何琴琴

1.前言

截止至2017年年底，全球已建成不同工藝類型的薄板坯連鑄連軋產線67條，年生產能力超過1.2億噸。

1990年，由原冶金部鋼鐵研究總院牽頭，在蘭州鋼廠安裝了我國第一臺薄板坯連鑄試驗機。這是鋼鐵研究總院自主開發(fā)的薄板坯連鑄用結晶器、浸入式水口、保護渣及制造方法等專有技術。

1996年，冶金部主導捆綁引進三條CSP產線，由此拉開了我國薄板坯連鑄連軋技術工業(yè)化發(fā)展的序幕。

1999年，國內第一條薄板坯連鑄連軋生產線在珠鋼建成投產，采用SMS公司基本定型的技術和設備配置。

截止2017年，我國共建成17條產線，見表1。目前，我國是擁有薄板坯連鑄連軋產線最多、產能最大的國家，產能占比超過34%，并且各種技術比較齊全，包括薄板坯連鑄連軋技術如CSP、中薄板坯連鑄連軋技術如FTSR、半無頭軋制技術如漣鋼的CSP、無頭軋制技術如日照的ESP等。自主設計的鞍鋼ASP技術也得到了成功應用。另外，有4條在建或待建，采用無頭軋制技術的薄板坯連鑄連軋產線分別為日照鋼鐵的ESP（2條）、首鋼京唐的MCCR和唐山全豐薄板的多功能無頭軋制等，總產能約850萬噸。

2.我國薄板坯連鑄連軋技術的專利申請現(xiàn)狀

本文以Orbit專利分析平臺為主要研究工具，截止2017年5月，薄板坯連鑄連軋領域，中國專利申請量為1056個專利族。以我國薄板坯連鑄連軋技術的專利文獻為基礎，梳理我國薄板坯連鑄連軋技術的開發(fā)現(xiàn)狀和生產實踐，以揭示我國薄板坯連鑄連軋技術進步、技術創(chuàng)新等，有助于在生產實踐中調整思路和方向，提高研發(fā)效率。

國內薄板坯連鑄連軋工藝的研究，除武鋼、鞍鋼、馬鋼、唐鋼、珠鋼、漣鋼、邯鋼、日照、包鋼、本鋼、國豐等相關生產企業(yè)外，還包括鋼鐵研究總院、北京科技大學、東北大學、燕山大學、華南理工大學、重慶大學、遼寧科技大學、安徽工業(yè)大學等國內相關科研院所，西峽龍成、維蘇威高級陶瓷（中國）有限公司、中鋼集團洛陽耐火材料研究院、河南西寶冶材、中冶賽迪、首鋼冶金機械廠等設備制造企業(yè)及關鍵材料供應商。這些專利權人分別圍繞薄板坯連鑄連軋的基礎理論、工藝技術、重大裝備、關鍵材料（結晶器、保護渣、軋輥等的國產化）開展了大量的研究工作。

通過進一步梳理發(fā)現(xiàn)，國內專利申請量較多的發(fā)明人主要集中在武鋼、馬鋼等生產企業(yè)及開展重大裝備及關鍵材料研究工作的西峽龍成等單位。

近幾年，在該技術上國內研究比較活躍的發(fā)明人主要有馬鋼的董梅、施立發(fā)、裴陳新、王立濤、裴英豪，其主要研究方向為電工鋼生產工藝；武鋼的毛新平、汪水澤、譚文、韓斌等，其研究方向聚焦于低碳酸洗鋼、中高碳鋼、合金工具鋼、熱軋成形鋼、熱軋雙相鋼、耐候鋼等產品的開發(fā)；西峽龍成的朱書成、趙家亮、黃國團、廖春誼等，其主要研究方向為薄板坯連鑄結晶器及材質的國產化研究。

表1 我國已建薄板坯連鑄連軋生產線 萬噸

3.我國薄板坯連鑄連軋的技術開發(fā)與生產實踐

（1）鋼鐵研究總院

1990年，由原冶金部鋼鐵研究總院牽頭，在蘭州鋼廠安裝了我國第一臺薄板坯連鑄試驗機。鋼鐵研究總院自主開發(fā)了薄板坯連鑄用結晶器、浸入式水口、保護渣及制造方法等專有技術，同時對薄板坯連鑄連軋流程生產取向電工鋼、沖壓加工用熱軋鋼板、低碳高鈮、高強韌性鋼帶等領域進行了研究。1991年至今保持了穩(wěn)定的專利申請量，共申請36個專利家族，涉及專利38件，其中有效專利占比41.7%，無效專利占比58.3%。

其1991年的專利CN91227348中，公開了一種薄板坯連鑄結晶器內的異型浸入式水口，1993年CN2171434專利公開的復合式浸入水口。而在1992年公開的發(fā)明專利CN1028613中提供了一種超節(jié)能型熱鋼帶的生產方法及裝置。主要適用于生產1.8mm-10mm厚、500mm-1300mm寬，年產20萬噸-60萬噸的熱鋼帶。其主體流程是：鋼水通過楔形結晶器連鑄成30mm-50mm厚的薄板坯，薄板坯出鑄機后經均熱爐，立即進入五機架連軋機，最后卷取成帶卷。其自主開發(fā)的楔形結晶器見專利CN2103257.9。同年公開了發(fā)明專利CN1023860C，該發(fā)明涉及薄板坯連鑄保護渣及其制造方法。

在利用薄板坯連鑄連軋流程生產硅鋼方面，2013年在發(fā)明專利CN103266266B中提到一種薄板坯連鑄連軋流程生產低牌號無取向硅鋼及其制備方法。2014年在專利CN103774042中公開了一種薄板坯連鑄連軋高磁感取向硅鋼及其制備方法。同年，在發(fā)明專利CN103741031中提到一種基于薄板坯連鑄連軋工藝的含釩普通取向硅鋼及其制造方法。

（2）北京科技大學

從1992年開始，北京科技大學對薄板坯連鑄及結晶器、浸入式水口、生產工藝等開展了一系列研究，并保持了穩(wěn)定的專利申請。與珠鋼合作，發(fā)現(xiàn)了在普通低碳鋼熱軋板卷中存在著納米尺度的析出物。與漣鋼合作開發(fā)了薄板坯連鑄連軋半無頭生產工藝（CN101905247、CN102189111等）、與濟鋼、首鋼等也有深入合作，并利用該流程研究生產低碳貝氏體高強鋼、硅鋼等品種。

其2008年自主研發(fā)了一種可抑制CSP薄板坯結晶器液面動態(tài)失穩(wěn)的水口，并申請專利CN101298093B。

電工鋼生產方面，2006年在專利CN1775391中提到了一種以薄板坯連鑄連軋板坯生產低牌號取向電工鋼板的工藝流程。2007年在專利CN100567544C中提到了一種含微量抑制劑的取向電工鋼板及其制造方法。

（3）珠鋼電爐—CSP生產線

珠鋼電爐—薄板坯連鑄連軋生產線是我國第一條CSP生產線，從2001-2010年共申請了53個專利族，涉及56件專利，其中有效專利占比3.8 % ，無效專利占比96.2%，形成了一系列具有自主知識產權的專有技術，包括CSP薄板坯連鑄結晶器保護渣（專利號CN01129771）、電爐冶煉低碳鋼的終點控制方法（專利號CN02115094）、納米粒子強韌化低碳鋼生產法（專利號CN02115101）、集裝箱板生產法（CN01114640）、改善熱軋鋼板冷加工性能的方法（CN02119771）等。

（4）邯鋼CSP產線

邯鋼于1999年建成了高爐—轉爐—薄板坯連鑄連軋產線，從2001年開始共申請34個專利族，涉及34件專利，其中有效專利占比11.8%，無效專利占比88.2%。邯鋼CSP產線的技術創(chuàng)新點在于前接高爐—轉爐工序、采用漏斗型結晶器，增設了液芯壓下技術，在精軋機組前增設了一架不可逆粗軋機。自主研發(fā)了薄板坯連鑄流程的結晶器及浸入式水口，同時對軋機的工藝潤滑系統(tǒng)也有新的改進，相繼開發(fā)了低合金高強度船板、管線鋼，電工鋼及高強汽車用鋼等。

2012年該廠與北京科技大學合作開發(fā)的一種超高強熱軋汽車結構用鋼及制備方法(CN102534367)。同年在專利CN102776346中提到一種非傳統(tǒng)薄板坯連鑄連軋生產無取向電工鋼的熱軋方法。

（5）包鋼CSP產線

包鋼2011年至今共申請19個專利族，涉及19件專利，其中有效專利占比63.2%。包鋼CSP是我國第一家單機雙流CSP生產線。

包鋼與內蒙古科技大學合作開發(fā)了管線鋼，先后與東北大學合作開發(fā)熱軋雙相鋼并形成了一系列專利技術，如專利CN102296229、CN102212743等。2015年與東北大學開發(fā)了一種基于CSP工藝的厚規(guī)格熱軋雙相鋼制造方法（CN104593665）。

自主研發(fā)了低碳貝氏體鋼、電工鋼等產品。2012在專利CN102345001中公開了一種稀土處理的低牌號無取向電工鋼制備方法。2013年在專利CN103205636B中公開了一種低碳貝氏體連續(xù)屈服帶鋼的生產方法，包括冶煉加連鑄過程和軋制加冷卻過程。

（6）鞍鋼ASP產線

鞍鋼自行開發(fā)的、具有自主知識產權的ASP中薄板坯連鑄連軋生產線分別于2000年、2005年正式投產，中薄板坯連鑄機結晶器系平行板式，整條產線除結晶器和振動裝置是引進奧鋼聯(lián)的技術外，其余設備全部國產化。2001年至今，其專利申請量穩(wěn)定增長，共申請106個專利族，涉及127件專利，其中有效專利占比63.2%，無效專利占比36.8%。

鞍鋼自主研發(fā)了中薄板連鑄結晶器 (專利CN100443201C等)、浸入式水口（專利CN2810819U、CN201012386U、CN201442096U、CN201455252U等），在線火焰補熱裝置（專利CN2815536U）、表面質量檢查輸送裝置（專利CN2885443U），并開展了冷卻系統(tǒng)（專利CN2617485）、板型控制(專利1291803 、CN100463735C)、中薄板坯連鑄連軋生產控制模型(專利CN1640570)等一系列研究，形成了中薄板坯連鑄連軋板形綜合控制方法(專利CN1291803C)、表面氧化鐵皮控制方法(專利CN100443201C)等專有技術。成功開發(fā)了超低碳鋼(專利CN101096034B等)、低碳鋼、低合金鋼、管線鋼(專利CN101684539B、CN101992213B CN101994059B等)、焊瓶鋼、汽車專用鋼(專利CN101130847B、CN102400046B等)、耐蝕鋼、搪瓷用鋼（CN100453678C）、集裝箱鋼、無取向硅鋼(專利CN103882291B等)、取向硅鋼(專利CN101210297B等)等品種。

（7）唐鋼FTSR產線

唐鋼于2002年建成的薄板坯連鑄連軋生產線，采用了日本三菱公司和意大利達涅利公司的FTSR技術，連鑄機是意大利達涅利公司提供的FTSC直弧形薄板坯連鑄機、粗軋機組由三菱公司設計達涅利制造、精軋機組由三菱公司提供。采用的H2結晶器、浸入式水口、軟壓下和液芯控制系統(tǒng)均為達涅利公司的專利，并配備了漏鋼預報裝置。2004年至今，唐鋼共申請59個專利族，涉及59件專利，其中有效專利占比67.8%，無效專利占比32.2%。

在裝備的國產化方面，唐鋼自主開發(fā)了薄板坯連鑄用四孔異型浸入式水口，如專利CN2784106U。開展了薄板坯連鑄用低碳鋼保護渣及制備方法(專利CN1927502)等相關技術的研究。開發(fā)了超低碳鋼（專利CN105463316B）、低合金鋼（專利CN105018842B）、高碳鋼（專利CN101974721）、集裝箱板（專利CN105603320B）、汽車專用鋼等一系列產品。

唐鋼在鐵素體軋制方面進行了大量的研究。2005年申報了國家發(fā)明專利“一種薄板坯連鑄連軋低碳鋼鐵素體生產方法”，主要涉及到采用鐵素體軋制生產低碳鋼的方法。

（8）漣鋼CSP產線

漣鋼2004年投產的薄板坯連鑄連軋生產線是按照半無頭軋制工藝來設計的，軋機和連鑄機設備采用第二代CSP生產技術，均熱爐為布里克蒙的技術，應用了漏斗型結晶器、電磁制動、液芯壓下、多點高效除鱗等技術和設備、半無頭軋制技術。2000年至今，漣鋼共申請39個專利族，涉及專利39件，其中有效專利占比46.2%，無效專利占比53.8%。

漣鋼與鋼鐵研究總院共同開展了薄板坯連鑄連軋高磁感取向硅鋼(專利CN103774042)、結晶器結構及材質（專利CN203778719U）等一系列的研究。與東北大學聯(lián)合開展了在薄板坯連鑄連軋產線上，應用半無頭軋制工藝，采用三段式冷卻工藝，生產出600MPa級熱軋雙相鋼（專利CN102703815）的研究。還應用薄板坯連鑄連軋半無頭工藝，開展了0.6mm-0.8mm超薄規(guī)格產品的研究（專利CN102069092B）。同時還開發(fā)了基于薄板坯連鑄連軋流程生產低碳貝氏體高強鋼的方法(專利CN101254527B)。

（9）馬鋼CSP產線

2003年投產的馬鋼CSP薄板坯連鑄連軋產線設備由德國西馬克.德馬克公司提供，電氣控制和自動化部分由德國西門子公司設計。采用了鐵素體軋制技術和半無頭軋制技術等，是我國第一家兩機兩流同時投產、且冷軋產線配套同時投產的企業(yè)。2005年至今共申請專利90件，其中有效專利占比78.9%，無效專利占比21.1%。

2010年以后，馬鋼公司的相關專利呈快速增長趨勢。近年來，馬鋼研發(fā)重點聚焦于用薄板坯連鑄連軋流程生產取向、無取向硅鋼、高強耐候鋼板、汽車用鋼等產品，并在鐵素體軋制、半無頭軋制方面進行了大量的研究。

2016年馬鋼公開的專利CN106381451中提到了一種CSP流程生產1000MPa級熱軋馬氏體鋼及其生產方法。

（10）武鋼CSP產線

2009年投產的武鋼薄板坯連鑄連軋產線，引進德國西馬克的技術，絕大部分設備為國外設計，國內合作制造。采用漏斗形結晶器和液芯軟壓下技術，已成功軋制厚度為0.8mm的薄板，厚度＜2mm的產品比例高達45%以上，硅鋼生產比例高達40%。2007年至今，武鋼專利申請呈爆發(fā)式增長態(tài)勢，共申請148個專利家族，涉及152件專利，其中有效專利占比93.2%，無效專利占比6.8%。

武鋼CSP產線生產的主要品種有低碳鋼、中高碳鋼、合金鋼、集裝箱用鋼、汽車用鋼、高端工具鋼、熱軋酸洗鋼、高牌號無取向硅鋼、取向硅鋼等，也開展了鐵素體軋制工藝的研究。

2013年在專利CN106244921中提供了一種薄板坯連鑄連軋生產高牌號無取向硅鋼及制造方法。2016年在專利CN106244921中提到了一種在CSP產線采用鐵素體軋制工藝生產低碳鋼的方法。在專利CN104357744B中公開了一種抗拉強度≥780MPa級的熱軋雙相鋼及其生產方法。對于高強熱成型鋼的研究，武鋼在專利CN106119693B中提到了一種用薄板坯直接軋制的抗拉強度≥2100MPa薄熱成形鋼及生產方法。

3.我國薄板坯連鑄連軋的技術創(chuàng)新

通過對該領域關鍵核心專利的篩選和閱讀，總結出薄板坯連鑄連軋領域關鍵技術的重要專利挖掘點和創(chuàng)新點。

（1）合理的鑄坯厚度是該技術開發(fā)的關鍵。

（2）結晶器形狀和材質、結晶器振動裝置、浸入式水口、液芯壓下、連鑄保護渣、二次冷卻、高壓水除鱗等一系列技術的改進和完善。

（3）薄板坯連鑄機與熱連軋機組間的有效連接和協(xié)調匹配技術。包括產量的匹配、鑄坯規(guī)格的匹配、生產節(jié)奏的匹配、溫度與熱能的銜接與控制以及鋼坯表面質量與組織性能的傳遞與調控等。無論是哪種類型的薄板坯連鑄連軋工藝，鑄坯不需要進加熱爐加熱，只需在輸送過程中進行補熱和均熱，即直接送入軋機進行軋制。

（5）開發(fā)包括低碳鋼、低合金板帶、高強汽車用鋼、耐蝕鋼、硅鋼、雙相鋼等不同鋼種。并在碳鋼及超低碳鋼領域開展鐵素體軋制工藝的研究，如珠鋼、唐鋼、武鋼等。

（6）半無頭軋制工藝、無頭軋制工藝的開發(fā)。利用半無頭軋制和無頭軋制工藝生產超薄規(guī)格熱帶產品能克服單坯軋制超薄規(guī)格產品時軋機穿帶咬入的不足，既能提高成材率，又能改善帶鋼質量。我國的漣鋼、唐鋼、馬鋼、通鋼、本鋼等均進行了半無頭軋制的研究，產品厚度可達到0.6mm。采用無頭軋制技術的薄板坯連鑄連軋產線分別為日照的ESP、首鋼京唐的MCCR和唐山全豐薄板的多功能無頭軋制等。日照基于ESP薄板坯連鑄連軋流程開發(fā)了低碳鐵素體鋼。

4.總結

（1）在數(shù)量上，中國已成為薄板坯連鑄連軋專利申請第一大國。國內主要圍繞薄板坯連鑄連軋的基礎理論、工藝技術、重大裝備、關鍵材料（結晶器、保護渣、軋輥等的國產化）等開展了大量的研究工作。這些研究單位主要包括武鋼、鞍鋼、馬鋼等相關生產企業(yè)，鋼鐵研究總院、北京科技大學、東北大學等國內相關科研院所，西峽龍成等設備制造企業(yè)及關鍵材料供應商。

（2）近幾年研究比較活躍的發(fā)明人主要是馬鋼的董梅等，其主要研究方向為電工鋼生產工藝；武鋼的毛新平等，其研究工作聚焦于低碳酸洗鋼、中高碳鋼、合金工具鋼、熱軋成形鋼、熱軋雙相鋼、耐候鋼等的開發(fā)；西峽龍成的朱書成等，其主要研究方向為薄板坯連鑄結晶器及材質的國產化研究。

（3）合理的鑄坯厚度設計是薄板坯連鑄連軋流程開發(fā)的關鍵，隨著該技術在全球范圍內的推廣應用，工藝上不斷改進、完善結晶器形狀、液芯壓下、固相軋制、二次冷卻制度、鑄軋銜接工藝等，設備及相關技術上研究并開發(fā)結晶器材質、浸入式水口、結晶器振動裝置、連鑄保護渣、高壓水除鱗、軋輥在線磨輥等仍然是該領域發(fā)展的方向。

（4）薄板坯連鑄連軋流程經歷了單坯軋制——半無頭軋制——無頭軋制的過程，產品厚度可達到0.6mm，開發(fā)了包括低碳鋼、低合金板帶、高強汽車用鋼、耐蝕鋼、硅鋼等不同鋼種，部分企業(yè)成功實現(xiàn)了鐵素體軋制。

（5）在薄板坯連鑄連軋領域，我國的研究、開發(fā)和推廣工作起步較晚，與德國、韓國、美國和意大利等國家相比，技術創(chuàng)新有待加強，專利質量有待提高。