2025连铸机行业的技术创新方向探索

2025连铸机行业的技术创新方向探索

一、引言连铸机行业的时代坐标与创新使命连铸技术作为钢铁工业“轧钢之前的关键环节”，其发展水平直接决定了钢铁生产的效率、质量与成本从1950年代世界第一台板坯连铸机诞生至今，连铸技术已从最初的“简单浇铸”演变为集材料科学、机械工程、自动化控制、流体力学于一体的复杂系统当前，全球钢铁工业正处于“绿色化、智能化、高端化”转型的关键期，中国作为全球最大钢铁生产国（2023年粗钢产量达

10.13亿吨，连铸坯产量占比超95%），对连铸机技术的需求已从“规模扩张”转向“质量提升”“能耗降低”“多品种兼容”2025年，既是“十四五”规划（2021-2025）的收官之年，也是“十五五”（2026-2030）布局的谋划之年在“双碳”目标（2030碳达峰、2060碳中和）、智能制造

2025、新材料产业发展等国家战略推动下，连铸机行业的技术创新不再是“选择题”，而是关乎企业生存、行业升级的“必答题”本文将从智能化、高效化、绿色化、材料结构创新、工艺质量控制五个维度，系统分析2025年连铸机行业的技术创新方向，为行业发展提供参考

二、智能化与数字化深度融合从“经验驱动”到“数据驱动”连铸过程涉及钢水流动、凝固传热、结晶器振动、拉矫控制等多物理场耦合，传统生产依赖“老师傅经验”和“人工巡检”，存在质量波动大、生产效率低、安全风险高等问题随着工业互联网、人工智能技术的成熟，智能化与数字化融合已成为连铸机技术创新的核心方向，其目标是实现“全流程感知-决策-执行”的闭环控制，让生产更精准、更可控第1页共12页

（一）数字孪生技术构建“虚拟工厂”，提前破解生产难题数字孪生技术是连铸智能化的“基础设施”，通过在虚拟空间中构建与物理连铸机完全一致的数字模型，可模拟钢水凝固、结晶器内流场、设备运行状态等全流程，提前预测潜在问题，减少物理试错成本当前，数字孪生技术在连铸领域的应用仍处于“单设备模拟”阶段（如结晶器、扇形段），而2025年的技术突破将聚焦“全流程集成模拟”一方面，整合钢包精炼、中间包冶金、结晶器凝固、二次冷却、切割等环节的数字模型，形成覆盖“钢水-铸坯-设备”的多尺度耦合模型；另一方面，引入实时数据接口，将传感器采集的温度、应力、振动等参数与数字模型动态交互，实现“虚实联动”例如，在板坯连铸中，通过数字孪生可模拟不同拉速（

1.5-

2.5m/min）、二冷配水（水温、水量）对铸坯内部偏析的影响，优化工艺参数，将试铸周期从传统的3-5小时缩短至1小时内某头部连铸机企业（如西门子奥钢联）已在欧洲某钢厂试点“全流程数字孪生系统”，通过模拟不同钢种（如IF钢、高强钢）的连铸过程，将产品合格率从92%提升至96%，每年减少废品损失超2000万欧元这一技术的普及将成为2025年连铸机智能化的“标配”

（二）AI驱动的预测控制让“经验决策”升级为“智能决策”传统连铸工艺参数（如拉速、二冷水量、结晶器振动参数）依赖人工经验设定，存在“滞后性”和“主观性”2025年，基于机器学习、深度学习的AI预测控制系统将实现“参数自适应优化”，其核心是通过历史数据训练算法，实时预测铸坯质量（如内部裂纹、表面缺陷），动态调整工艺参数具体而言，AI预测控制将覆盖三个关键环节第2页共12页质量预测模型利用LSTM（长短期记忆网络）、CNN（卷积神经网络）等算法，结合实时检测数据（如结晶器液位波动、二冷区温度场分布），预测铸坯内部疏松、偏析等缺陷的发生概率例如，某企业通过分析10万组连铸生产数据，训练出“板坯内部裂纹预测模型”，准确率达90%，提前15分钟预警，避免批量废品参数优化算法基于预测结果，通过强化学习（ReinforcementLearning）动态调整拉速、二冷水量、结晶器振动频率等参数例如，在高碳钢连铸中，传统拉速受限于“中心偏析”问题，而AI算法可根据钢水成分、温度、结晶器热流分布，将拉速从

1.8m/min提升至

2.2m/min，同时保证中心偏析等级≤C级自适应控制执行通过工业机器人与数字孪生模型联动，实现参数调整的“闭环执行”例如，结晶器振动参数的调整响应时间从传统的30秒缩短至5秒，避免因参数波动导致的坯壳破裂据国际轧钢协会（IISI）预测，2025年AI预测控制在连铸机中的普及率将超60%，可使生产效率提升10%-15%，质量波动降低25%

（三）智能传感与在线监测让“人工巡检”升级为“全时感知”连铸过程的高温、粉尘、电磁干扰等环境，对传感技术提出了严苛要求2025年，智能传感技术将从“单点检测”向“分布式感知”升级，实现全流程无死角监测，为智能化控制提供数据支撑关键技术突破包括高精度温度场监测采用光纤光栅传感器（FBG）替代传统热电偶，可在结晶器铜板、二冷区等高温区域实现

0.1℃的温度测量精度，空间分辨率达1mm，实时捕捉凝固前沿温度梯度变化，优化二冷配水第3页共12页缺陷在线检测基于多光谱成像技术，对铸坯表面缺陷（如裂纹、夹杂）进行高速成像（帧率≥1000fps），通过深度学习算法自动识别缺陷类型和尺寸，检测准确率从传统视觉检测的85%提升至98%设备健康监测在结晶器振动装置、扇形段辊子等关键部件安装振动、应力、位移传感器，结合声发射技术，实时监测设备磨损和故障风险，实现“预测性维护”，将设备停机时间减少30%某企业在2024年的试点中，通过部署1000余个智能传感器，实现了对150mm厚板坯连铸全流程的实时监测，设备故障率下降40%，年维护成本减少1200万元这一技术的成熟将彻底改变连铸生产“靠人工、靠经验”的传统模式

三、高效化与近终形连铸技术从“规模生产”到“精准制造”随着下游轧钢行业对“短流程、低成本、高质量”的需求升级，连铸机的技术创新正从“追求产量”转向“提升效率”和“近终形化”——通过优化连铸坯形状、尺寸精度和组织性能，减少后续轧制工序，降低能耗和成本

（一）高速连铸技术突破“速度-质量”瓶颈，提升单机产能高速连铸是提升连铸机效率的核心手段，其目标是在保证铸坯质量的前提下，将拉速从传统的

1.5-

2.0m/min提升至

2.5-

3.0m/min，甚至更高但高速连铸面临“结晶器内钢水流动不稳定”“坯壳生长不均匀”“热应力过大导致裂纹”等挑战，需要多技术协同突破2025年的技术突破方向包括结晶器优化采用“窄面电磁搅拌+宽面电磁制动”组合技术，抑制结晶器内钢水卷渣和回流，改善坯壳均匀性例如，某企业开发的“双频电磁搅拌”技术，通过调整搅拌频率（1-5Hz）和电流，使结晶第4页共12页器内钢水流动速度控制在

0.3-

0.5m/s，坯壳厚度波动从±5mm降至±2mm结晶器振动参数创新采用“正弦+余弦”复合振动模式，优化振动加速度和频率，减少坯壳与结晶器铜板的摩擦，降低拉坯阻力某钢厂应用该技术后，拉速从

2.0m/min提升至

2.8m/min，铸坯表面无振痕缺陷，单机小时产量提升40%二次冷却强化开发“层流-喷雾”复合冷却系统，根据铸坯不同位置（凝固前沿、中心区域）的传热需求，动态调整水量和水温，实现“精准冷却”例如，在板坯中心区域采用高压喷雾冷却（水压≥3MPa），将中心区域冷却速度提升50%，缩短完全凝固时间，使拉速提升至

3.0m/min成为可能据行业数据，2025年高速连铸技术的普及率将达50%以上，可使连铸机单机产能提升20%-30%，年产能超1000万吨的连铸机将成为主流

（二）近终形连铸技术直接成型，减少“轧制-加热”环节近终形连铸（Near-Net-Shape ContinuousCasting）是指连铸坯直接成型为接近最终产品尺寸的形状（如扁坯、方坯、异形坯），减少后续轧制道次，实现“短流程”生产2025年，近终形连铸技术将向“高精度、多品种、全流程兼容”方向发展具体应用场景包括扁坯连铸针对冷轧薄板生产，开发“大压下量扁坯连铸”技术，将连铸坯厚度从200mm降至120mm，宽度从1000mm优化至1250mm，使后续冷轧轧制道次减少3-5道，能耗降低15%-20%某企业已在2024年投产国内首台1250mm宽扁坯连铸机，产品精度达±

0.5mm，成材率提升至98%第5页共12页方坯近终形连铸针对轴承钢、齿轮钢等高端产品，开发“异形方坯连铸”技术，通过结晶器内“动态电磁成形”，使方坯边缘圆角半径从传统的5mm优化至2mm，减少后续剥皮工序，材料利用率提升5%特殊钢种近终形连铸针对高磁感取向硅钢（Hi-B steel）、精密合金等高端产品，开发“低偏析近终形连铸”技术，通过控制中间包内钢水流动（如S型挡墙+多孔挡坝），将中心偏析等级从C级降至D级，满足下游“无取向-高磁感”的性能需求近终形连铸技术的普及，将推动连铸机从“通用性设备”向“定制化装备”转型，2025年高端近终形连铸坯在特殊钢、高端板材中的占比将提升至35%

四、绿色低碳与节能技术从“高耗能”到“低碳化”“双碳”目标下，钢铁工业作为碳排放大户（占全国总排放约15%），连铸环节（尤其是二次冷却、结晶器加热、设备传动）的节能降耗成为技术创新的重点2025年，连铸机将通过“高效节能设备”“余热回收利用”“短流程集成”三大路径实现绿色转型

（一）高效节能结晶器技术降低“热损失”与“能耗”结晶器是连铸机的“心脏”，其热损失占连铸总能耗的30%-40%，开发高效节能结晶器是降低能耗的关键2025年的技术突破方向包括结晶器铜板材料创新采用“铜合金-陶瓷复合材料”（如无氧铜+氧化锆陶瓷涂层），提升铜板导热系数和耐磨性，减少热损失（传统结晶器铜板热传导率约380W/m·K，新型材料可达450W/m·K），结晶器寿命从8000炉提升至15000炉第6页共12页电磁搅拌节能优化开发“低功率电磁搅拌”技术，通过优化搅拌线圈设计（如采用空心导体），在保证搅拌效果的前提下，降低能耗20%-30%某企业应用该技术后，结晶器电磁搅拌能耗从25kW降至18kW，年节电超50万度结晶器振动能耗回收利用振动过程中电机的“再生发电”原理，将振动系统的动能回收为电能，回收率可达30%，年节能约20万元/台

（二）余热回收与循环利用技术“变废为宝”，提升能源效率连铸过程中存在大量余热（如高温铸坯、二次冷却蒸汽、电机散热），2025年将通过“梯级回收”技术实现余热的高效利用具体路径包括高温铸坯余热回收采用“空冷-水冷”复合冷却系统，将铸坯从1000℃降至600℃过程中的余热通过换热器回收，加热轧钢加热炉煤气，替代部分天然气消耗某钢厂应用后，年减少天然气消耗1200万m³，碳排放降低3000吨二次冷却蒸汽回收在二冷区上方安装“蒸汽回收罩”，通过汽轮机发电或溴化锂制冷，将二次冷却产生的蒸汽（温度约80-120℃）转化为电能或冷水，用于结晶器冷却或车间空调某企业2024年试点显示，该技术可回收余热发电500kWh/h，年收益约400万元电机系统节能改造采用“永磁同步电机+变频调速”替代传统异步电机，传动系统效率从85%提升至95%，某1500mm板坯连铸机改造后，年节电超100万度

（三）短流程连铸-轧制一体化技术减少“跨工序”能耗第7页共12页连铸与轧制环节的“分离式生产”导致大量“跨工序运输能耗”（如铸坯从连铸跨运至轧钢跨），2025年将通过“连铸-轧制一体化”布局，缩短工序距离，降低能耗例如，在“全连续式”轧机（如热连轧）旁建设“紧凑式连铸机”，实现“连铸-热轧”无缝衔接，铸坯从连铸机直接进入轧机，省去转运环节，能耗降低10%-15%某企业在2024年建成国内首条“紧凑式连铸-热轧”示范线，实现板坯直轧，年减少运输能耗超800万度，碳排放降低2000吨

五、材料与结构创新从“通用设计”到“定制化装备”连铸机核心部件（如结晶器、扇形段、拉矫机）长期处于高温、高压、重载环境，其材料性能和结构设计直接影响设备寿命和稳定性2025年，材料与结构创新将聚焦“高性能材料”“轻量化设计”“模块化集成”三大方向

（一）高性能材料应用提升核心部件寿命与可靠性核心部件材料性能的提升是延长设备寿命、降低维护成本的关键，2025年将重点突破以下材料技术结晶器铜板开发“梯度功能材料”（FGM）铜板，表层采用高导热铜合金（如Cr-Zr-Cu），心部采用高强度钢，兼顾导热性与耐磨性，寿命从传统的1万炉提升至2万炉以上扇形段辊子采用“碳纤维复合材料（CFRP）”替代传统合金辊，重量减轻50%，惯性降低60%，减少电机负荷；同时表面喷涂“类金刚石涂层（DLC）”，耐磨性提升3倍，辊子寿命从3000小时提升至10000小时第8页共12页拉矫机轴承采用“陶瓷滚动体轴承”（氧化锆陶瓷+氮化硅外圈），耐温性从200℃提升至600℃，寿命提升5倍，某企业应用后，拉矫机故障停机时间减少70%

（二）轻量化与结构优化降低设备能耗与成本连铸机设备（如结晶器、扇形段）重量大、惯性大，导致能耗高、传动负荷大，2025年将通过结构优化和轻量化设计实现突破结晶器整体轻量化采用“模块化框架结构”，将传统整体结晶器拆分为“窄面框架+宽面框架”，通过液压快速连接，重量减轻20%，同时便于在线更换扇形段结构优化采用“悬浮式扇形段”，通过弹簧支撑消除辊子对中误差，减少振动应力；同时采用“分段式导卫装置”，降低整体重量30%导向机构轻量化采用“空心轴+碳纤维拉杆”替代传统实心轴，重量减轻40%，某1580mm板坯连铸机扇形段总重从12吨降至

7.2吨，电机功率降低15%

（三）模块化与快速更换技术缩短停机时间，提升作业率连铸机的“计划停机”（如结晶器更换、扇形段检修）占总停机时间的60%以上，2025年模块化与快速更换技术将实现“换件不停机”结晶器快速更换系统开发“液压同步升降+自动对准”装置，更换时间从传统的4小时缩短至1小时内，年增加作业时间超1000小时扇形段模块化设计将扇形段拆分为“3-4个独立模块”，每个模块重量≤500kg，可通过行车快速更换，某企业应用后，扇形段更换时间从8小时降至2小时，年减少废品损失超1500万元第9页共12页关键部件预组装技术在车间外预组装结晶器、扇形段等核心部件，现场仅需“螺栓连接+管道对接”，缩短现场安装调试时间50%

六、工艺优化与质量控制从“合格产品”到“高端定制”连铸的最终目标是为下游提供“高质量、低成本、多品种”的铸坯，满足轧钢对“薄规格、高精度、高性能”的需求2025年，工艺优化与质量控制将向“精准化、智能化、多品种兼容”方向发展

（一）高精度凝固控制减少内部缺陷，提升产品性能凝固过程的不均匀性是导致铸坯内部缺陷（如偏析、疏松、裂纹）的核心原因，2025年将通过“多物理场协同控制”实现凝固过程的精准调控凝固前沿温度梯度控制采用“激光热丝传感+电磁搅拌”技术，实时监测凝固前沿温度梯度（精度±1℃），动态调整搅拌参数，将中心偏析从C级降至D级（GB/T10561-2005标准）低过热度浇铸技术将钢水过热度从传统的30-50℃降至10-20℃，减少凝固收缩，降低中心疏松缺陷发生率，某企业应用后，中心疏松评级从

2.5级降至

1.5级凝固末端轻压下技术在凝固末端（距结晶器出口1-3m）施加“动态轻压下”（压下量

0.5-2mm），通过液压伺服系统实时调整压下位置和行程，消除中心缩孔，提升铸坯致密度

（二）多钢种兼容技术满足“高端化、差异化”需求连铸机需适应“普碳钢-低合金钢-不锈钢-特殊钢”等多品种生产，2025年将通过“工艺参数自适应调整”实现多钢种稳定生产钢种识别与参数匹配系统通过钢水成分快速分析仪（如X射线荧光光谱仪），实时识别钢种（如Q345B、304不锈钢、H13热作模具第10页共12页钢），自动调用预存的工艺参数（拉速、二冷配水、电磁搅拌强度），切换时间从15分钟缩短至5分钟高合金钢连铸难点突破针对高合金钢（如Cr12MoV、Inconel600）易出现的“凝固慢、坯壳薄”问题，开发“阶梯式结晶器”（窄面高度梯度变化），优化凝固顺序，避免漏钢事故；同时采用“氩气保护结晶器”，防止钢水氧化，提升表面质量薄规格铸坯质量控制针对“超薄板坯”（厚度≤100mm）连铸，开发“低过热度+强冷却”技术，通过精确控制二冷水量（如采用“分区冷却”），避免铸坯弯曲变形，某企业生产的100mm厚IF钢连铸坯，表面无裂纹，合格率达99%

（三）全流程质量追溯系统实现“从钢水到产品”的全程可追溯产品质量问题的根源追溯是提升质量稳定性的关键，2025年将构建“全流程质量追溯系统”，实现数据闭环管理数据采集与存储通过物联网技术，采集钢水成分、温度、拉速、二冷水量、设备状态等数据，存储至云端数据库，数据采样频率达10Hz，存储容量≥1TB/年质量关联分析基于大数据分析，建立“工艺参数-质量缺陷”关联模型，例如“拉速波动

0.2m/min时，中心偏析增加

0.5级”，为工艺优化提供依据质量预警与改进当检测到质量异常（如表面裂纹）时，系统自动追溯至“前30分钟内的工艺参数”，定位问题原因（如结晶器振动参数不当），并推送改进建议，某企业应用后，质量问题响应时间从2小时缩短至15分钟

七、结论技术创新引领连铸机行业高质量发展第11页共12页2025年，连铸机行业的技术创新将围绕“智能化、高效化、绿色化、材料化、精准化”五大方向展开，通过数字孪生、AI预测控制、高效节能设备、近终形连铸、高性能材料等技术的突破，推动连铸生产从“经验驱动”向“数据驱动”、从“规模扩张”向“质量提升”、从“高耗能”向“低碳循环”转型这些技术创新不仅能提升连铸机的生产效率（预计单机产能提升20%-30%）、降低能耗（碳排放减少15%-20%）、延长设备寿命（关键部件寿命提升50%以上），更能满足下游对“高端钢种、近终形产品”的需求，助力钢铁工业实现“双碳”目标和高质量发展然而，技术创新的落地仍面临挑战跨学科人才短缺（冶金、材料、自动化、AI融合）、核心部件依赖进口（如高端传感器、精密传动系统）、数据安全与标准不统一等未来，行业需加强产学研协同，推动技术自主化，同时建立统一的数据标准和安全体系，让创新技术真正转化为产业竞争力可以预见，2025年将是连铸机行业技术创新的“爆发期”，而那些率先布局智能化、绿色化、定制化技术的企业，将在新一轮行业变革中占据先机，引领全球连铸技术的发展方向第12页共12页。