小方坯作為方坯的重要組成部分，在產能上占有絕對主導地位，因此，對小方坯連鑄技術創新的研究具有重大市場價值和社會意義。

中冶連鑄對小方坯壓下技術進行了系統性研究，尤其是對于凝固末端動態重壓下技術，是國際上第一次嘗試，取得單輥重壓下技術對改善鑄坯內部質量定性定量的第一手資料，基于大量試驗數據，認為此技術從機理上不同于已有的改善鑄坯內部質量的技術，比如電磁攪拌和輕壓下，有著更廣闊的應用前景。同時，為優特鋼小方坯連鑄的減流提速提供了技術保障。減流提速技術可以大幅度提高連鑄機的生產率，實現煉鋼生產與連鑄機的優化配置，減少投資，簡化生產調度，經濟效益十分巨大。中冶連鑄通過大量現場測試、生產使用跟蹤，掌握了減流提速的核心技術，并在工程中得到應用和驗證。

1小方坯凝固末端動態重壓下技術

中冶連鑄先后在宣鋼和鞍鋼進行了小方坯壓下技術的實踐，尤其在鞍鋼項目，對180mm×180mm斷面72A高碳鋼上進行大量單輥大壓下工業試驗，在不同固相率位置單輥執行0-20mm壓下量，來探索小方坯重壓下技術實施的可行性。中冶連鑄在小方坯重壓下方面，從設備、工藝、模型到操作維護都形成了自己具有完全自主知識產權的成套技術，為小方坯品種鋼的生產提供全新的鑄機產品和選擇。

大量的重壓下試驗結果表明，小方坯重壓下技術不同于傳統的提高鑄坯內部質量的技術，比如降低拉速、低過熱度澆注、采用較弱的二冷工藝以及電磁攪拌而均勻化鑄坯組織，也不同于以補縮為目的的輕壓下技術。通過單輥重壓下，能將變形真正傳遞到鑄坯中心，使中心區域的兩相或者溫度較高已經凝固的鑄坯發生較大的變形擠壓，一方面直接提高鑄坯中心區域致密度，從而改善內部缺陷。鑄坯內部縮孔、疏松和偏析缺陷經過重壓下后，獲得了明顯改善。另一方面中心處大的變形釋放了鑄坯裂紋敏感區（ZST-ZDT）的瞬時應變和應力，相比較于多輥輕壓下，單輥重壓下導致壓下裂紋的可能性大大降低。

更重要的是重壓下通過使鑄坯中心區域致密而提高內部質量的方式，必將為軋制工序提供良好條件，已知的有積累變性能和有利于碳等元素的后期擴散。所以重壓下技術不僅只是輕壓下技術的發展，而是軋制技術在連鑄階段的應用，從全流程的角度看是技術的借鑒和前移，由于連鑄階段鑄坯的溫度分布特性不同于軋制過程，會產生大于軋制的效果。因此，重壓下技術更有利于連鑄技術的發展，并且有利于以后對生產流程的重新優化，有廣闊的應用前景。

2減流提速技術

中冶連鑄一直致力于方坯減流提速技術的跟蹤和實踐，分別在宣鋼、承鋼和廣州陽春鋼鐵等小方坯項目中對結晶器銅管進行了現場測溫，并取得了一系列相關技術專利。通過在線對銅管溫度和結晶器振動狀態的測試，發現振動狀態與結晶器銅管溫度場的分布存在一定的相關性，振動狀態越好，結晶器銅管四面溫度越均勻。

對中低碳鋼連鑄而言，限制高拉速的第一因素還是漏鋼，隨著拉速的提高，漏鋼幾率大大提高，嚴重的導致無法順行生產而不得不降低拉速。結晶器是降低漏鋼的關鍵部件，也是制約鑄機高效生產的最為關鍵環節。高效方坯連鑄對結晶器的要求就是要在高拉速的條件下，鋼水能夠在結晶器內均勻形殼，并在結晶器出口位置達到一定的坯殼厚度。具體而言，就是要求結晶器四周及角部冷卻均勻，并且具有足夠的冷卻效率。

在結晶器內腔設計上，中冶連鑄結合了結晶器上部采用凸型設計和在結晶器下部采用凹型設計兩種設計理念，在保證上部內腔截面形狀與凝固坯殼形狀的相似性，使得兩者之間盡可能貼合并保持均勻氣隙的同時，又保證了下部坯殼邊部與角部的溫度均勻，在坯殼已經形成的前提下，通過角部脫離來減小拉坯阻力，通過邊部的良好貼合保證下部的良好傳熱。與二者單獨相比，使用取得了更好的效果。因設計出的內腔形似梅花，故取名為梅花形結晶器，如圖1所示，通過不同現場的測試，發現梅花形結晶器平均熱流比傳統的高0.3MW，并且溫度分布更加均勻，為小方坯高拉速提供了有力保障。

鑄坯的二次冷卻也是高拉速實現的核心環節，中冶連鑄在小方坯快速冷卻凝固機理研究的基礎上，開發了高壓全水高效二次冷卻工藝技術。

核心設備運行的可靠性和運行精度是小方坯高拉速連鑄的基礎保障，中冶連鑄開發了諸如小方坯全板簧振動導向系統、液壓振動驅動系統、二冷精密導向系統、整體框架光滑矯直系統等核心設備技術。

高拉速連鑄是一個綜合技術集成，不但需要設備、工藝技術保障，同時也需要有規范的生產操作與管理。通過測試和現場實踐，中冶連鑄從保證高拉速實施的多方面進行定量標準化，提出一整套設計、施工標準和生產管理規范。包括結晶器銅管、結晶器水套、結晶器振動，結晶器足輥、水口對中、導向段、二冷噴淋、液面控制、對弧樣板等方面的加工制造、監測保養、生產操作的管理規范。

中冶連鑄在廣州陽春鋼鐵和廣西盛隆鋼鐵小方坯的建設上取得突破，其中陽春150mm×150mm小方坯生產拉速達到4.08m/min，廣西盛隆160mm×160mm小方坯生產拉速達到3.4m/min。

對高碳鋼及特鋼小方坯連鑄而言，高的表面質量和內部質量等級要求是制約高拉速連鑄的限制性環節，尤其是內部質量。這類小方坯（如150方），連鑄拉速長期處于2.0m/min以下，甚至處于1.5m/min水平。而小方坯重壓下技術的開發，為優特鋼高效化連鑄打開了廣闊的空間。

3全鋼種小方坯高效連鑄的實現

對于小方坯高效連鑄，有一種觀點認為普碳鋼適合高拉速，而品種鋼不適合。

影響小方坯品種鋼高拉速的核心問題是隨著拉速的提高，液芯變的細而長，補縮變的艱難，內部質量迅速惡化，拉速高到一定程度，依靠現有技術，即二冷弱冷和組合電磁攪拌（M-EMS+F-EMS），無法達到內部質量要求。而壓下技術尤其是重壓下技術的實踐成功，對內部質量的改善效果

是傳統技術所不具備的，完全可以解決品種鋼高拉速后內部質量惡化的技術難題。

站在鋼鐵生產的全流程考慮，連鑄的高效化是熱裝熱送甚至直接軋制的基礎，只有鑄機能實現全鋼種的高效化，才能最大化地降低能耗、降低鋼鐵企業的投資成本和生產成本。基于此，中冶連鑄提出高效全鋼種澆注小方坯連鑄機（表1是具體的技術配置），可以同時實現普碳鋼和品種鋼的高效澆注，目標拉速如表2所示。相對于傳統的小方坯，全鋼種高效小方坯連鑄具有如下優勢：

1）投資成本低，生產定員少、生產消耗低、維護費用省、鋼水收得率高。

2）單流產量高，流數少，可避免當前120-150t轉爐采用雙中間罐連鑄的弊端，擴大了連鑄與更大容量煉鋼爐的匹配范圍。

3）采用高效二冷噴嘴設計，實現二冷的全覆蓋，提高了二冷均勻性；噴嘴孔徑大，數量少，防堵塞能力強，在線更換方便，可以滿足普碳鋼和品種鋼的不同要求，實現全鋼種澆注。

4）二冷末端分段插拔式噴淋支管設計，實現二冷長度的在線變化，為生產普碳鋼和品種鋼需要不同冷卻長度需求創造條件。

5）流數少，流間大，有利于弧段設備的檢修、更換。

6）高拉速連鑄，提高了出坯溫度，是熱裝熱送甚至直接軋制工藝實現的基礎。

7）小方坯高拉速連鑄，為方坯無頭軋制的發展打下了基礎。

8）重壓下和表面淬冷技術的配置，可實現品種鋼高拉速連鑄和熱裝熱送甚至直接軋制流程。

盡管當前鋼鐵產業發展處于低谷期，但是只有不斷推進技術進步，才是鋼鐵及其相關企業渡過難關乃至還能有所為的關鍵。中冶連鑄在小方坯減流提速高效化生產上的技術探索已起航，小方坯的重壓下技術為品種鋼的質量提升與高效化提供了技術保障；梅花形結晶器等相關技術的成功開發為普鋼連鑄拉速進一步提高打下了基礎，二冷技術的探索為小方坯全鋼種高效連鑄的實現提供了路徑。