蒂森克虜伯TKAST公司不銹鋼板坯連鑄機(jī)
時(shí)間：2019-06-13
作者：無(wú)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(jī)，通過(guò)輥道式隧道加熱爐給已有的熱軋帶鋼軋機(jī)供應(yīng)坯料。該鑄機(jī)直接以熱裝模式給精軋機(jī)組提供薄板坯，以代替原來(lái)傳統(tǒng)的步進(jìn)梁式加熱爐和粗軋機(jī)的鑄機(jī)-加熱爐-粗軋傳統(tǒng)工藝路線(xiàn)。
這臺(tái)老式鑄機(jī)由西馬克德馬格公司提供，結(jié)構(gòu)為CSP立式鑄機(jī)。經(jīng)過(guò)多年生產(chǎn)實(shí)踐表明，已經(jīng)安裝的緊湊式帶鋼生產(chǎn)（CSP）鑄機(jī)不適合用于生產(chǎn)高質(zhì)量的無(wú)錫不銹鋼板坯，尤其是在投產(chǎn)后數(shù)年內(nèi)，盡管經(jīng)過(guò)幾次改造，并做了大量努力，但鑄坯表面質(zhì)量還是沒(méi)有得到徹底改善。
因此，TKAST決定拆去這臺(tái)CSP鑄機(jī)，取而代之的是最新連鑄機(jī)，生產(chǎn)厚215mm、寬800-1600mm的板坯。僅鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)、澆注平臺(tái)設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)可能會(huì)保留，其他設(shè)施都必須重建。
連接CSP鑄機(jī)和軋機(jī)區(qū)的原有輥道式加熱爐替換為200m長(zhǎng)的輥道，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)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(mǎn)足蒂森克虜伯不銹鋼公司板坯質(zhì)量嚴(yán)格的質(zhì)量要求，在設(shè)計(jì)過(guò)程中遵循以下準(zhǔn)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(dá)到215mm，新建的達(dá)涅利鑄機(jī)采用立彎式設(shè)計(jì)，鑄機(jī)彎曲半徑8.5m，垂直段長(zhǎng)度超過(guò)2.8m，之后為多點(diǎn)彎曲和矯直。這樣的設(shè)計(jì)允許夾雜物充分上浮以及產(chǎn)生合適的彎曲/矯直力。
鑄機(jī)冶金長(zhǎng)度27.3m，這可使在連鑄奧氏體無(wú)錫不銹鋼板時(shí)最大拉坯速度為1.45m/min，對(duì)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(wú)錫不銹鋼板坯產(chǎn)生變形和蠕變，因此，在輥?zhàn)硬贾脮r(shí)，必須要對(duì)板坯實(shí)現(xiàn)最佳的支撐。尤其是在鑄機(jī)上部，鑄坯的有效支撐顯得至關(guān)緊要。在輥型選擇過(guò)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(dòng)態(tài)鼓肚。
當(dāng)對(duì)連鑄坯尺寸公差要求嚴(yán)格時(shí)，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(yán)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(jī)閉環(huán)循環(huán)冷卻，采取專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)，以保障在所有澆注條件下實(shí)現(xiàn)最佳的板坯質(zhì)量。
表面質(zhì)量是無(wú)錫不銹鋼板生產(chǎn)中的最關(guān)鍵問(wèn)題。并且，板坯和輥表面的界面溫度準(zhǔn)確控制對(duì)防止氧化皮的形成起重要作用。
基于這一點(diǎn)，只要那些輥徑承受機(jī)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?zhàn)釉O(shè)計(jì)可保證輥?zhàn)由陷d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(guò)程中非常重要。
2.2 板坯凝固過(guò)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(wèn)題是恰當(dāng)?shù)乜刂瓢迮骼鋮s過(guò)程中的溫度。
由于要生產(chǎn)的鋼種范圍寬，在設(shè)計(jì)二冷系統(tǒng)過(guò)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(duì)鐵素體無(wú)錫不銹鋼板坯進(jìn)行強(qiáng)冷。在彎曲段及隨后各段，使用氣霧冷卻，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的微調(diào)控制。
二冷制度由一個(gè)動(dòng)態(tài)模型控制，該模型采用傳感器數(shù)學(xué)計(jì)算，考慮了在澆注過(guò)程中影響板坯溫度（過(guò)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(shí)現(xiàn)恰當(dāng)?shù)陌迮鳒囟惹€(xiàn)。
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(guò)冷情況，二冷區(qū)的側(cè)冷區(qū)與彎曲段分開(kāi)。為此，總共安裝19個(gè)獨(dú)立的控制活套。
除了二冷段安裝噴嘴外，考慮沿鑄機(jī)安裝專(zhuān)門(mén)的一組切向噴水嘴，以促進(jìn)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(xiǎn)）。
2.3 布置
從設(shè)備布置的角度看，鑄機(jī)結(jié)構(gòu)必須能使用已有的澆注平臺(tái)和土建工程，其中澆注平臺(tái)距離地面14.7m。因此，新鑄機(jī)的出坯輥道現(xiàn)在距離地面約3.3m。因而鑄機(jī)機(jī)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(duì)這一支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特定的結(jié)構(gòu)模擬，以保障即使在較大的機(jī)械和熱負(fù)荷下，連鑄機(jī)仍具有足夠的剛度，避免產(chǎn)生震動(dòng)和異常變形。
從鑄機(jī)出坯端到軋機(jī)裝爐區(qū)之間安裝了傾斜的輥道（230m長(zhǎng)），逐漸將板坯從3.3m高的平臺(tái)輸送至800mm軋機(jī)入口高度。
3 機(jī)械設(shè)備方案
3.1 結(jié)晶器及振動(dòng)、寬度調(diào)節(jié)設(shè)備
嚴(yán)格控制振動(dòng)參數(shù)、限制結(jié)晶器的側(cè)向運(yùn)動(dòng)和振痕，它們對(duì)連鑄無(wú)錫不銹鋼板而言尤為重要。
達(dá)涅利開(kāi)發(fā)這種INMO（整體運(yùn)動(dòng)）結(jié)晶器和振動(dòng)系統(tǒng)，為結(jié)晶器振動(dòng)提供極精確的控制，并在振動(dòng)幅度、頻率和波形上具有更大的靈活性，為實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)晶器潤(rùn)滑和澆注表面質(zhì)量好的板坯提供了最佳的振動(dòng)條件。
“無(wú)彈跳”導(dǎo)流系統(tǒng)采用8個(gè)滾動(dòng)元件和2個(gè)伺服控制液壓缸，構(gòu)成了精確振動(dòng)系統(tǒng)。這一振動(dòng)系統(tǒng)也允許采用所謂的“反向振動(dòng)”模式，即隨著拉坯速度增加，振動(dòng)頻率減少、振幅提高。
位于Terni新建的鑄機(jī)，最大振動(dòng)頻率可達(dá)300 opm，最大振動(dòng)幅度設(shè)置為+/-6mm。
結(jié)晶器銅板的設(shè)計(jì)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(guò)程及停澆過(guò)程中遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)到設(shè)計(jì)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(dòng)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(diǎn)放在輥徑和輥間距分布（多節(jié)型）、二冷制度和鑄機(jī)冷卻的確定，目的是確保在所有澆注條件下實(shí)現(xiàn)最佳鑄流支撐和主動(dòng)消除蠕變和動(dòng)態(tài)鼓肚。
針對(duì)坯殼，采用達(dá)涅利OPTIMUM扇形段設(shè)計(jì)，具備輕壓下功能。
為了避免對(duì)表面質(zhì)量造成任何負(fù)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(diǎn)，避免對(duì)板坯表面造成劃傷，但同時(shí)也要保證合適的輥?zhàn)邮褂脡勖?。硬度平衡點(diǎn)是通過(guò)在輥身上覆蓋多層不同力學(xué)性能的不銹鋼，最后進(jìn)行熱處理實(shí)現(xiàn)的。鑒于在無(wú)錫不銹鋼板鑄機(jī)方面各自的特定經(jīng)驗(yàn)，達(dá)涅利和用戶(hù)對(duì)這些參數(shù)的選擇已經(jīng)達(dá)成一致。
3.3 自動(dòng)化系統(tǒng)
從自動(dòng)化的角度看，達(dá)涅利自動(dòng)化公司已經(jīng)為該連鑄機(jī)安裝了一套新的L1和L2高級(jí)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)帶有用戶(hù)/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(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)控制；
◆ 進(jìn)的漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)。
尤其關(guān)鍵的是用于工藝、車(chē)間數(shù)據(jù)和運(yùn)行結(jié)果多尺度分析的先進(jìn)MORE Intelligence工具，該工具由達(dá)涅利自動(dòng)化公司開(kāi)發(fā)，為煉鋼和連鑄車(chē)間的工藝數(shù)據(jù)分析提供全新的模式。使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低，用戶(hù)可以實(shí)時(shí)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(yùn)行結(jié)果
在完美的試車(chē)和運(yùn)行測(cè)試期后，客戶(hù)完全接受這臺(tái)鑄機(jī)，即僅距首爐鋼澆注5個(gè)月后，客戶(hù)簽署了最終驗(yàn)收證書(shū)。
試車(chē)階段期間，在生產(chǎn)大量的鐵素體無(wú)錫不銹鋼板的同時(shí)，生產(chǎn)了奧氏體不銹鋼。
在質(zhì)量方面，滿(mǎn)足了TKAST的要求和內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)：
◆ 該鑄機(jī)澆注的板坯生產(chǎn)出的熱軋卷，大約有99.6%無(wú)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(xiàn)性能測(cè)試階段收集的這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，幾乎占到測(cè)試階段所檢查的板坯數(shù)量的94%。