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(yīng)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(tǒng)的步進梁式加熱爐和粗軋機的鑄機-加熱爐-粗軋傳統(tǒng)工藝路線。
這臺老式鑄機由西馬克德馬格公司提供，結(jié)構(gòu)為CSP立式鑄機。經(jīng)過多年生產(chǎn)實踐表明，已經(jīng)安裝的緊湊式帶鋼生產(chǎn)（CSP）鑄機不適合用于生產(chǎn)高質(zhì)量的無錫不銹鋼板坯，尤其是在投產(chǎn)后數(shù)年內(nèi)，盡管經(jīng)過幾次改造，并做了大量努力，但鑄坯表面質(zhì)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(chǎn)厚215mm、寬800-1600mm的板坯。僅鋼包回轉(zhuǎn)臺、澆注平臺設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)可能會保留，其他設(shè)施都必須重建。
連接CSP鑄機和軋機區(qū)的原有輥道式加熱爐替換為200m長的輥道，實現(xiàn)對板坯熱裝。
這一極具挑戰(zhàn)性工作的主要目的是改善板坯質(zhì)量，并削減生產(chǎn)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(shù)方案
為了滿足蒂森克虜伯不銹鋼公司板坯質(zhì)量嚴格的質(zhì)量要求，在設(shè)計過程中遵循以下準則：
2.1 最優(yōu)輥型
由于產(chǎn)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(chǎn)品，并且鑄坯厚度達到215mm，新建的達涅利鑄機采用立彎式設(shè)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(shè)計允許夾雜物充分上浮以及產(chǎn)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(jié)構(gòu)的鐵素體造成無錫不銹鋼板坯產(chǎn)生變形和蠕變，因此，在輥子布置時，必須要對板坯實現(xiàn)最佳的支撐。尤其是在鑄機上部，鑄坯的有效支撐顯得至關(guān)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(chǎn)生動態(tài)鼓肚。
當對連鑄坯尺寸公差要求嚴格時，輥徑小的支撐輥產(chǎn)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(jié)輥，其中彎曲和矯直段使用三分節(jié)輥，其他段考慮采用二分節(jié)輥。
至于二冷和鑄機閉環(huán)循環(huán)冷卻，采取專門的設(shè)計，以保障在所有澆注條件下實現(xiàn)最佳的板坯質(zhì)量。
表面質(zhì)量是無錫不銹鋼板生產(chǎn)中的最關(guān)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(xù)段，都采用圓周鉆孔通水冷卻支撐輥（PDR）。
這種輥子設(shè)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(chǎn)生熱扭曲，這在拉速轉(zhuǎn)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(yōu)的輥系布置，獲得最佳板坯質(zhì)量的另一重要問題是恰當?shù)乜刂瓢迮骼鋮s過程中的溫度。
由于要生產(chǎn)的鋼種范圍寬，在設(shè)計二冷系統(tǒng)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(xiàn)對溫度的微調(diào)控制。
二冷制度由一個動態(tài)模型控制，該模型采用傳感器數(shù)學(xué)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(shù)“活”的狀態(tài)以及特定鋼種的凝固行為和冶金要求，不斷地調(diào)整冷卻流體的流速和壓力，以實現(xiàn)恰當?shù)陌迮鳒囟惹€。
為了能澆注不同寬度（800-1600mm）板坯及避免寬度窄的板坯出現(xiàn)過冷情況，二冷區(qū)的側(cè)冷區(qū)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(fēng)險）。
2.3 布置
從設(shè)備布置的角度看，鑄機結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(qū)安裝在抬升的支撐結(jié)構(gòu)上。對這一支撐結(jié)構(gòu)進行了特定的結(jié)構(gòu)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(chǎn)生震動和異常變形。
從鑄機出坯端到軋機裝爐區(qū)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(shè)備方案
3.1 結(jié)晶器及振動、寬度調(diào)節(jié)設(shè)備
嚴格控制振動參數(shù)、限制結(jié)晶器的側(cè)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(fā)這種INMO（整體運動）結(jié)晶器和振動系統(tǒng)，為結(jié)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(xiàn)良好的結(jié)晶器潤滑和澆注表面質(zhì)量好的板坯提供了最佳的振動條件。
“無彈跳”導(dǎo)流系統(tǒng)采用8個滾動元件和2個伺服控制液壓缸，構(gòu)成了精確振動系統(tǒng)。這一振動系統(tǒng)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(shè)置為+/-6mm。
結(jié)晶器銅板的設(shè)計考慮了鑄坯表面尤其是彎月面處的均勻冷卻。結(jié)晶器具備在澆注過程及停澆過程中遠程調(diào)節(jié)到設(shè)計范圍內(nèi)的任何寬度的能力。結(jié)晶器寬面錐度固定，窄面錐度根據(jù)拉坯寬度變化自動調(diào)節(jié)，以適應(yīng)澆注的板坯寬度和鋼種變化的需求。
3.2 鑄流導(dǎo)衛(wèi)系統(tǒng)
如上所述，重點放在輥徑和輥間距分布（多節(jié)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(xiàn)最佳鑄流支撐和主動消除蠕變和動態(tài)鼓肚。
針對坯殼，采用達涅利OPTIMUM扇形段設(shè)計，具備輕壓下功能。
為了避免對表面質(zhì)量造成任何負面作用，澆注輥上使用的覆層發(fā)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(xué)性能的不銹鋼，最后進行熱處理實現(xiàn)的。鑒于在無錫不銹鋼板鑄機方面各自的特定經(jīng)驗，達涅利和用戶對這些參數(shù)的選擇已經(jīng)達成一致。
3.3 自動化系統(tǒng)
從自動化的角度看，達涅利自動化公司已經(jīng)為該連鑄機安裝了一套新的L1和L2高級控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)帶有用戶/服務(wù)器架構(gòu)和全套的澆注工藝控制數(shù)學(xué)模型，包括：
◆ 晶器內(nèi)板坯寬度控制；
◆ 壓振動參數(shù)動態(tài)控制；
◆ 進的漏鋼預(yù)報系統(tǒng)。
尤其關(guān)鍵的是用于工藝、車間數(shù)據(jù)和運行結(jié)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(fā)，為煉鋼和連鑄車間的工藝數(shù)據(jù)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(chǎn)環(huán)節(jié)，尤其是生產(chǎn)率和質(zhì)量。
3.4 運行結(jié)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(chǎn)大量的鐵素體無錫不銹鋼板的同時，生產(chǎn)了奧氏體不銹鋼。
在質(zhì)量方面，滿足了TKAST的要求和內(nèi)部標準：
◆ 該鑄機澆注的板坯生產(chǎn)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(tǒng)計數(shù)據(jù)量相當大，幾乎占到測試階段所檢查的板坯數(shù)量的94%。