达涅利板坯连铸机动态锥度厚度控制系统

摘要：连铸板坯在生产过程中容易产生中心偏析，为了解决这种质量缺陷，轻压下技术被广泛采用。本文介绍了一种动态轻压下技术――达涅利板坯动态锥度和厚度调节技术，通过这种技术可实现板坯锥度和厚度的动态在线调节，并能减少中心偏析的产生。

关键词：扇形段 连铸坯 轻压下 动态控制

前言

科学与经济的发展突飞猛进，高效高品质的板坯连铸机必将成为发展趋势。首钢京唐公司板坯连铸机的电气系统由意大利Danieli Automation负责设计，电气设备国内成套的大型高效连铸机。在浇铸过程中，铸坯内部的中心偏析、中心疏松等缺陷是对钢材性能产生极大不良影响的因素。为提高板坯质量，减少和消除铸坯中心偏析、中心疏松这类缺陷，近年来人们采用了使铸坯的最后凝固组织中增加等轴晶的各种新技术，如：低温浇铸、电磁搅拌、凝固末端强冷、轻压下等等。其中，轻压下技术在改善连铸坯内部质量方面的显著效果正被越来越多的生产实践所证实，铸坯锥度厚度动态调节技术（ASTC），能迅速地改善扇形段内辊缝设定，自动实现不同的连铸厚度并减少中心偏析对铸坯质量的影响。本文主要介绍了达涅利板坯连铸机动态轻压下技术的应用。

1、钢液在凝固过程中的体积收缩特点及原理

钢液在铸机冷却过程中由液态转变成固态，必然会产生体积收缩，其主要包括3部分：液态收缩、凝固收缩及坯壳固态收缩。其中坯壳固态收缩量和液态收缩量都较小，可以忽略，对收缩起主导作用的是凝固收缩，所谓凝固收缩即从液相线温度起至固相线凝固终了时的体积收缩，由于过程中发生了相变，凝固收缩量较大，凝固收缩量的大小主要取决于钢种的化学成分，其中碳的影响最大，其次是锰和其它合金元素。

此外在铸坯的凝固过程中，钢液的选分结晶特性不可避免地导致了晶间液相区溶质元素的富集。与此同时，铸坯凝固收缩又使得富集溶质元素的钢液不断向铸坯中心附近补充并凝固。从而形成了溶质含量中心高、周围低的分布状态，即中心偏析。

2、动态轻压下技术减少中心偏析

通过调节铸机扇形段的辊缝，在连铸坯液芯末端施加均匀外力，形成一定的压缩量来补偿铸坯的凝固收缩量，这就是连铸机轻压下控制。这样一方面可消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙，防止晶间富集溶质的钢液向铸坯中心横向流动；另―方面，辊缝收缩所产生的挤压作用还可以促使液芯中富集溶质的钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配，从而使铸坯的凝固组织更加均匀致密，达到改善中心偏析和减少中心疏松的目的。常规轻压下的方法是在从弯月面起的一定距离范围内使铸坯调整为一个固定的锥度，这个锥度是根据钢种的凝固收缩特性预先设定好的，这样就可以对铸坯的凝固收缩进行一定的补偿。但这样的轻压下要求铸机拉速控制在一定的范围内，并且不能根据钢种进行自动调节。

为了解决上述轻压下技术的不足，出现了动态轻压下技术，这种技术可根据在线计算的铸坯凝固位置动态地调节理想的辊缝形状。实现动态轻压下技术的一个前提是扇形段的改进，改进后的扇形段的辊缝能够实时进行液压调节，这种扇形段上液压缸要符合以下的要求：

（1）耐用而且安全可靠的液压系统

（2）利用标准阀实现±0.1mm定位准确性

（3）归并到汽缸内的简单、无磨损的位置传感器

3、控制系统组成和功能

一级自动化系统完成现场数据采集、过程回路控制、电气设备顺序控制、设备运转操作监视及报警等基本控制功能。

二级自动化系统包括过程计算机系统和工艺技术工作站TWS。过程控制计算机系统完成生产计划、操作指导、数据计算、物流跟踪等过程控制功能。

TWS为浇铸过程控制提供特殊的工艺模型，并为操作员访问模型提供接口，同时现场设备可以通过TWS获得所需的数据。TWS可以实时、独立或离线工作，进行数据分析。在TWS上运行的模型采用DANIELI公司开发的专用软件，主要有液芯控制和凝固模型（LPC）、漏钢预报模型和动态轻压下模型LPC模型能根据钢种、浇铸温度、拉速等变化因素在线计算铸坯的凝固末端位置。

轻压下的主控系统是一台西门了S7-400PLC，下挂5个远程I/O（ET200），从站均通过IM153主站相连；PLC通过CP443-1与以太网相连。现场设备包括电磁阀、伺服阀、压力传感器、位置传感器等人机界面HMI主要用于设备和过程监控，过程设定功能，使用InTouch软件组态生成画面。

动态轻压下功能使用一套铸流扇形段辊控制板坯的压缩，主要控制14个扇形段（0～13段）的开口度。这些扇形段的配备如下：0～6#扇形段的每个段配备一套液压缸，维修时打开扇形段。7～13#扇形段的每个段配备一套液压辊来控制辊缝。控制开口度的目的是减少板坯的厚度而达到改善板坯内部和表面质量，包括轻压下技术是将板坯里液体部分的轴向凝固结构抑制住，朝等轴晶结构发展。扇形段0～6#和7～13#的开/关速度均为10mm/s，全行程时间均为25s。

4、控制设计

在浇铸过程中，动态轻压下功能中扇形段辊缝的目标位置是动态计算的。此计算基于从二级过程计算机控制系统下载的轻压下路径和最终尺寸，以及由板坯凝固模型计算的液芯长度。

动态轻压下控制模型执行以下功能：实时计算沿浇铸方向的轻压下范围（需要使用的起始辊和结束辊）和实时计算该轻压下范围内的压下量分布（辊的位置构成的“轮廓”），轻压下PLC根据以上几点计算出每一个辊了的目标位置，并进行辊位置控制软件设计的闭环PID功能，比较棍子实际的位置和要求值，并生成参考值用于伺服阀控制辊的开口度。浇铸期间，由板坯“跟踪”功能检查和控制所有辊的开闭顺序。

5、结束语

动态轻压下技术己成为现代连铸机水平的一个显著标志。由于连铸过程的复杂性，过热度、冷却条件、拉速等条件的波动将会导致凝固末端位置的变化，从而压下位置也将发生变化。因此为了能精确地实施轻压下，需要做到凝固末端的准确测定，以便压下参数随凝固末端位置的变化而变化、从而保证轻压下区域在铸坯的凝固末端两相区区域内。同时，在压下位置变化的情况下，必须快速、精确地调整辊缝，以便保证及时准确地实施轻压下，获得良好的铸坯中心质量和铸坯形状。

参考文献：

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[2]岑永权.连铸坯液芯压下工艺[J].上海金属，1997年05期

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