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1. 概述
    近10年中，以BHP、Castrip、Eurostrip以及POSCO等技術(shù)實(shí)力強(qiáng)勁的企業(yè)為代表，世界上很多研究組皆在從事帶鋼鑄造的研究。美國(guó)的NUCOR公司已經(jīng)從Castrip獲得全世界的第一個(gè)薄帶連鑄生產(chǎn)技術(shù)的許可證，并且在2002年在該公司在美國(guó)印第安納的鋼鐵基地建成薄帶連鑄生產(chǎn)車間。在中國(guó)，寶鋼集團(tuán)的薄帶連鑄試驗(yàn)機(jī)組已經(jīng)投入運(yùn)轉(zhuǎn)。

    本薄帶連鑄生產(chǎn)線根據(jù)生產(chǎn)過程可以被分為三個(gè)主要部分：平臺(tái)設(shè)備部分，主要包括大包、中間包、塞棒、長(zhǎng)水口、布流器等，負(fù)責(zé)為鑄機(jī)提供鋼水；鑄機(jī)部分（鑄機(jī)又通稱為結(jié)晶輥或主機(jī)），主要包括結(jié)晶輥、側(cè)封板等，負(fù)責(zé)生產(chǎn)鑄帶；后續(xù)部分，主要包括糾偏夾送輥、穩(wěn)定輥、卷取機(jī)夾送輥、卷取機(jī)等，負(fù)責(zé)對(duì)鑄帶的引導(dǎo)、輸送、卷取等。

    總的控制系統(tǒng)（見圖1）由許多小的控制系統(tǒng)組成，例如熔池液位控制、結(jié)晶輥輥縫控制、側(cè)封板控制、結(jié)晶輥速度控制、活套控制、線速度/張力控制等。本文主要介紹了薄帶連鑄工藝過程的控制策略、鑄造速度的控制方案以及熔池鋼水的液位控制。

2. 控制策略
    形成薄帶的關(guān)鍵技術(shù)集中在鋼水在熔池中的凝固問題上，所以控制系統(tǒng)的核心是對(duì)結(jié)晶輥的控制。凝固過程開始于鋼水流經(jīng)大包、中間包、布流器進(jìn)入熔池后與結(jié)晶輥輥面接觸的瞬間，大約0.2秒后，鋼水在結(jié)晶輥表面凝固形成的兩片鋼殼（固定輥、移動(dòng)輥輥面各有一片）經(jīng)過結(jié)晶輥的輥壓軋制形成薄帶離開結(jié)晶輥。鋼水的凝固速度與結(jié)晶輥輥縫和結(jié)晶輥轉(zhuǎn)速相關(guān)。鋼水開始凝固后即在結(jié)晶輥的兩個(gè)輥?zhàn)又g產(chǎn)生趨向于使輥?zhàn)臃蛛x的力，這個(gè)力也被稱為軋制力。如果結(jié)晶輥輥縫過大或速度過塊，凝固點(diǎn)就可能低于結(jié)晶輥兩個(gè)輥?zhàn)拥膰Ш宵c(diǎn)，此時(shí)軋制力過低會(huì)斷帶；如果輥縫過小或速度過慢，凝固點(diǎn)就會(huì)過高，此時(shí)軋制力就會(huì)很大。可見，結(jié)晶輥輥縫、鑄速和軋制力是影響凝固的主要因素，其中軋制力是結(jié)晶輥輥縫和鑄速相互作用的結(jié)果。對(duì)結(jié)晶輥輥縫、鑄速和軋制力三個(gè)控制參數(shù)組合會(huì)形成多種控制策略。本項(xiàng)目將恒定軋制力作為控制目標(biāo)。鑄速由軋制力-速度控制器控制，詳細(xì)情況參見軋制力-速度控制器一節(jié)。

    影響軋制力的另一因素是熔池液位，因?yàn)槿鄢匾何桓叨戎苯佑绊懙侥踢^程的結(jié)晶弧長(zhǎng)，也就是在結(jié)晶輥速度不變的前提下的凝固時(shí)間。所以熔池液位控制在控制系統(tǒng)中亦相當(dāng)重要。

3. 全線速度控制
    如圖2所示，整條生產(chǎn)線的速度隨著鑄速（結(jié)晶輥的線速度）的變化而變化。但鑄速不是全線的速度基準(zhǔn)。工藝要求在結(jié)晶輥和糾偏夾送輥（糾偏輥）之間建立活套，以便于鑄帶能夠在自由狀態(tài)下離開結(jié)晶輥。所以糾偏輥的速度以鑄速為基準(zhǔn)，根據(jù)活套量疊加相應(yīng)的超前速度或滯后速度。糾偏輥之后的輥道、穩(wěn)定輥、卷取機(jī)夾送輥及卷取機(jī)則以糾偏輥為速度基準(zhǔn)，根據(jù)帶鋼的運(yùn)行疊加相應(yīng)的超前率或滯后率。

    使用HMD（熱金屬檢測(cè)器）對(duì)帶鋼進(jìn)行位置確認(rèn)，根據(jù)HMD及其它外圍信號(hào)，按既定的控制方案計(jì)算輸出結(jié)晶輥速度給定信號(hào)。

圖2 全線速度控制模型示意圖

圖3 軋制力-速度控制器原理圖

    當(dāng)軋制力偏差在軋制力控制死區(qū)范圍內(nèi)時(shí)輸出為0；當(dāng)軋制力偏差在死區(qū)之外時(shí)按上述公式計(jì)算速度變化率；當(dāng)積分器的輸出值在限幅范圍外時(shí)，輸出限幅值。

5. 熔池鋼水液位控制

    結(jié)晶輥熔池液位檢測(cè)及控制系統(tǒng)的組成見圖4。

圖4 熔池液位控制系統(tǒng)示意圖

    薄帶連鑄的工藝過程特殊，渦流傳感器的安裝環(huán)境溫度高達(dá)1300℃-1350℃,且鋼水表面無保護(hù)渣，故渦流傳感器外殼采用了多層隔離加上空氣冷卻的方法。根據(jù)工藝要求，結(jié)晶器液位的控制范圍為與輥?zhàn)拥妮S心成45o－50o的夾角。渦流傳感器的最大檢測(cè)范圍為150mm，保證控制點(diǎn)有一定的可調(diào)范圍。同時(shí)為了忽略布流器溢留口等環(huán)境對(duì)液位檢測(cè)的影響，在開澆以后，根據(jù)工藝給定的結(jié)晶輥起始速度、加速斜率和目標(biāo)速度等參數(shù)值，設(shè)置了1－3秒的屏蔽時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間到了以后，液位檢測(cè)才加以投入。

    當(dāng)結(jié)晶輥熔池液位建立以后，即檢測(cè)液位達(dá)到設(shè)定液位±5mm的范圍，該系統(tǒng)將由渦流傳感器檢測(cè)，二次表處理的液位信號(hào)作為液位反饋信號(hào)，同時(shí)引入結(jié)晶輥實(shí)際拉速作為補(bǔ)償量，由數(shù)控電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)中間包的塞棒執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)熔池鋼水液位的閉環(huán)控制。

6. 結(jié)束語
    對(duì)帶鋼鑄造的研究涉及機(jī)械、材料、制造、工藝、自動(dòng)控制等多個(gè)學(xué)科，需要一個(gè)認(rèn)識(shí)和提高的過程。一個(gè)穩(wěn)定及功能較為完善的控制系統(tǒng)僅是大規(guī)模的科技創(chuàng)新試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)之一，通過過程計(jì)算機(jī)按爐次進(jìn)行工程數(shù)據(jù)管理及實(shí)績(jī)收集，加上先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析工具軟件包的采用，其試驗(yàn)進(jìn)程將被大大縮短。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Richard L. Weshsler, John J. Ferriola, “The Castrip Process for Twin-Roll Casting of Steel Strip”, AISE Steel Technology, Sep. 2002, pp. 69-74.
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