在钢铁工业 “由大转强” 的转型浪潮中，连铸机作为衔接炼钢与轧钢的核心枢纽，其技术水平直接决定了钢坯质量、生产效率与环保效能。随着 “双碳” 目标深化与工业 4.0 技术渗透，传统连铸机 “经验依赖、粗放控制、高耗高排” 的模式已难以为继。智能化转型正推动整套连铸机从单一生产设备向 “数据驱动、绿色高效、自主决策” 的智能系统演进，重塑冶金工业的核心生产链路。本文将立足行业现状，解析智能化背景下连铸机的关键升级方向，并展望其未来发展图景。
一、智能化转型前的连铸机：瓶颈与转型必然性
连铸机通过 “钢水→钢坯” 的短流程变革，已成为现代钢铁工业的 “心脏设备”，连铸比每提高 1%，吨钢能耗可降低约 15kg 标准煤。但在智能化转型之前，整套设备体系长期面临三大核心瓶颈，倒逼技术升级成为必然。
1. 生产控制：经验主导，精度不足
传统连铸机依赖人工经验调整结晶器液位、拉速、二次冷却水量等关键参数，而钢水温度波动、保护渣性能变化等动态因素的影响难以精准把控。某中型钢铁企业数据显示，人工控制模式下，铸坯尺寸精度误差常达 ±5mm，表面裂纹、中心疏松等缺陷率高达 3%-5%，后续轧制工序的废品率随之上升。
2. 设备运维：被动响应，停机风险高
关键部件状态监测依赖人工巡检（每天仅 2-3 次），结晶器铜板磨损、扇形段辊道变形等故障难以提前预判。某钢厂曾因扇形段轴承失效未及时发现，导致非计划停机 48 小时，直接损失超千万元。据行业统计，传统连铸机年非计划停机时间可达 150 小时以上，严重影响生产连续性。
3. 绿色生产：末端治理，能效偏低
能耗与排放控制处于 “事后补救” 阶段：结晶器铜板余热、二次冷却蒸汽等能源未有效回收，吨钢余热回收量不足 30kg 标准煤；粉尘收集率仅 70% 左右，SO₂、NOₓ排放常接近标准限值，在环保政策收紧背景下已面临淘汰风险。
政策与市场的双重驱动更凸显了转型紧迫性：《“十四五” 原材料工业发展规划》明确要求 2025 年高效连铸机占比超 80%，而下游新能源汽车、高端装备制造等行业对特种钢材的需求激增，倒逼连铸机向 “高精度、低缺陷” 升级。智能化成为破解瓶颈、满足需求的核心路径。
二、智能化转型下的核心技术升级方向
智能化转型并非单一技术的叠加，而是通过数据链贯穿连铸全流程，实现 “控制精准化、设备智能化、生产绿色化、服务一体化” 的系统性升级，其核心方向聚焦于四大维度。
1. 控制体系：从 “自动化” 到 “数据驱动的智能决策”
控制体系的升级是连铸机智能化的核心，通过 “感知 - 分析 - 决策 - 执行” 闭环，实现生产过程的自主优化。
（1）全维度数据采集与实时传输
在结晶器、扇形段、拉矫机等关键部位部署振动传感器、温度传感器、声发射传感器及高清摄像头，全面采集钢水温度、结晶器液位、辊道压力、铸坯表面图像等 200 余项参数。借助 5G + 工业以太网技术，数据传输延迟控制在 0.5 秒以内，为实时决策提供基础支撑。宝钢某连铸项目通过该技术，实现了浇铸过程 24 小时无间断数据监控，参数采集覆盖率从传统的 60% 提升至 100%。
（2）AI 驱动的动态参数优化
基于机器学习算法构建生产优化模型，通过分析历史数据（累计超 10 万炉浇铸记录），自动匹配钢种、钢水温度与拉速、冷却水量的最优参数组合。当钢水温度波动 ±10℃时，系统可在 1 秒内调整拉速（响应速度较人工快 50 倍），结晶器液位控制精度从 ±5mm 提升至 ±2mm。河钢唐钢的无头轧制连铸项目中，该技术使铸坯接头缺陷率从 2% 降至 0.1% 以下，实现 “长坯连续浇铸无断浇”。
（3）铸坯质量在线智能预判
引入计算机视觉与深度学习技术，对铸坯表面图像进行实时分析，提前识别裂纹、夹渣等缺陷，预警准确率达 95% 以上。同时结合钢水成分数据，预判铸坯内部偏析风险，及时调整二次冷却强度，使铸坯整体缺陷率降低 60% 以上。
2. 设备体系：从 “机械硬件” 到 “智能诊断的数字孪生体”
通过数字孪生技术构建设备虚拟镜像，实现关键部件全生命周期的精准管理，打破传统运维模式的局限。
（1）关键部件健康状态实时监测
将传感器数据与数字孪生模型结合，实时模拟结晶器铜板磨损、扇形段辊道变形等状态，精准预测部件剩余寿命（误差≤5%）。当结晶器铜板磨损量接近临界值（0.5mm）时，系统自动推送更换预警，提前准备备件，避免突发故障。某钢厂应用该技术后，扇形段故障停机时间从每月 8 小时降至 1.5 小时。
（2）模块化智能设备升级
对核心设备进行智能化改造：结晶器采用可调宽式结构，配合伺服电机驱动，换坯规格调整时间从 2 小时缩短至 30 分钟；拉矫机配备永磁同步电机与变频调速系统，能耗较传统电机降低 15-20%；切割设备引入激光定位技术，铸坯切割精度从 ±3mm 提升至 ±1mm，材料损耗减少 2%。
3. 绿色体系：从 “末端治理” 到 “全流程节能降碳”
智能化技术与绿色技术深度融合，实现能耗与排放的源头控制，契合 “双碳” 目标要求。
（1）余热梯级回收与高效利用
在结晶器设置铜板余热回收装置，回收热量用于加热钢坯或厂区供暖，单台连铸机年回收热量达 1200GJ（相当于节约标准煤 40 吨）；二次冷却段配套蒸汽回收系统，年回收蒸汽 5 万吨，可满足 20% 的厂区生产用汽需求。某钢铁企业通过该技术，吨钢能耗降低 20kg 标准煤，年减少碳排放 1.2 万吨。
（2）污染物精准控制与减排
采用智能除尘系统，根据浇铸阶段自动调节吸尘风量，粉尘收集率从 70% 提升至 90% 以上；通过精准控制保护渣加入量与成分，减少烟尘排放，使 SO₂、NOₓ排放浓度较国家标准限值再降低 10-15%。同时，系统实时监控排放数据，确保达标排放的稳定性。
4. 服务体系：从 “售后维修” 到 “全生命周期智能运维”
借助工业互联网平台，构建 “远程监控 - 预测性维护 - 持续优化” 的服务闭环，提升设备运行可靠性。
（1）远程集中监控与调度
搭建跨厂区连铸机远程控制中心，通过数字孪生模型实时展示多台设备运行状态。宝钢的远程控制中心可同时监控 5 台连铸机，实现异地故障诊断与参数远程调整，现场操作人员减少 40%。
（2）全生命周期数据化服务
设备制造商通过工业互联网平台，定期向企业推送 “工艺参数优化报告”，每月提供 1 次针对性调整建议；基于设备运行数据开展预测性维护，提前更换磨损部件，使维护成本降低 25%。某设备企业通过该服务模式，客户设备综合效率提升 15%，客户留存率达 90% 以上。
三、典型案例：智能化升级的实践成效
案例 1：宝钢湛江钢铁高效连铸项目
宝钢湛江钢铁三期项目中，整套连铸机采用 “AI 优化控制 + 数字孪生运维 + 余热回收” 的智能化方案：
- 控制端：拉速提升至 2.5m/min，较传统设备提高 67%，铸坯尺寸精度控制在 ±2mm；
- 运维端：设备故障预警提前 24 小时以上，年非计划停机时间减少 120 小时；
- 节能端：吨钢余热回收量达 80kg 标准煤，粉尘收集率 92%，年减少碳排放 8000 吨。
项目投产后，吨钢生产成本降低 180 元，投资回收期仅 1.5 年。
案例 2：河钢唐钢无头轧制连铸项目
河钢唐钢引入智能化无头轧制连铸系统，通过 “长坯连续浇铸 + AI 同步控制” 技术：
- 实现铸坯长度 10-30m 连续可调，接头缺陷率从 2% 降至 0.1% 以下；
- 拉矫机同步控制速度差≤0.1m/min，浇铸过程无断浇记录；
- 结合余热回收系统，吨钢能耗降低 20%，年节约标准煤 3 万吨。
该项目生产的高端汽车板钢坯，合格率从 97% 提升至 99.8%，成功供应特斯拉等车企。
四、未来展望：智能化连铸机的发展图景
随着技术持续迭代，未来冶金整套连铸机将朝着 “极致高效、全域智能、深度绿色、跨界融合” 四大方向演进，成为钢铁工业智能制造的核心标杆。
1. 极致高效：近终形铸坯技术规模化应用
近终形连铸技术将实现突破，超薄坯连铸机（坯厚≤150mm）拉速提升至 3.0m/min 以上，直接省去粗轧工序，吨钢生产周期缩短 40%。同时，无头轧制技术与连铸机深度融合，实现 “浇铸 - 轧制” 无缝衔接，钢坯利用率从 95% 提升至 99%，彻底消除中间环节的能耗损失。
2. 全域智能：自主决策能力全面升级
AI 模型将实现 “自学习 - 自优化 - 自修复” 的闭环能力，无需人工干预即可应对钢种切换、原料波动等复杂工况；数字孪生系统与工厂 MES、ERP 系统深度集成，实现 “订单 - 生产 - 物流 - 质量” 全链条数据贯通，连铸机可根据订单需求自动调整生产参数，响应速度提升至分钟级。
3. 深度绿色：碳中和技术集成突破
光伏、风电等绿电与连铸机动力系统无缝对接，实现生产用电 100% 清洁能源供给；余热回收效率提升至 90% 以上，回收热量可直接用于炼钢工序，形成 “能源循环闭环”；通过智能控制实现保护渣、冷却水等资源近零浪费，吨钢污染物排放较 2025 年再降低 50%，推动钢铁企业实现 “碳中和” 目标。
4. 跨界融合：智能制造生态构建
连铸机将成为钢铁工业互联网平台的核心节点，与上游炼钢设备、下游轧制设备形成 “协同控制网络”，实现全流程工艺优化；同时，数字孪生技术与元宇宙技术结合，构建 “虚拟调试 - 现实生产” 的平行系统，新设备调试周期缩短 60%，工艺创新速度提升 3 倍。
结语
智能化转型正在重塑冶金连铸机的技术内核与产业价值，从 “设备自动化” 到 “系统智能化” 的跨越，不仅破解了传统连铸机的效率、质量与环保瓶颈，更构建了 “数据驱动、绿色高效、服务增值” 的全新生产模式。
未来，随着 AI、数字孪生、绿色能源等技术的深度融合，整套连铸机将不再是单纯的生产设备，而是钢铁工业智能制造的 “神经中枢” 与 “节能核心”。在政策引导与市场驱动的双重作用下，智能化连铸机必将推动钢铁工业实现 “由大转强” 的质变，为制造业高质量发展提供坚实支撑。
