区）难度大，钢板易产生红送裂纹。针对高等级微合金高强钢板的热装红送裂纹，国内外普遍采用板坯下线控温、专用淬火池及铸坯切割后淬火等方式，铸坯热量损失大，生产效率低，表层组织细化和抑制第二相粒子析出的效果不充分。 3、多品种、小批量、多规格的高品质钢连铸短浇次多、混浇坯长。混浇钢种成分差异大，混浇模型判定不准确，不得不下线取样化验，降低入炉效率；多断面板坯连铸，为避免漏钢结晶器在线调宽必须低拉速或者降拉速，降低了生产效率。 首钢与北京科技大学长期开展合作，进行高铝钢及微合金钢板坯连铸关键技术攻关。经过长期连铸工业实践和系统攻关，发现并揭示了高铝钢粘结报警及横向凹陷机理。从工艺上对结晶器振动、保护渣性能以及结晶器表面流动进行了优化，实现300吨钢包产线实现高铝钢（[%Al]≥1.0）单浇次稳定浇铸1500吨以上。连铸拉速从0.8 m/min提高至1.2 m/min。

目前国内各大钢厂在生产亚包晶钢时，实际最大工作拉速约为1.25m/min～1.35m/min，目前四钢轧亚包晶钢的最大工作拉速为1.30m/min，经统计其加权平均铸坯宽度为1300mm；实际工作拉速为1.25m/min，浇注周期为53.2min/炉，与钢水供应周期41min/炉，相差约12min，造成炉机严重不匹配；随着亚包晶钢产量的进一步提升，在满负荷生产条件下，严重制约了产能的提升，将难以满足当前板材市场对小订单、小批量、特殊规格等的个性化生产需求，不但导致生产组织及质量稳定控制难度增大，而且严重制约了钢区产能释放，增加了生产成本。 基于上述现状，于2018年开始立项并实施该项目。本项目通过优化连铸工艺技术，稳步提升亚包晶钢最大工作拉速，不但对优化冶炼－连铸－加热－轧制生产节奏匹配及释放铸机产能，而且对铸坯质量的稳定控制及降本增效工作都具有十分重要的实际意义；此外，将为系列高强钢的放量及质量控制奠定扎实基础。

项目属冶金科学连铸技术领域。项目为“十三五”国家重点研发计划“钢铁流程关键要素协同优化和集成应用”项目中的“钢铁流程铸-轧界面物质流与能量流协同优化及智能控制技术”课题的主要研究任务，以及企业间的横向技术合作。项目的研究时间为2015年9月-2021年12月。针对国内微合金化钢板带材生产中存在的能耗高、成材率低、生产效率低的实际情况，在实验室计算机仿真和模拟加热、轧制等实验研究的基础上，以邯钢、鞍钢、京唐、莱钢等大板坯连铸机-加热炉-轧机生产线为依托，重点开展了连铸坯表面无缺陷生产、边直裂控制和红送裂纹控制等关键工艺与装备技术的研发和工业生产验证工作。形成的关键技术成果与创新如下： （1）探明了边直裂的形成机理，创新性的提出：合理优化铸坯角部形状,可以提高铸坯温度的均匀性，同时有效改善铸坯轧制过程中的角部受力和变形状态，达到消除和避免轧制过程边直裂产生的核心思想。开发出独有的连铸坯角部形状二次倒角工艺与装备系统专利技术，在国际上率先实现工业化应用。大幅度减小板带材的裁边量，使成材率提高约1%。 （2）微合金化钢红送裂纹形成机理研究取得突破，开发出了独家的双工位铸坯红送裂纹在线控制工艺和装备专利技术，一方面使铸坯8～10mm表面层温度快速降低到铁素体相区，实现了微合金化钢由冷装或码垛温装向平均750℃以上快冷直装的跨越，另一方面满足了铸坯高拉速、高效率生产，彻底解决了铸坯表面残水蒸发给厂房及设备带来的污染。 （3）首次开发出基于热流监测的锥度动态控制技术和组合结构的侧面支撑足辊装备以及弧形曲面形状优化的新型倒角结晶器，使低碳钢和超低碳钢大倒角连铸坯正常工作拉速达到1.7m/min，最高拉速达到1.8m/min；同时有效避免了裂纹敏感性宽厚板铸坯的角部横裂纹缺陷发生，使铸坯表面无缺陷率达到99.6%以上。 （4）在世界范围内首次集成连铸坯表面无缺陷生产、边直裂控制和红送裂纹控制等关键技术，并辅助以多种优化工艺与控制模型软件，创建了低成本、高效化板带材绿色制造工业示范生产线。 项目开发实现了系统技术成果在国内大型钢铁企业的推广应用，优化了微合金化钢生产工艺，提高了钢的成材率、节约了能源、大幅度缩短了生产时间。有力的推动了行业技术进步。 项目共获得授权专利33件，其中国际发明专利4件、国际实用新型专利6件。为在国内和国际市场推广奠定良好的基础。

薄板坯连铸连轧技术的出现，适应了这种客观形势的需要，是近30年来世界钢铁工业取得的重要技术进步之一，是继氧气转炉炼钢、连续铸钢之后，又一项带来钢铁工业技术革命的新技术。CSP轧机上的生产工艺研究和生产实践上取得了显著成果，并在国内某些厂家实现了半无头生产模式，在提高产品的厚度精度、板形质量、通卷组织性能稳定性、均匀性和成材率方面体现出显著的优势。但面对钢铁产能过剩，特别是热轧板卷严重过剩的现实，此类薄板坯连铸连轧产线面临着传统产线日益严峻的挑战，需要进一步开发全无头轧制技术，从而更大程度发挥流程优势、增加产品的附加值、降低产品的制造成本并增加生产过程的环境友好性。2009年2月意大利Arvedi无头轧制技术（ESP）投入工业化生产，标志着连铸连轧技术的又一次进步。基于此，2015年，日照钢铁率先引入亚洲第一条，世界第二条薄规格无头轧制生产线。 无头轧制的优势有：1)节能效果显著：同传统热连轧比较，节能40~60%；2)大规模生产高质量薄/超薄宽带钢，实现“以热代冷”；3)带钢高性能均一性、高尺寸形状精度(传统工艺无法实现)；4)成材率比传统工艺提高1%以上(高成材率，低氧化烧损、无切损)；5)吨钢生产成本低，产线投资低。 同时无头轧制生产也存在以下难点：1)产线高拉速、高刚性(无缓冲)、多工序装备一体化集成控制；2)单浇次连轧数千吨薄宽带钢生产组织、质量控制、带出品最低化、事故控制处理等远大于传统工艺。同时ESP生产技术在引进过程中，因国内无可参考技术，生产中发现与理想状况还存在较大差距。为解决ESP产线存在的技术瓶颈问题，日照钢铁联合国内知名高校和科研院所，不断调整思路，优化试验方案，对存在问题逐一分析，开发出ESP线多炉高拉速连铸无缺陷铸坯控制技术、薄规格带钢板形稳定控制技术、基于ESP产线的铁素体轧制工艺技术、超薄宽带钢系列产品的ESP工艺技术等，形成世界规模最大的低碳节能效果显著的高质量薄宽带钢短流程生产基地。。

钢铁行业面临着日益严峻的资源、市场、环保、竞争等重大挑战，迫切需要加快实施转型升级和提质增效。行业普遍面临的重大考验包括：（1）钢铁需求减少，钢铁总体产能过剩；（2）环保压力日益增大；（3）企业间同质化竞争日趋激烈。装备大型化、流程高效化日益成为钢铁工业的发展趋势。 除日韩等少数先进企业采用高效生产外，采用“转炉-RH精炼-板坯连铸”工艺生产低碳、超低碳钢的大部分钢铁企业普遍存在如下问题：（1）连铸拉速普遍较低；（2）转炉和精炼工艺效率不高；（3）转炉出钢温度高；（4）浇铸过程水口易堵塞制约连浇炉数提高。首钢京唐公司致力于建设高效、优质板材生产基地。在项目开展前，也面临着国内外板材生产企业的行业难题：超低碳钢连铸拉速低于1.7m/min；转炉和RH冶炼周期分别为43min和50min，转炉出钢温度1687℃，浇铸超低碳钢4炉更换一次SEN，浇铸后期水口堵塞严重。 从2012年开始，首钢与北京科技大学合作，自主研发了"炼钢全流程高效生产技术"系列项目，创新点如下： （1）创新集成了板坯高拉速连铸技术，开发了结晶器强冷却、无锂高拉速保护渣与高拉速结晶器流场控制技术，解决了高速连铸拉漏和结晶器卷渣两大技术难题，建成了智能浇注平台，常规厚度板坯最大连铸拉速达到2.5 m/min，突破铸机设计最高拉速。 （2）开发了大型转炉强供氧技术、RH高效耦合脱碳技术，300吨转炉冶炼周期从43 min大幅度降至35 min、超低碳钢RH真空处理时间大幅度降低至20 min。超低碳钢转炉出毕至开浇时间降至70 min之内，结合全流程温度管控技术，转炉出钢温度降至1647℃，年产能从900万吨提高至1100万吨。 （3）开发快节奏条件下浸入式水口无粘附技术：通过转炉终点氧含量精准控制、全流程钢-渣反应控制、夹杂物快速去除、中包吹氩密封及浸入式水口防堵技术的开发，超低碳钢中间包钢水平均全氧含量达0.0015%，300t钢包连浇7炉不更换浸入式水口，浇铸结束后水口无堵塞率达90%以上。 （4）从生产组织、过程管理、精细管理三个方面集成了全流程智能化管控系统，解决了复杂品种、规格条件下的组织排产，提高了钢包周转效率，周期缩短22min，每台铸机钢包数量降至4个，实现铁钢界面、钢轧界面和生产过程信息全面感知、智能决策、精准执行，稳定支撑了炼钢全流程高效专线化生产。

板坯连铸的实践表明，结晶器内钢水流动在很大程度上影响板坯内夹杂物和气泡的行为，弯月面附近的钢水流动又支配着保护渣熔融、铺展及保护渣的卷吸，决定了铸坯的表面质量。电磁搅拌是利用不同的磁场发生装置，在铸坯周围产生交变磁场，当铸坯中的钢液通过此交变电磁场时，产生感生电流，感生电流又与磁感应强度共同作用产生电磁力推动铸坯内部钢液运动。因此，板坯连铸普遍采用结晶器电磁搅拌，以改变弯月面附近钢水流动方向，促使板坯表层的初生凝固壳前沿钢液的均匀流动，维持坯壳均匀稳定地生长，从而抑制钢液温度分布的偏差，降低凝固滞后的发生率，减小坯壳厚度偏差，成为获得优质铸坯的重要技术手段。

全流程综合板形控制技术包含热轧板形控制系统、工作辊和支撑辊辊形技术、质量分析技术及轧后板形分析等内容，全流程板形质量控制主要分为工序间工艺数据窗口的建立和单工序质量控制，其核心为工艺数据窗口的建立。合理的工艺数据窗口可以更好的协调各个工序之间的质量衔接，单工序质量控制主要是为满足工序间质量窗口需求服务。所以各个工序质量控制精度需要丰富的控制手段以满足下游质量工序的需求最终达到工序间的质量协调。 该项技术具有完全自主知识产权，已成功应用于国内多家大型钢铁企业，涉及常规热连轧、薄板坯连铸连轧、铝热连轧、不锈钢热连轧及炉卷轧机等，取得了良好的经济效益，获得了多项国家级及省部级奖项。

针对以CSP流程为代表的薄板坯连铸连轧产线存在的外方系统黑匣子、品规扩展精度低、系统老化故障多、局部改造风险大等共性难题，通过全面系统调研、大量离线测试、高精模型研发、先进算法应用、智能功能开发等途径，从高精度轧制过程控制模型、兼顾全幅宽和多目标的板形综合控制技术、新一代过程控制系统集成技术等方面开展了系统的理论和应用研究。项目成果成功应用于马钢CSP产线，是自主研发的成套过程控制系统首次应用于薄板坯连铸连轧产线，首次替代原外方的系统，首次提出网关+双系统并行的零停机时间的在线替换模式，首次敢于同时保证C40、C25双凸度控制精度，综合指标优于同期采用国外技术的同类产线，标志着我国具备了自主完成薄板坯连铸连轧过程控制系统研发和改造国外过程控制系统的能力，打破了国外公司在此领域的长期垄断，为企业提升产品质量、拓展品种规格、降低制造成本及实现智能化升级提供了更多选择和便利。相关技术成果也推广应用于日钢1580、柳钢2032等常规热连轧生产线，均取得了很好的应用实绩，推动了宽带钢热连轧关键共性技术的持续进步。

连铸坯凝固末端大压下技术是基于连铸坯轻压下技术发展而来，适用于大断面连铸坯的新技术。其利用连铸坯芯部温度高和表面温度低的逆向温度场，通过在连铸坯凝固末端施加大压下量/率，消除/减轻连铸坯的中心疏松和缩孔，全面提高铸坯致密度，从而可突破轧制压缩比的严格限定，替代超厚板坯连铸（600mm 厚）、真空复合焊接轧制、模铸等工艺流程，实现低轧制压缩比条件下厚板与大规格型材的稳定生产。 一套铸轧式连铸机凝固末端大压下装置，是由大压下铸轧机（包括大压下辊和辅助夹持辊）、传动系统、液压润滑系统、气水冷却系统、维修更换系统和电气自动化系统组成。其结合了轧机压下形式和扇形段压下形式的优点，在连铸机扇形段区域有限的空间内，主压下采用轧机结构，辅助压下采用扇形段结构，将二者有机地结合为一个易于更换的整体，外形尺寸与其他扇形段一致；可跟踪铸坯的凝固末端位置灵活选择压下位置，并实现了单道次大于20mm的大压下量，铸坯中心应变速率大于0.04s-1，可有效地消除厚连铸坯的中心疏松和缩孔。