鑄帶

鑄帶是熔體在冷卻固化浴中鑄成帶片或帶條的工序。該工序通過出料螺桿或出料泵將熔體壓入鑄帶頭，經壓力擠出至冷卻浴成型，鑄帶頭分為長條形縫隙式噴嘴和多孔鑄帶片兩類，分別產出帶片或多根帶條，冷卻浴多採用純水或軟水，成型帶條經切粒處理製得聚合體切片供後續使用。

在金屬加工領域，鑄帶技術包含Hazelett雙帶連鑄、單-雙輥連鑄（SRC/TRC）及單-雙帶連鑄（SBC/TBC）等類型，液態金屬通過移動鋼帶或鑄輥快速凝固形成1-10毫米厚的帶材，其中雙輥薄帶連鑄技術可將鋼水在1000℃/s冷卻速率下於1秒內形成2毫米以下鑄帶。該技術整合鑄造與軋制工序，省去傳統工藝中再加熱環節，生產線長度可縮短至60米（傳統工藝需500-800米），能耗降低80%-90%，溫室氣體排放減少70%-80%。

美國紐柯鋼公司2002年實現雙輥薄帶鑄軋技術商業化生產，中國沙鋼集團套用該技術建成自主產權生產線，2021年產量超50萬噸，鑄帶厚度公差控制在±10微米，產品涵蓋低碳結構鋼及屈服強度550MPa高強度鋼種。

基本介紹

• 中文名：鑄帶
• 外文名： ribbon casting

概念與定義

鑄帶是熔體在冷卻固化浴中鑄成帶片或帶條的工序。在金屬加工領域，鑄帶技術常指薄帶連鑄技術。

在一個典型的薄帶連鑄過程中，液態金屬直接在一個移動的基板（帶或鑄輥）上進行鑄造，生產一到幾毫米厚的金屬帶材。目前存在兩種不同的薄帶連鑄技術：單-雙輥連鑄（SRC和TRC）技術、單-雙帶連鑄（SBC和TBC）技術。

薄帶連鑄機的特徵是其設計本身的“移動結晶器”，結晶器表面可以隨著凝固中的熔體一起移動。

設備與類型

鑄帶設備主要包括用於金屬薄帶生產的連鑄機組、用於化工熔體成型的鑄帶頭單元，以及用於有色金屬生產的專用連鑄機等。

在金屬冶金領域，薄帶連鑄機組是實現近終形鑄造的關鍵設備。一套完整的薄帶連鑄連軋機組通常沿著軋制方向依次包括鋼包、中間包、過渡包、鑄輥、熱箱、夾送輥、軋機、活套、冷卻裝置、板形儀、飛剪、轉向輥和卷取機。控制器與板形儀、測溫儀等檢測裝置電連線，用於控制工藝過程。

薄帶連鑄主要技術類型包括雙輥薄帶連鑄、水平單帶連鑄和雙帶連鑄等。雙輥薄帶連鑄使用兩個反向旋轉的鑄輥形成熔池，鋼水在其表面凝固並在輥縫處壓合，如美國紐柯公司的Castrip、歐洲的Eurostrip和寶鋼的Baostrip工藝；鑄輥直徑較小（如500毫米），生產線緊湊（長約50-60米）。水平單帶連鑄使用一條有特定紋理的移動鋼帶作為冷卻和成型基板，液態金屬在其上凝固，如麥吉爾工藝。雙帶連鑄使用兩條平行移動的水冷金屬帶與邊擋鏈構成移動鑄型，如哈茲里特連鑄機廣泛用於鋅帶等有色金屬生產。

在化工化纖領域，鑄帶頭是熔體冷卻鑄帶成片或成條的關鍵部件。鑄帶單元由鑄帶板和分配板組成。鑄帶板上設有階梯狀通孔作為擠出腔，分配板吻合裝配於其中，並通過外圍的螺釘穿孔固定。通過更換不同結構的鑄帶板或調節塊，可以適應不同粘度熔體的生產需求，控制熔體流速和停留時間，從而獲得顆粒均勻、毛刺少的切片產品。

工藝參數與控制

鑄帶厚度通常為1-10毫米，部分工藝如雙輥薄帶連鑄可生產1.4-2.1毫米的鑄帶，最薄可達0.7毫米。鑄速可達30-100米/分鐘。軋制壓下量典型值小於30%。雙輥薄帶鑄軋的總凝固時間極短，為100-200毫秒。

鑄帶厚度取決於熔體流量以及冷卻帶或鑄輥的運動速度。先進的線上過程控制系統能夠同步調節連鑄機的輸送系統、冷卻帶和夾送輥驅動，實現連鑄、凝固和後續熱軋的同步進行。

在薄帶鑄軋短流程中，通過軋機入口測厚儀檢測鑄帶實際厚度與設定值的偏差，套用數學模型前饋控制軋機壓下系統；同時通過出口測厚儀檢測成品帶鋼厚度，反饋給軋機AGC系統。前饋與監控AGC相結合，可克服系統滯後，保證產品厚度精度。

發展歷史與現狀

薄帶連鑄，特別是雙輥薄帶鑄軋技術，是21世紀冶金及材料研究領域的前沿技術。其發展始於20世紀80年代末至90年代的探索階段。1988年，一些學者分別提出了水平單帶連鑄工藝的概念。1989年，日本新日鐵與三菱重工合作成功澆鑄出10噸SUS304不鏽鋼薄帶；同年，韓國浦項公司(RIST)與英國戴維(Davy)公司合作建成一台鑄頻寬度350mm的雙輥薄帶連鑄試驗機。

進入21世紀，該技術實現了工業化突破。2002年5月，美國紐柯公司克勞福茲維爾廠的Castrip生產線熱試車，成為世界首條低碳鋼薄帶鑄軋工業生產線。歐洲由安賽樂和蒂森克虜伯聯合開發的Eurostrip生產線於2003年實現奧氏體不鏽鋼的商業化生產。寶鋼（Baostrip）的工業化機組於2014年初生產出第一卷鋼。沙鋼集團引進的超薄帶生產線於2018年1月開始建設，實施周期28個月，其年產50萬噸的項目於2021年左右建成投產。沙鋼集團擁有四條超薄帶生產線，年產能達200萬噸。此外，東北大學等在矽鋼薄帶鑄軋技術研發上取得重要進展。

優勢與挑戰

薄帶連鑄技術相比傳統連鑄-熱軋工藝具有流程極短的優勢，生產線長度可縮短至50-60米，而傳統工藝需500-800米，投資成本降低4-10倍。該技術節能降耗效果顯著，能耗僅為傳統厚板坯連鑄工藝的16%-20%，可降低80%-90%的能源消耗。在減排環保方面，溫室氣體排放減少70%-80%，每噸鋼可減排約0.16噸CO2。快速凝固使得薄帶連鑄能生產巨觀偏析程度低、組織細化的帶鋼，有利於生產高矽鋼、高強鋼等難加工的高合金材料。此外，該技術可提高廢鋼中銅、錫等殘餘元素的容忍度，銅閾值可增至0.55%，錫閾值可增至0.16%，利於劣質礦資源的綜合利用。

雙輥薄帶鑄軋技術在產業化過程中面臨製造成本和工藝技術方面的挑戰。製造成本問題包括電費、氬氣費用、耐火材料、雙輥鑄機消耗和金屬收得率。工藝技術問題涉及鋼種冶煉方式與鋼包容量選擇、鑄軋輥材質、轉速及冷卻水流速選擇、側封板研製、結晶輥直徑選擇、結晶輥長度選擇以及鑄軋力與裂紋控制。