蒂森克虜伯TKAST公司不銹鋼板坯連鑄機
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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1 背景
蒂森克虜伯Acciai Speciali Terni（TKAST）公司決定安裝一座薄板坯連鑄機，通過輥道式隧道加熱爐給已有的熱軋帶鋼軋機供應坯料。該鑄機直接以熱裝模式給精軋機組提供薄板坯，以代替原來傳統的步進梁式加熱爐和粗軋機的鑄機-加熱爐-粗軋傳統工藝路線。
這臺老式鑄機由西馬克德馬格公司提供，結構為CSP立式鑄機。經過多年生產實踐表明，已經安裝的緊湊式帶鋼生產（CSP）鑄機不適合用于生產高質量的無錫不銹鋼板坯，尤其是在投產后數年內，盡管經過幾次改造，并做了大量努力，但鑄坯表面質量還是沒有得到徹底改善。
因此，TKAST決定拆去這臺CSP鑄機，取而代之的是最新連鑄機，生產厚215mm、寬800-1600mm的板坯。僅鋼包回轉臺、澆注平臺設備和鋼結構可能會保留，其他設施都必須重建。
連接CSP鑄機和軋機區的原有輥道式加熱爐替換為200m長的輥道，實現對板坯熱裝。
這一極具挑戰性工作的主要目的是改善板坯質量，并削減生產成本。因此，在新鑄機熱試后，板坯采用熱裝方式裝爐，在軋制前人工檢查和打磨量降至最低。
2 技術方案
為了滿足蒂森克虜伯不銹鋼公司板坯質量嚴格的質量要求，在設計過程中遵循以下準則：
2.1 最優輥型
由于產品大綱涵蓋了300系和400系（奧氏體、鐵素體和馬氏體）等鋼種范圍寬的產品，并且鑄坯厚度達到215mm，新建的達涅利鑄機采用立彎式設計，鑄機彎曲半徑8.5m，垂直段長度超過2.8m，之后為多點彎曲和矯直。這樣的設計允許夾雜物充分上浮以及產生合適的彎曲/矯直力。
鑄機冶金長度27.3m，這可使在連鑄奧氏體無錫不銹鋼板時最大拉坯速度為1.45m/min，對鐵素體和馬氏體不銹鋼為1.4m/min。
眾所周知，體心立方結構的鐵素體造成無錫不銹鋼板坯產生變形和蠕變，因此，在輥子布置時，必須要對板坯實現最佳的支撐。尤其是在鑄機上部，鑄坯的有效支撐顯得至關緊要。在輥型選擇過程中，必須要克服特別在高速拉坯的情況下接近彎月面處產生動態鼓肚。
當對連鑄坯尺寸公差要求嚴格時，輥徑小的支撐輥產生的變形影響較大，為了平衡變形和尺寸公差嚴格要求，采用多分節輥，其中彎曲和矯直段使用三分節輥，其他段考慮采用二分節輥。
至于二冷和鑄機閉環循環冷卻，采取專門的設計，以保障在所有澆注條件下實現最佳的板坯質量。
表面質量是無錫不銹鋼板生產中的最關鍵問題。并且，板坯和輥表面的界面溫度準確控制對防止氧化皮的形成起重要作用。
基于這一點，只要那些輥徑承受機架載荷的扇形段，即第4扇形段及后續段，都采用圓周鉆孔通水冷卻支撐輥（PDR）。
這種輥子設計可保證輥子上載荷的均勻分布，并有效地消除支撐輥受變化的熱流量而產生熱扭曲，這在拉速轉換過程中非常重要。
2.2 板坯凝固過程中冷卻控制
除了最優的輥系布置，獲得最佳板坯質量的另一重要問題是恰當地控制板坯冷卻過程中的溫度。
由于要生產的鋼種范圍寬，在設計二冷系統過程中必須要考慮不同鋼種的不同凝固特征。從而，決定采用水冷和氣霧混合冷卻。
在前段，扇形段上布置水噴嘴，使用大的水流速率對鐵素體無錫不銹鋼板坯進行強冷。在彎曲段及隨后各段，使用氣霧冷卻，實現對溫度的微調控制。
二冷制度由一個動態模型控制，該模型采用傳感器數學計算，考慮了在澆注過程中影響板坯溫度（過熱、拉坯速度、水流、輥冷等）的所有參數“活”的狀態以及特定鋼種的凝固行為和冶金要求，不斷地調整冷卻流體的流速和壓力，以實現恰當的板坯溫度曲線。
為了能澆注不同寬度（800-1600mm）板坯及避免寬度窄的板坯出現過冷情況，二冷區的側冷區與彎曲段分開。為此，總共安裝19個獨立的控制活套。
除了二冷段安裝噴嘴外，考慮沿鑄機安裝專門的一組切向噴水嘴，以促進氧化皮從輥表面脫落（從而減少氧化皮在板坯表面留下壓痕的風險）。
2.3 布置
從設備布置的角度看，鑄機結構必須能使用已有的澆注平臺和土建工程，其中澆注平臺距離地面14.7m。因此，新鑄機的出坯輥道現在距離地面約3.3m。因而鑄機機身及板坯火焰切割和底部引錠桿存放區安裝在抬升的支撐結構上。對這一支撐結構進行了特定的結構模擬，以保障即使在較大的機械和熱負荷下，連鑄機仍具有足夠的剛度，避免產生震動和異常變形。
從鑄機出坯端到軋機裝爐區之間安裝了傾斜的輥道（230m長），逐漸將板坯從3.3m高的平臺輸送至800mm軋機入口高度。
3 機械設備方案
3.1 結晶器及振動、寬度調節設備
嚴格控制振動參數、限制結晶器的側向運動和振痕，它們對連鑄無錫不銹鋼板而言尤為重要。
達涅利開發這種INMO（整體運動）結晶器和振動系統，為結晶器振動提供極精確的控制，并在振動幅度、頻率和波形上具有更大的靈活性，為實現良好的結晶器潤滑和澆注表面質量好的板坯提供了最佳的振動條件。
“無彈跳”導流系統采用8個滾動元件和2個伺服控制液壓缸，構成了精確振動系統。這一振動系統也允許采用所謂的“反向振動”模式，即隨著拉坯速度增加，振動頻率減少、振幅提高。
位于Terni新建的鑄機，最大振動頻率可達300 opm，最大振動幅度設置為+/-6mm。
結晶器銅板的設計考慮了鑄坯表面尤其是彎月面處的均勻冷卻。結晶器具備在澆注過程及停澆過程中遠程調節到設計范圍內的任何寬度的能力。結晶器寬面錐度固定，窄面錐度根據拉坯寬度變化自動調節，以適應澆注的板坯寬度和鋼種變化的需求。
3.2 鑄流導衛系統
如上所述，重點放在輥徑和輥間距分布（多節型）、二冷制度和鑄機冷卻的確定，目的是確保在所有澆注條件下實現最佳鑄流支撐和主動消除蠕變和動態鼓肚。
針對坯殼，采用達涅利OPTIMUM扇形段設計，具備輕壓下功能。
為了避免對表面質量造成任何負面作用，澆注輥上使用的覆層發揮重要作用。必須選擇表面硬度的合理平衡點，避免對板坯表面造成劃傷，但同時也要保證合適的輥子使用壽命。硬度平衡點是通過在輥身上覆蓋多層不同力學性能的不銹鋼，最后進行熱處理實現的。鑒于在無錫不銹鋼板鑄機方面各自的特定經驗，達涅利和用戶對這些參數的選擇已經達成一致。
3.3 自動化系統
從自動化的角度看，達涅利自動化公司已經為該連鑄機安裝了一套新的L1和L2高級控制系統，該系統帶有用戶/服務器架構和全套的澆注工藝控制數學模型，包括：
◆ 晶器內板坯寬度控制；
◆ 壓振動參數動態控制；
◆ 進的漏鋼預報系統。
尤其關鍵的是用于工藝、車間數據和運行結果多尺度分析的先進MORE Intelligence工具，該工具由達涅利自動化公司開發，為煉鋼和連鑄車間的工藝數據分析提供全新的模式。使用簡單、價格低，用戶可以實時分析所有生產環節，尤其是生產率和質量。
3.4 運行結果
在完美的試車和運行測試期后，客戶完全接受這臺鑄機，即僅距首爐鋼澆注5個月后，客戶簽署了最終驗收證書。
試車階段期間，在生產大量的鐵素體無錫不銹鋼板的同時，生產了奧氏體不銹鋼。
在質量方面，滿足了TKAST的要求和內部標準：
◆ 該鑄機澆注的板坯生產出的熱軋卷，大約有99.6%無任何缺陷。
◆ 約85%的板坯在軋前不需要任何形式的處理。
在整線性能測試階段收集的這些統計數據量相當大，幾乎占到測試階段所檢查的板坯數量的94%。