蒂森克虏伯TKAST公司不锈钢板坯连铸机
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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1 背景
蒂森克虏伯Acciai Speciali Terni（TKAST）公司决定安装一座薄板坯连铸机，通过辊道式隧道加热炉给已有的热轧带钢轧机供应坯料。该铸机直接以热装模式给精轧机组提供薄板坯，以代替原来传统的步进梁式加热炉和粗轧机的铸机-加热炉-粗轧传统工艺路线。
这台老式铸机由西马克德马格公司提供，结构为CSP立式铸机。经过多年生产实践表明，已经安装的紧凑式带钢生产（CSP）铸机不适合用于生产高质量的无锡不锈钢板坯，尤其是在投产后数年内，尽管经过几次改造，并做了大量努力，但铸坯表面质量还是没有得到彻底改善。
因此，TKAST决定拆去这台CSP铸机，取而代之的是最新连铸机，生产厚215mm、宽800-1600mm的板坯。仅钢包回转台、浇注平台设备和钢结构可能会保留，其他设施都必须重建。
连接CSP铸机和轧机区的原有辊道式加热炉替换为200m长的辊道，实现对板坯热装。
这一极具挑战性工作的主要目的是改善板坯质量，并削减生产成本。因此，在新铸机热试后，板坯采用热装方式装炉，在轧制前人工检查和打磨量降至最低。
2 技术方案
为了满足蒂森克虏伯不锈钢公司板坯质量严格的质量要求，在设计过程中遵循以下准则：
2.1 最优辊型
由于产品大纲涵盖了300系和400系（奥氏体、铁素体和马氏体）等钢种范围宽的产品，并且铸坯厚度达到215mm，新建的达涅利铸机采用立弯式设计，铸机弯曲半径8.5m，垂直段长度超过2.8m，之后为多点弯曲和矫直。这样的设计允许夹杂物充分上浮以及产生合适的弯曲/矫直力。
铸机冶金长度27.3m，这可使在连铸奥氏体无锡不锈钢板时最大拉坯速度为1.45m/min，对铁素体和马氏体不锈钢为1.4m/min。
众所周知，体心立方结构的铁素体造成无锡不锈钢板坯产生变形和蠕变，因此，在辊子布置时，必须要对板坯实现最佳的支撑。尤其是在铸机上部，铸坯的有效支撑显得至关紧要。在辊型选择过程中，必须要克服特别在高速拉坯的情况下接近弯月面处产生动态鼓肚。
当对连铸坯尺寸公差要求严格时，辊径小的支撑辊产生的变形影响较大，为了平衡变形和尺寸公差严格要求，采用多分节辊，其中弯曲和矫直段使用三分节辊，其他段考虑采用二分节辊。
至于二冷和铸机闭环循环冷却，采取专门的设计，以保障在所有浇注条件下实现最佳的板坯质量。
表面质量是无锡不锈钢板生产中的最关键问题。并且，板坯和辊表面的界面温度准确控制对防止氧化皮的形成起重要作用。
基于这一点，只要那些辊径承受机架载荷的扇形段，即第4扇形段及后续段，都采用圆周钻孔通水冷却支撑辊（PDR）。
这种辊子设计可保证辊子上载荷的均匀分布，并有效地消除支撑辊受变化的热流量而产生热扭曲，这在拉速转换过程中非常重要。
2.2 板坯凝固过程中冷却控制
除了最优的辊系布置，获得最佳板坯质量的另一重要问题是恰当地控制板坯冷却过程中的温度。
由于要生产的钢种范围宽，在设计二冷系统过程中必须要考虑不同钢种的不同凝固特征。从而，决定采用水冷和气雾混合冷却。
在前段，扇形段上布置水喷嘴，使用大的水流速率对铁素体无锡不锈钢板坯进行强冷。在弯曲段及随后各段，使用气雾冷却，实现对温度的微调控制。
二冷制度由一个动态模型控制，该模型采用传感器数学计算，考虑了在浇注过程中影响板坯温度（过热、拉坯速度、水流、辊冷等）的所有参数“活”的状态以及特定钢种的凝固行为和冶金要求，不断地调整冷却流体的流速和压力，以实现恰当的板坯温度曲线。
为了能浇注不同宽度（800-1600mm）板坯及避免宽度窄的板坯出现过冷情况，二冷区的侧冷区与弯曲段分开。为此，总共安装19个独立的控制活套。
除了二冷段安装喷嘴外，考虑沿铸机安装专门的一组切向喷水嘴，以促进氧化皮从辊表面脱落（从而减少氧化皮在板坯表面留下压痕的风险）。
2.3 布置
从设备布置的角度看，铸机结构必须能使用已有的浇注平台和土建工程，其中浇注平台距离地面14.7m。因此，新铸机的出坯辊道现在距离地面约3.3m。因而铸机机身及板坯火焰切割和底部引锭杆存放区安装在抬升的支撑结构上。对这一支撑结构进行了特定的结构模拟，以保障即使在较大的机械和热负荷下，连铸机仍具有足够的刚度，避免产生震动和异常变形。
从铸机出坯端到轧机装炉区之间安装了倾斜的辊道（230m长），逐渐将板坯从3.3m高的平台输送至800mm轧机入口高度。
3 机械设备方案
3.1 结晶器及振动、宽度调节设备
严格控制振动参数、限制结晶器的侧向运动和振痕，它们对连铸无锡不锈钢板而言尤为重要。
达涅利开发这种INMO（整体运动）结晶器和振动系统，为结晶器振动提供极精确的控制，并在振动幅度、频率和波形上具有更大的灵活性，为实现良好的结晶器润滑和浇注表面质量好的板坯提供了最佳的振动条件。
“无弹跳”导流系统采用8个滚动元件和2个伺服控制液压缸，构成了精确振动系统。这一振动系统也允许采用所谓的“反向振动”模式，即随着拉坯速度增加，振动频率减少、振幅提高。
位于Terni新建的铸机，最大振动频率可达300 opm，最大振动幅度设置为+/-6mm。
结晶器铜板的设计考虑了铸坯表面尤其是弯月面处的均匀冷却。结晶器具备在浇注过程及停浇过程中远程调节到设计范围内的任何宽度的能力。结晶器宽面锥度固定，窄面锥度根据拉坯宽度变化自动调节，以适应浇注的板坯宽度和钢种变化的需求。
3.2 铸流导卫系统
如上所述，重点放在辊径和辊间距分布（多节型）、二冷制度和铸机冷却的确定，目的是确保在所有浇注条件下实现最佳铸流支撑和主动消除蠕变和动态鼓肚。
针对坯壳，采用达涅利OPTIMUM扇形段设计，具备轻压下功能。
为了避免对表面质量造成任何负面作用，浇注辊上使用的覆层发挥重要作用。必须选择表面硬度的合理平衡点，避免对板坯表面造成划伤，但同时也要保证合适的辊子使用寿命。硬度平衡点是通过在辊身上覆盖多层不同力学性能的不锈钢，最后进行热处理实现的。鉴于在无锡不锈钢板铸机方面各自的特定经验，达涅利和用户对这些参数的选择已经达成一致。
3.3 自动化系统
从自动化的角度看，达涅利自动化公司已经为该连铸机安装了一套新的L1和L2高级控制系统，该系统带有用户/服务器架构和全套的浇注工艺控制数学模型，包括：
◆ 晶器内板坯宽度控制；
◆ 压振动参数动态控制；
◆ 进的漏钢预报系统。
尤其关键的是用于工艺、车间数据和运行结果多尺度分析的先进MORE Intelligence工具，该工具由达涅利自动化公司开发，为炼钢和连铸车间的工艺数据分析提供全新的模式。使用简单、价格低，用户可以实时分析所有生产环节，尤其是生产率和质量。
3.4 运行结果
在完美的试车和运行测试期后，客户完全接受这台铸机，即仅距首炉钢浇注5个月后，客户签署了最终验收证书。
试车阶段期间，在生产大量的铁素体无锡不锈钢板的同时，生产了奥氏体不锈钢。
在质量方面，满足了TKAST的要求和内部标准：
◆ 该铸机浇注的板坯生产出的热轧卷，大约有99.6%无任何缺陷。
◆ 约85%的板坯在轧前不需要任何形式的处理。
在整线性能测试阶段收集的这些统计数据量相当大，几乎占到测试阶段所检查的板坯数量的94%。