意大利将建成世界首套多用特钢连铸设备
2001-08-07 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
[德刊《国际冶金设备与技术》报道)由意大利特尼特殊钢公司(AST)、意大利罗马CSM公司和德国西马克?德马格公司共同开发的高合金钢生产用实验型连铸机经过8年的试验生产，现已证明其成功性。因此，2000年5月，意大利特尼钢公司决定采用该新技术进行商业化生产，并在特尼厂建成世界上首套不锈钢、硅钢以及碳钢生产用连铸设备。
该实验型连铸机试验过程中所进行的主要改进工作包括安装了短杠杆液压振荡系统，优化了结晶器的漏斗设计及其锥度，将 NO．1段从单辊设计改成组合设计，增加了结晶器热监测系统并开发出不同钢种所使用的保护渣。使用这台实验型连铸机，对 AISl 304奥氏体不锈钢，60mm厚铸坯其最大铸速可达4．3m／min。? 特尼厂决定安装这种工业化连铸机的初衷源于两方面：一是安装该设备后可将现有冶炼和热轧产能进行匹配，而且省去了投资巨大的步进梁式加热炉；二是增加了生产的灵活性，即传统连铸机上生产的厚板坯和CSP连铸机生产的薄板坯均可在热轧机上进行轧制。
实验型连铸机试验的最终结果
特尼CSP实验型连铸机从 1992年12月到2000年4月这8年间进行了200多炉浇铸试验。所生产的钢种除高碳钢如C75和C100外，还包括奥氏体不锈钢如AISl 304、306和321。铁素体不锈钢如 AISl 409和AISl 430以及硅含量高达3．2％的硅钢。
新建CSP生产线的总体布局
高合金钢CSP生产线由新安装的CSP连铸机、典型的CSP辊底辊以及现有的热带轧机组成。
新型CSP连铸机所包括的主要技术参数如下：
??连铸机类型：立弯式 (VSB)；
??薄板坯厚度：70／60mm或60／50mm，液芯压下；
??冶金长度：9265mm，由5段组成；
??铸速：5．1in／rain，63mm厚。
铸坯出连铸机后经最大剪切力达16500kN的摆式剪进行剪切，薄板坯进入加热炉时的正常温度在900-1000~C范围内。然后在全长240m的辊底炉内进行加热并使板坯长度、宽度以及高度三个方向的温差保持在‘lO~C。
薄板坯出加热炉后将在最大压强达400bar的高压下进行除鳞，然后运往粗轧机和精轧机。
现有热带轧机将在以下几方面进行改造，其中包括粗轧机架、切边机、精轧机架、卷取机以及其它相关设备。
产品大纲和产能
CSP连铸机每年高合钢产量将达100万l。薄板坯生产中计划不同钢种占如下份额：
??奥氏体不锈钢AISl 300占60％；
铁素体不锈钢AISl 400占27％；
??取向硅钢片／无取向硅钢片占12％。
CSP连铸机所生产的薄板坯宽度范围在1000?1500mm。其中 32％的带钢将在1000mm范围内， 1270mm范围的几乎占到55％， 1500mm宽带钢将占到13％。
CSP生产线建成投产后，整个生产线的总产量将达180万t，其中150万t将是不锈钢。
新型CSP连铸机的设计
新型CSP连铸机采用极为现代化设计。其使用了可靠且坚固的机械设备以及先进的自动化控制系统，其涵概了西马克?德马格所有的技术以及生产经验。
新一代CSP连铸机作为典型的立弯式(vSB)进行设计，其具有如下优势：
??对称凝固；
??无弯矫工艺所产生的附加应力；
??与弧形连铸机相比减少了段的数目，且可最小化更换时间；
??铸坯导向辊易于对中和调整；
??铸坯导向系统内无电动机；
??最小化重上引锭杆时间。
该连铸机上配备如下设备：①漏斗型结晶器以及自适应浸入式水口；②电磁搅拌(EMBr)；③液芯压下(LCR)；④动态软压下；⑤结晶器钢液面控制(MLC)；⑥液压结晶器振荡器(HMO)；⑦结晶器监测系统(MMS)；包括热流量计算(HFC)、结晶器温度模拟 (MTNl)和拉漏预测系统(BPS)；⑧动态凝固控制(DSC)；⑨铸坯导架液压调整(HAS)；⑩铸坯导架垂直系统；@组合段水平更换；⑩引锭杆系统。
该连铸机的核心部件是采用现代化。型框架的漏斗型结晶器，这种结晶器可使用椭圆型浸入式水口，其壁厚可与传统浸入式水口相媲美，而且浸入式水口和结晶器壁之间留有足够空隙。因此该结晶器具有如下优势：
??易于对浸入式水口进行定位；
??极大地增加了钢液面表面积，从而提高了工艺的可靠性；
一均匀化钢液面特别是浸入式水口区保护渣的熔炼速度，从而改进了结晶器表面的润滑效果；
??实验型连铸机在试验过程中根据不同的特殊钢种具有不同的凝固和缩孔形为对漏斗型结晶器的几何尺寸进行了优化。
电磁搅拌用于控制弯月面的波动和渗透深度，从而使弯月面更为稳定并改进铸坯质量。
为改善铸坯表面质量，对 NO．1段进行了特殊设计，使其从原来的单段改成组合段，从而使更换和维修变得简单快捷。
液心压下位于NO．2组合段，其可在10mm范围内无极调整铸坯压下量，从而增加了连铸机的灵活度，即可根据最终带钢厚度调整铸坯厚度。
1．5mm的动态软压下在最后凝固区加以实现，其可减少中心气孔，改善铸坯质量。
自动化控制系统
目前，CSP连铸机除安装了专门设计的机械设备外，还决定安装功能强大的自动化工艺控制系统，这在浇铸不同钢种的情况下显得更为重要
技术控制系统(TCS)：其包括中间包液面控制(TLC)系统，其通过设定钢包滑动水口和测量中间包重量对钢流和中间包的液面进行控制。另外还设计了新型的结晶器液面控制(MLC)系统。该系统可使中间包所使用的机电式塞棒准确定位，从而非常精确地控制结晶器液面。
遥控可调结晶器(RAM)系统可在不间断浇铸过程的条件下根据轧制规程调整结晶器宽度，其还可以根据不同的钢种具有不同的缩孔形为对锥度进行设置。
短杠杆式结晶器液压振荡器 (HMO)是近几年无数次调研所选定的。目前，这种振荡器可根据不同钢种通过改变行程高度和振荡频率分别设定振荡曲线。
铸坯导架液压调整(HSA)系统对2?5段实现液芯压下和动态软压下是必要的。铸坯导架的每一段通过液压缸加以调整。高精度定位控制可避免薄板坯的不对称外形，而且还可通过每一液压缸上安装的压力传感器对组合辊上压力进行测量并加以限度。
而且还提供了弯曲设备调整 (BUA)系统和拉矫机调整(WSA)系统。这两个系统在浇铸AISl 430等非常软的钢种以及浇铸 AISl 316等硅钢和高强度钢种时极为有用。
在同一连铸机上既要浇铸高强度钢又要浇铸软钢，这就要求对托辊的设计进行优化，其包括辊距、辊径、组合辊的数目以及轴承设汁。
技术工艺模型(TPM)
其由CSP连铸机计算机、结晶器监测系统和动态凝固控制系统。? 结晶器监测系统由以下3个子系统组成：
第一个子系统是热流量计算 (HPC)系统，该系统可对热流量进行测量并计算结晶器窄面和宽面之间热流量之间的关系，这种关系将作为信号在屏幕上加以显示。当该信号远离上临界区或下临界区时，应重新调整结晶器锥度以恢复最优的生产模式。
第二个子系统是结晶器温度分布(MTM)系统，通过在结晶器窄面和宽面铜板上安装几排热电偶；该系统可测量结晶器宽度和高度方向上的局部热传输，从而绘制出二维温度分布图，以帮助检测浸入式水口的对中情况、调整合适锥度、识别堵塞并评估保护渣的性能。
第三个子系统是拉漏预测系统(BPs)，该系统通过铜板热电偶对温度进行测量。当粘结发生并到达上部热电偶，其温度读数升高。一小段时间后粘结点到达下部热电偶并使其温度也升高。当粘结点经过上部热电偶后其温度读数便开始下降，以致在某一点时，其温度读数将低于下部热电偶读数。拉漏预测系统就是使用这种上下热电偶温度读数交叉的特点才判断粘结已经发生。此时便发出警报并降低连铸速度以使铸壳愈合。通常情况下，重新恢复到正常铸速前的低速浇铸仅维持很短一段时间。粘结拉漏事故的预测提高设备的工作效率。
冷却模型试验表明，铸坯质量的好坏由二次冷却工艺所决定。严格控制铸坯冷却过程在连铸过程中具有至关重要的作用，其是生产无缺陷连铸坯的前提条件。无数次模拟所积累的实际生产经验促使开发出动态凝固控制 (DSC)模型。该模型可完成以下主要功能：
??通过动态控制与薄板坯厚度相关的二次冷却来控制铸坯的凝固长度；
??控制表面温度，如保持表面温度接近于目标温度曲线；
?计算薄板坯的铸壳厚度；
??优化铸坯导架长度并最大化铸坯进入加热炉时的温度。
混合轧制
混合轧制即CSP连铸机生产的、经辊底式加热炉加热后的薄板坯以及现有生产线生产的厚板坯均将在后序的热带轧机上进行轧制。只是薄板坯经过非可逆式的粗轧机进行轧制，而厚板坯按照传统的生产模式进行轧制。
为简化连铸和轧制之间的匹配，最大的挑战是如何将新CSP连铸机的连铸规程和现有轧制路线进行协调适应，为此需优化传统的轧制规程，必须考虑以下影响因素如生产规程、产品大纲、钢种、带钢尺寸、轧制时间以及其它与设备和技术相关的限制条件；
与现有热带轧机之间的统一
这样的连铸和轧制工艺以及相关的技术要求配备所有生产设备的控制和自动化系统(COA)。因此薄板坯连铸和混合轧制技术软件包必须满足连铸和轧制高合金钢的高要求并保证产品的最终质量。CSP技术的开发使得传统的炼钢工艺、连铸、均热炉以及热带轧机紧密地结合起来。这种从冶炼到成品的连续生产过程只有在联合CSP设备厂加以实施。生产过程中任何一个环节出现问题均将立即影响全局生产。
COA??生产工序和混合轧制计算机具有管理从生产计划系统(PPS)发出的生产指令的功能。其监测生产工序、物流、缺陷波动并收集相关数据用于校正。通过 CSP管理系统(CSS)向炼钢区、 CSP连铸区以及轧制区的各种工艺过程计算机发出相应指令。
结论
签于实验型连铸机所取得的良好运行结果、意大利特尼特殊钢公司决定首次安装高合金钢生产用CSP生产设备，而且为实现混合轧制、该公司必须对现有的热带轧机进行现代化改造。CSP技术具有如下主要优势；
??降低投资费用；
??降低生产成本；
??提高金属收得率；
??生产更薄的热轧带钢；
??可生产优质硅钢。
专门设计的机械设备、现代化控制技术和工艺模型是保证世界首套工业化CSP高合金不锈钢生产线顺利生产和实现工艺再现性的前提条件。为此特尼特殊钢公司和西马克?德马格公司将能极大扩展其在生产高合金钢方面的经验。
该实验型连铸机试验过程中所进行的主要改进工作包括安装了短杠杆液压振荡系统，优化了结晶器的漏斗设计及其锥度，将 NO．1段从单辊设计改成组合设计，增加了结晶器热监测系统并开发出不同钢种所使用的保护渣。使用这台实验型连铸机，对 AISl 304奥氏体不锈钢，60mm厚铸坯其最大铸速可达4．3m／min。? 特尼厂决定安装这种工业化连铸机的初衷源于两方面：一是安装该设备后可将现有冶炼和热轧产能进行匹配，而且省去了投资巨大的步进梁式加热炉；二是增加了生产的灵活性，即传统连铸机上生产的厚板坯和CSP连铸机生产的薄板坯均可在热轧机上进行轧制。
实验型连铸机试验的最终结果
特尼CSP实验型连铸机从 1992年12月到2000年4月这8年间进行了200多炉浇铸试验。所生产的钢种除高碳钢如C75和C100外，还包括奥氏体不锈钢如AISl 304、306和321。铁素体不锈钢如 AISl 409和AISl 430以及硅含量高达3．2％的硅钢。
新建CSP生产线的总体布局
高合金钢CSP生产线由新安装的CSP连铸机、典型的CSP辊底辊以及现有的热带轧机组成。
新型CSP连铸机所包括的主要技术参数如下：
??连铸机类型：立弯式 (VSB)；
??薄板坯厚度：70／60mm或60／50mm，液芯压下；
??冶金长度：9265mm，由5段组成；
??铸速：5．1in／rain，63mm厚。
铸坯出连铸机后经最大剪切力达16500kN的摆式剪进行剪切，薄板坯进入加热炉时的正常温度在900-1000~C范围内。然后在全长240m的辊底炉内进行加热并使板坯长度、宽度以及高度三个方向的温差保持在‘lO~C。
薄板坯出加热炉后将在最大压强达400bar的高压下进行除鳞，然后运往粗轧机和精轧机。
现有热带轧机将在以下几方面进行改造，其中包括粗轧机架、切边机、精轧机架、卷取机以及其它相关设备。
产品大纲和产能
CSP连铸机每年高合钢产量将达100万l。薄板坯生产中计划不同钢种占如下份额：
??奥氏体不锈钢AISl 300占60％；
铁素体不锈钢AISl 400占27％；
??取向硅钢片／无取向硅钢片占12％。
CSP连铸机所生产的薄板坯宽度范围在1000?1500mm。其中 32％的带钢将在1000mm范围内， 1270mm范围的几乎占到55％， 1500mm宽带钢将占到13％。
CSP生产线建成投产后，整个生产线的总产量将达180万t，其中150万t将是不锈钢。
新型CSP连铸机的设计
新型CSP连铸机采用极为现代化设计。其使用了可靠且坚固的机械设备以及先进的自动化控制系统，其涵概了西马克?德马格所有的技术以及生产经验。
新一代CSP连铸机作为典型的立弯式(vSB)进行设计，其具有如下优势：
??对称凝固；
??无弯矫工艺所产生的附加应力；
??与弧形连铸机相比减少了段的数目，且可最小化更换时间；
??铸坯导向辊易于对中和调整；
??铸坯导向系统内无电动机；
??最小化重上引锭杆时间。
该连铸机上配备如下设备：①漏斗型结晶器以及自适应浸入式水口；②电磁搅拌(EMBr)；③液芯压下(LCR)；④动态软压下；⑤结晶器钢液面控制(MLC)；⑥液压结晶器振荡器(HMO)；⑦结晶器监测系统(MMS)；包括热流量计算(HFC)、结晶器温度模拟 (MTNl)和拉漏预测系统(BPS)；⑧动态凝固控制(DSC)；⑨铸坯导架液压调整(HAS)；⑩铸坯导架垂直系统；@组合段水平更换；⑩引锭杆系统。
该连铸机的核心部件是采用现代化。型框架的漏斗型结晶器，这种结晶器可使用椭圆型浸入式水口，其壁厚可与传统浸入式水口相媲美，而且浸入式水口和结晶器壁之间留有足够空隙。因此该结晶器具有如下优势：
??易于对浸入式水口进行定位；
??极大地增加了钢液面表面积，从而提高了工艺的可靠性；
一均匀化钢液面特别是浸入式水口区保护渣的熔炼速度，从而改进了结晶器表面的润滑效果；
??实验型连铸机在试验过程中根据不同的特殊钢种具有不同的凝固和缩孔形为对漏斗型结晶器的几何尺寸进行了优化。
电磁搅拌用于控制弯月面的波动和渗透深度，从而使弯月面更为稳定并改进铸坯质量。
为改善铸坯表面质量，对 NO．1段进行了特殊设计，使其从原来的单段改成组合段，从而使更换和维修变得简单快捷。
液心压下位于NO．2组合段，其可在10mm范围内无极调整铸坯压下量，从而增加了连铸机的灵活度，即可根据最终带钢厚度调整铸坯厚度。
1．5mm的动态软压下在最后凝固区加以实现，其可减少中心气孔，改善铸坯质量。
自动化控制系统
目前，CSP连铸机除安装了专门设计的机械设备外，还决定安装功能强大的自动化工艺控制系统，这在浇铸不同钢种的情况下显得更为重要
技术控制系统(TCS)：其包括中间包液面控制(TLC)系统，其通过设定钢包滑动水口和测量中间包重量对钢流和中间包的液面进行控制。另外还设计了新型的结晶器液面控制(MLC)系统。该系统可使中间包所使用的机电式塞棒准确定位，从而非常精确地控制结晶器液面。
遥控可调结晶器(RAM)系统可在不间断浇铸过程的条件下根据轧制规程调整结晶器宽度，其还可以根据不同的钢种具有不同的缩孔形为对锥度进行设置。
短杠杆式结晶器液压振荡器 (HMO)是近几年无数次调研所选定的。目前，这种振荡器可根据不同钢种通过改变行程高度和振荡频率分别设定振荡曲线。
铸坯导架液压调整(HSA)系统对2?5段实现液芯压下和动态软压下是必要的。铸坯导架的每一段通过液压缸加以调整。高精度定位控制可避免薄板坯的不对称外形，而且还可通过每一液压缸上安装的压力传感器对组合辊上压力进行测量并加以限度。
而且还提供了弯曲设备调整 (BUA)系统和拉矫机调整(WSA)系统。这两个系统在浇铸AISl 430等非常软的钢种以及浇铸 AISl 316等硅钢和高强度钢种时极为有用。
在同一连铸机上既要浇铸高强度钢又要浇铸软钢，这就要求对托辊的设计进行优化，其包括辊距、辊径、组合辊的数目以及轴承设汁。
技术工艺模型(TPM)
其由CSP连铸机计算机、结晶器监测系统和动态凝固控制系统。? 结晶器监测系统由以下3个子系统组成：
第一个子系统是热流量计算 (HPC)系统，该系统可对热流量进行测量并计算结晶器窄面和宽面之间热流量之间的关系，这种关系将作为信号在屏幕上加以显示。当该信号远离上临界区或下临界区时，应重新调整结晶器锥度以恢复最优的生产模式。
第二个子系统是结晶器温度分布(MTM)系统，通过在结晶器窄面和宽面铜板上安装几排热电偶；该系统可测量结晶器宽度和高度方向上的局部热传输，从而绘制出二维温度分布图，以帮助检测浸入式水口的对中情况、调整合适锥度、识别堵塞并评估保护渣的性能。
第三个子系统是拉漏预测系统(BPs)，该系统通过铜板热电偶对温度进行测量。当粘结发生并到达上部热电偶，其温度读数升高。一小段时间后粘结点到达下部热电偶并使其温度也升高。当粘结点经过上部热电偶后其温度读数便开始下降，以致在某一点时，其温度读数将低于下部热电偶读数。拉漏预测系统就是使用这种上下热电偶温度读数交叉的特点才判断粘结已经发生。此时便发出警报并降低连铸速度以使铸壳愈合。通常情况下，重新恢复到正常铸速前的低速浇铸仅维持很短一段时间。粘结拉漏事故的预测提高设备的工作效率。
冷却模型试验表明，铸坯质量的好坏由二次冷却工艺所决定。严格控制铸坯冷却过程在连铸过程中具有至关重要的作用，其是生产无缺陷连铸坯的前提条件。无数次模拟所积累的实际生产经验促使开发出动态凝固控制 (DSC)模型。该模型可完成以下主要功能：
??通过动态控制与薄板坯厚度相关的二次冷却来控制铸坯的凝固长度；
??控制表面温度，如保持表面温度接近于目标温度曲线；
?计算薄板坯的铸壳厚度；
??优化铸坯导架长度并最大化铸坯进入加热炉时的温度。
混合轧制
混合轧制即CSP连铸机生产的、经辊底式加热炉加热后的薄板坯以及现有生产线生产的厚板坯均将在后序的热带轧机上进行轧制。只是薄板坯经过非可逆式的粗轧机进行轧制，而厚板坯按照传统的生产模式进行轧制。
为简化连铸和轧制之间的匹配，最大的挑战是如何将新CSP连铸机的连铸规程和现有轧制路线进行协调适应，为此需优化传统的轧制规程，必须考虑以下影响因素如生产规程、产品大纲、钢种、带钢尺寸、轧制时间以及其它与设备和技术相关的限制条件；
与现有热带轧机之间的统一
这样的连铸和轧制工艺以及相关的技术要求配备所有生产设备的控制和自动化系统(COA)。因此薄板坯连铸和混合轧制技术软件包必须满足连铸和轧制高合金钢的高要求并保证产品的最终质量。CSP技术的开发使得传统的炼钢工艺、连铸、均热炉以及热带轧机紧密地结合起来。这种从冶炼到成品的连续生产过程只有在联合CSP设备厂加以实施。生产过程中任何一个环节出现问题均将立即影响全局生产。
COA??生产工序和混合轧制计算机具有管理从生产计划系统(PPS)发出的生产指令的功能。其监测生产工序、物流、缺陷波动并收集相关数据用于校正。通过 CSP管理系统(CSS)向炼钢区、 CSP连铸区以及轧制区的各种工艺过程计算机发出相应指令。
结论
签于实验型连铸机所取得的良好运行结果、意大利特尼特殊钢公司决定首次安装高合金钢生产用CSP生产设备，而且为实现混合轧制、该公司必须对现有的热带轧机进行现代化改造。CSP技术具有如下主要优势；
??降低投资费用；
??降低生产成本；
??提高金属收得率；
??生产更薄的热轧带钢；
??可生产优质硅钢。
专门设计的机械设备、现代化控制技术和工艺模型是保证世界首套工业化CSP高合金不锈钢生产线顺利生产和实现工艺再现性的前提条件。为此特尼特殊钢公司和西马克?德马格公司将能极大扩展其在生产高合金钢方面的经验。
