建设宝钢的故事：连铸机的制造

宝钢的故事4

#改革开放后的技术引进

#宝钢的故事

1983年，宝钢二期工程恢复建设。

二期工程取消了初轧机，改为建设连铸机直接向热轧机供应板坯。

宝钢二期的建设方式也发生了重大调整，主要设备由进口为主改为“联合设计、合作制造”。

连铸机在钢铁厂生产流程中的位置

钢铁联合企业的从铁矿到钢材主要包括三个生产流程：炼铁、炼钢和轧钢。

高炉炼铁——将铁矿石熔炼为铁水，冷却后的产品是生铁。

转炉炼钢——生铁含碳量较高，需要经过转炉降低碳和其它有害元素的含量并冶炼成钢，冷却后的产品是粗钢。在冶炼过程中可以根据需要加入其它金属元素，使产品变为合金钢。

轧制成材——粗钢并不是最终产品，我们需要的螺纹钢、热轧板冷轧板、无缝钢管才是最终的产品，需要通过钢材轧机把钢坯轧制成最终的钢材产品。

连铸是钢铁企业中衔接炼钢和轧钢两大工序的咽喉环节，它把炼钢得到的钢水铸成钢坯，供给后面的轧钢机轧制成材。

连铸能生产板坯、方坯、圆坯或异形断面坯。

连铸技术是一种节能降耗、优质环保、短流程、低投资、高效率、低成本的新技术，连铸技术的发展给全球钢铁工业带来了巨大变化。

连铸技术是从上世纪50年代开始发展起来的，并逐步应用于生产，随即引发了全球钢铁工业的一场大变革。

传统的钢铁生产流程采用模铸：将每炉钢水分别浇入一个个钢锭模，铸成单根钢锭，冷却后逐个脱模，经再次加热、初轧，成为钢坯，然后由成品轧机轧制成材；

连铸则是把一炉或多炉钢水持续注入同一个结晶器，连续不断地拉出钢坯，根据需要切成定尺长度送往成品轧机。连铸技术是“一火成材”的关键技术，可实现从铸锭到成材整个过程中“一火成材”。

连铸具有模铸无法企及的巨大优势：

1、减少钢水损失，提高成材率。

连铸避免了铸锭、多次加热及初轧开坯过程中的钢锭模、浇道、氧化剥落和切除头尾等多项损失，极大提高了钢水的综合成坯率。

钢水的综合成坯率：模铸为80%-85%，连铸可达95%以上。

2、降低能耗，节能环保

与模铸相比，连铸避免了钢锭再次加热和初轧开坯的巨大能耗，以及钢水大量损失造成的额外能耗。

按当时我国的能耗水平测算，连铸生产每吨钢坯可比模铸综合节能130kg标准煤。

连铸消减了模铸与初轧产生的大量“三废”，对环境保护十分有利。

3、节省钢铁企业建设投资

连铸缩短了钢材生产流程，显著减少钢铁厂占地，并省掉庞大的初轧厂，因而能节约巨额建设投资。

4、产品质量提高

模铸时钢水凝固缓慢，元素偏析显著，尤其每段钢锭头、尾化学成分差异更大。

连铸坯断面小，并有强制冷却加快钢水凝固，树枝晶间距小、偏析轻，尤其沿铸坯长度方向化学成分比较均匀。

目前用连铸坯轧制，钢材质量普遍优于模铸。

5、钢坯成本低

连铸生产流程短，钢耗、能耗与基建投资少，劳动生产率高，使得钢坯成本大大降低。

根据鞍钢的数据，鞍钢在90年代末平炉改转炉每吨钢成本可降低100元，将模铸改为连铸每吨钢成本可降低200元。

连铸机是现代钢铁联合企业必须配备的设备，对钢铁企业降低生产成本、提高生产节奏具有重要价值。

西方发达国家钢铁工业的连铸比率从1970年开始逐步提升，在90年代基本都达到90%以上。

日本是连铸技术应用最领先的国家，日本钢铁工业的连铸比在1985年就超过了90%，同期德国和法国钢铁工业的连铸比在80%左右，而美国钢铁工业的连铸比仅有44.4%。

中国钢铁工业连铸技术的应用晚于西方发达国家，1980年的连铸比仅有6.2%。

连铸项目决策背景与总体目标

宝钢二期工程在建设方式上发生了重大改变——从购买装备转到购买技术。

宝钢二期工程的6个主要项目中，高炉、焦化、烧结三个项目国内总承包设计制造，连铸、热轧和冷轧三个项目采取外方总承包，联合设计、合作制造。

为什么宝钢二期工程的建设方式会发生如此重大的改变？

为什么不像一期工程那样直接从国外购买设备？

从钢铁工业长远发展的角度看，必须在国内形成先进冶金设备的制造能力！

这点是国家领导人和冶金部、机械工业部等相关部门的共识。

这是宝钢二期工程建设方式调整背后的原因。

直接购买设备，看似最省事但花一次钱只能买到一套设备。

宝钢的装备解决了，更多的钢铁企业怎么办？企业的备品备件怎么办？

通过购买技术学会自己制造装备，不仅能够解决宝钢的设备供应问题，同时还能够从根本解决中国整个钢铁工业的设备供应问题。

中国钢铁工业如果所有的装备都依靠进口，民族装备工业萎缩退化，发展钢铁工业最终将梦想成空。

根据冶金部与机械部反复论证的结果，国务院最终确定将宝钢二期连铸、热轧和冷轧项目在内的一批大型成套设备列为国家重大技术装备，适时作出了“引进技术、联合设计、合作制造”的战略决策。

但是购买技术自己制造设备这条路并不容易。

1、以当时国内机械工业的技术和工艺水平，有没有能力制造出具有世界先进水平的现代化冶金设备，不仅外方不相信我们，连我们自己的钢铁企业都信心都严重不足。

2、即使制造出来了，质量是否能够得到保证，万一出现质量问题影响到后期的成产怎么办？设备需要能够保持长期稳定的生产，使用出现问题了怎么办？

这都是一个个现实的问题，充满了巨大的挑战，也需要决策者承担巨大的责任和风险！

连铸机合同的签订和执行

在国家决定宝钢二期工程设备引进技术在国内制造后，机械工业部从有关工厂、院所选调技术骨干投入宝钢装备的对外谈判，并组建了国内总承包企业——中国重型机械总公司。

在机械工业部直接领导下，中国重机负责组织对外谈判。

参加宝钢1900mm板坯连铸成套设备谈判的主要单位有：西安重型机械研究所、第一重型机器厂、大连重型机器厂、上海东风机器厂、西安冶金机械厂、第二重型机器厂、太原重型机器厂（起重机）、中国通用机械设计成套公司（水处理）、青岛通用机械厂、沈阳液压件厂等，机械部所属电工、仪表自动化、机床等专业公司和上海市机床公司也参与了谈判。

联合设计，指中方派出技术骨干，和外商设计人员一道进行成套设备设计。

外商必须根据合同提供必要的技术资料和培训。

整个设计由外方负责。

合作制造，是由我国工厂按外商的设计图纸与技术标准，制造成套装备中的部分设备（合作产品）。

外商对设计的正确性负责，中方保证制造质量符合外商设计要求。

对一些关键制造工艺，中方派人到外商工厂接受技术培训，外商也派人到中方工厂进行技术指导与监制。

外方为何愿意提供技术？

1900mm板坯连铸设备引进技术是市场换技术的成功案例。

国际技术贸易谈判，本质上是合同双方的利益博弈。

一方要获得技术，另一方想换得收益。

在宝钢1900mm板坯连铸成套设备的对外谈判中，中方充分发挥自身优势，利用国际竞争，实现了重大突破。

第一次石油危机爆发后，西方国家经济长期不景气，钢铁产量在1973年达到最高峰后持续萎缩，西方钢铁企业对冶金设备的订单长期不足，国外的设备制造企业在困境中急于寻找出路。改革开放的中国向世界展现了空前广阔的市场，这是我们的巨大优势。

宝钢1900mm板坯连铸项目邀请了日本日立造船、住友重机公司、德国西马克公司和奥地利奥钢联四家公司参与投标。利用外商抢滩中国市场的迫切心情，促使他们做出空前让步，接受了我方要求的一次性全盘转让核心技术的条件。

经过“货比三家”，我国最终选定日立造船株式会社为宝钢1900mm板坯连铸成套设备的总承包商。

日立造船公司作为整套设备的总承包商，在经济和技术上对宝钢全面负责。

1985年4月8日，1900mm板坯连铸设备引进技术、合作制造合同正式签字。

我们是如何掌握连铸技术的？

我国冶金设备制造企业有一定的连铸技术基础。

连铸技术是20世纪50年代才逐步发展起来的，我国的技术人员长期跟踪连铸技术的发展，对世界连铸技术的发展趋势十分清楚，对连铸技术细节有完整的认识。

武钢在1973年从西德引进了一套连铸设备，我们也有使用经验。

我国的冶金设备制造企业也设计制造了一些连铸设备，主要是小方坯连铸机，但我们缺乏设计制造先进的大型板坯连铸设备的经验。

首先是通过合同获取外方的全部技术资料。

根据技术引进合同，外商要向中方提交全套设备图纸和技术资料，还要提供核心设计软件、计算公式和相关数据。

这些资料不仅告诉我们是什么，还要告诉我们为什么！

让外商提供技术资料的附件是整个合同的重心，至关重要的是软件项目必须写得准确、完整，尤其不能漏掉核心软件。来自西安重型机械研究所的连铸技术骨干在连铸理论设备研制领域已经探索了20多年，十分清楚世界连铸技术的发展动态，知道什么是连铸技术要害和关键。在谈判桌上他们拿出的附件草案内容完整、切中“命门”，直截了当要把外商的核心技术“一网打尽”。

其次，在宝钢连铸机的设计过程中，我方技术人员全面参与了连铸机的设计。

合同规定日方要接纳中方一百多名设计人员，与本方设计师混合编组、同室工作。

在连铸机设计之前，合同还规定日方需就关键技术向中方人员讲课、安排实习编程和上机计算，必须帮助中方掌握套装备总体设计和关键设备设计的思想与方法。

我国派出了专业配套齐全的设计骨干，全过程参与外商整套设备设计的实际工作，通过具体的实践掌握外方的设计细节和背后设计原理。

合同还规定日方要在本方工厂培训近百名中方制造技术人员、管理人员和关键工序的操作工人。

通过技术引进合同，我们不仅获得了技术资料（既有是什么，又有为什么），同时还获得了直接的实践机会，直接检验我方技术人员对连铸技术的掌握程度。

日方不仅培训了我国的连铸机设计技术人员，同时还需要帮助我们培训制造技术人员和管理人员。

所以说宝钢连铸项目的技术引进，是“市场换技术”的成功实践！

赴日培训及联合设计

出国培训，掌握日立连铸设备的核心技术。

从1985年8月到1986年12月，我国陆续派出256人，分18批赴日本进行1900mm板坯连铸机的联合设计和技术培训。

连铸设备出国团组在日本前后有16个月、累计1414人月，学习、工作都获得了丰硕成果，主要有：

1、基本掌握了日立造船板坯连铸机的总体设计和成套设备（包括各种关键设备）设计技术，拿到了相关软件，特别是总体设计的核心软件。获得技术的广度和深度都超越了合同范围。

2、搞清了制造合作产品的关键工艺技术，冷、热加工各专业针对本厂合作产品分别编写了主要件的制造要领书，总计200余份。制订了组织管理合作制造的实施方案和质量保证措施计划。

3、完成了合作产品全部图纸（共7976张A1）的转化，提前两个半月发回国内，为合作制造争取了极为宝贵的时间。

另外，还分专业写出了有一定深度的技术总结109万字，为国内更多同行学习掌握有关技术和下一步写书出版创造了条件。

1900mm连铸项目出国团组在日本期间，一面冲破重重阻力，实现预定培训目标，取得了合同规定应得的全部技术资料；一面多层次、多渠道积极拓展，突破合同范围，拿到了大批极有价值的重要技术软件。主要有：

(1）日立造船当时实际使用的板坯连铸机最新设计软件10余种。其中关于辊列配置、铸坯凝固、拉坯力等多项基本参数的计算程序——CCP10，属于连铸机总体设计的核心软件，后来在我国各单位自主设计大型板坯连铸机时发挥了十分重要的作用。

(2）新日铁成套装备事业本部主动表示希望日后能与中方合作。连铸团组抓住机会，及时要求对方就板坯连铸的关键技术做了10项专题讲座，并拿到了他们的结晶器在线调宽受力计算程序。

(3）通过友好交往，日方向我们提供了日本当时最新投产的几套连铸机的一些图纸，还有一批起重机、水处理系统等的图纸资料。

当时，新开发成功的CCP10用于设计时间不长，两年前谈判时不可能被“点名”写入合同。连铸团组所以能从日立造船软件库最深处“掏”出这项核心技术，一方面是因为合同附件规定日方应提供技术资料的范围涵盖了CCP10的内容，只要中方能够准确地“点名”,日方就没有理由拒绝中方的索求；另一方面更主要得益于中方设计人员的用心与专注，他们及时发现了CCP10这个重量级软件，牢牢抓住线索、锲而不舍紧追，促使日方交出了这套软件。

1900mm 连铸项目的联合设计与技术培训取得了丰硕成果。

日立造船的连铸机设计部长守屋很有感触地说：“我们当年到德马克公司只去了三个人，专业不全，顾此失彼。你们有国家支持，来的人这么多，专业全，时间也长，条件比我们强。我们还有两点不如你们：一是当时毫无连铸知识，到了德国主要靠自己看资料，真是晕头转向。你们在连铸机技术上已经有一定基础，到日本不仅看资料，还听讲课，做计算，参加实际设计工作，这样学习比我们那时深入透彻。二是你们一开始就学了总体设计，还搞了报价技术方案。这一点非常重要，我们当时就没想到。你们掌握技术肯定会比我们快得多。”

日立造船的千原社长也说：“照现在情况看，你们搞过三套连铸机之后就可以掌握日立造船的全部技术。按常规，至少需要干五套才行。”

事实上，日本和德国的企业当初都是经过五套以上的设备合作制造、用了大约十五年才掌握了成套连铸设备的设计制造技术。我国仅用六七年，第二套（舞钢）和第三套（攀钢）板坯连铸机就实现了自主设计制造。

1900mm板坯连铸成套设备的制造

宝钢1900mm板坯连铸机的两台主机包括四流相同设备。其中日立造船制造三流，第四流由中方合作制造，但有两项单机除外：一是钢包回转台（用户要求外商制造）；二是4号扇形段（结构与其前、后的其它扇形段相同）需在日本加装电磁搅拌系统。

中方接近于完整地制造了一流连铸机，包括几乎所有的核心设备（仅回转台除外），实现了国家要求“合作制造必须进入心脏”的重要目标。

1900mm板坯连铸机的“引进技术、合作制造”，圆满实现了预定目标，“一套装备、一支队伍、一套本领、一本书”相继从梦想变为现实，并且远远超出了预期。尤其是当初梦寐以求地盼望着中国能有一支自己的“国家队”来设计制造高水平板坯连铸机，结果一下子涌现出多支“方面军”：西重所、大重、一重、二重、重钢院、北钢院，纷纷掌握了相关技术；经过宝钢工程历练的中国重机等企业形成了总承包体系，相关的各种配套产业也取得了长足进步。中国已经具备自主设计制造现代化板坯连铸成套设备的条件。大型板坯连铸机的国产化，已呈三军严整、满弓欲发态势。

大型板坯连铸机的国产化

宝钢1900mm板坯连铸机1号和2号于1989年7月和12月相继投产。

这是当时全球最先进的大型板坯连铸机，工艺、物流顺畅，铸坯质量良好，设备配置完善，装机水平很高，运转稳定正常。

国内合作制造的设备，内在质量和外观质量都达到了进口设备的同等水平。

在宝钢的不懈努力下，1900mm板坯连铸机这套已经运行了20多年的老设备达到了很高的操作水准，迄今一直保持着超设计水平运行：设备设计能力400万吨/年，实际年产量达到560万吨/年；浇铸钢种显著扩大。

通过1900mm板坯连铸项目的引进技术、合作制造，我国掌握了现代板坯连铸机的核心技术，使我国大型板坯连铸技术迅速赶上世界先进水平，并且在成套装备国产化进程中开始显出巨大成效。

1991年3月，1900mm板坯连铸项目获得了国务院重大技术装备领导小组颁发的“国家重大技术装备成果特等奖”。

经过宝钢工程历练的中国重机等企业形成了总承包体系，相关的各种配套产业也取得了长足进步。中国已经具备自主设计制造现代化板坯连铸成套设备的条件。西安重型机械研究所也按照上级部署，开始重点研发国家重大技术装备攻关项目——百万吨级大型板坯连铸成套装备。

国内自主设计制造的首套百万吨级大型板坯连铸成套装备是攀钢1350mm板坯连铸机。

国务院重大办把攀钢1350mm板坯连铸机列为国家重大装备项目，要求组建“国家队”自主设计制造成套设备。

成套设备由中国重型机械总公司总承包，西安重型机械研究所（现中国重型机械研究院）负责设备设计，重庆钢铁设计研究院做工厂设计及工艺设计，几大主要设备制造厂按其强项进行机电设备制造及成套。

项目的建设方针是立足国内设计制造，少量引进当时国内还不能生产的或质量还不过关的关键技术和关键配套件。

历经三年多的建设，总投资4亿元，攀钢1350mm板坯连铸机于1993年10月18日一次性试车成功，顺利投产并很快达产。

该连铸机是国内首台国产化的自动化程度较高的大型板坯连铸机，于1994年获国家科技进步一等奖。

攀钢项目证明了国产连铸设备是可靠的。据当时计算，与全套引进设备相比，攀钢连铸机节约了建设资金3.44亿元，外汇支出仅有234万美元。宝钢连铸机的引进外汇支出为2.33亿美元。

比攀钢项目稍早，舞阳钢铁公司也在1992年11月投产了一套国产板坯连铸机。宝钢负责工程总承包与连铸生产指导；成套设备由中国重机总承包，北钢院负责工艺设计、浇铸系统设备和电控、仪表系统设计；一重负责连铸主机及其它设备设计，并承担制造；计算机控制系统设计和软件编制由北钢院和电子部太极计算机公司合作完成。整套设备95%由国内设计制造。

攀钢和舞钢连铸机的成功，极大地增强了用户对国产设备的信心。中国大型板坯连铸机的国产化，耕耘播种于宝钢，开花结果在攀钢和舞钢，从此一发不可收拾，走上了快车道。

据不完全统计，2010年中国拥有常规板坯连铸机203台，255流；其中138台，179流是国内自主设计制造，占据了大半江山。如果完全依赖进口，绝无可能建起如此庞大的板坯连铸机群。

中国钢铁工业的连铸比率在2002年首次超过90%，并追赶上了以日本、德国为代表的西方国家的水平。

2000年以后，国内越来越多的钢铁企业实现了“全连铸”生产，钢铁企业的各项技术经济指标追赶上了西方发达国家的先进钢铁企业。

我们能够实现追赶的根本原因——在于掌握了技术。

宝钢二期工程建设中，通过引进技术我们成功掌握了大型板坯连铸设备的设计和制造技术。

中国钢铁工业的连铸比率从1990年开始快速上升，就是得益于我们掌握了技术。

在掌握了技术之后，中国的钢铁工业用了12年左右的时间，将全行业的连铸比率提升至90%以上，从而追赶上了西方国家的水平。