美国钢厂动态辊缝

美国ISG雀点厂1号连铸机的动态辊缝控制

–技术创新和操作成果

R. Fash, P. Vielkind, D. Bederka, T. Lonsbury –ISG Sparrows Point /USA

H. Gilles, B. Kocatulum –I S G Bethlehem/USA

J. Brower –V AST/USA

前言

2000年的5月/6月间国际钢铁集团（前身是伯利恒钢公司）雀点分公司使用现代化的“宽板坯连铸机”更换1985年最好的1号连铸机。项目的目标是使其具有生产较宽（2640 mm）、较厚（达304mm）和较高质量的板坯的能力，主要供给ISG宾夕法尼亚中板分厂的炉卷轧机，任务是以创记录的时间设计和安装机器，将现有连铸机的操作中断减少到最低限度。铸机的机械设计实现了板坯宽度和标称厚度的目标，板坯的质量需求要对结晶器、振动器、冶金冷却和机器辊缝控制方案作一定深度的评价。最后，批准的设计包括带有轻夹紧装置的直结晶器，液压振动器，气/雾二次冷却和带有铸流锥度自动控制的分段式连铸机。

与雀点厂要求相关的宽板坯连铸机最主要的创新特点是独特的铸坯锥度自动控制和在铸坯固化区提供DynaGap 轻压下的有关软件。为了在模型能达到预期目的能力方面获得最大信心，ISG在制造和组装地进行了彻底试验。

在试验阶段，人们发现在扇形段上的电子辊缝控制装置和实际辊缝测量值之间不一致。另外在确定铸流凝固点的位置方面还有不确定性。在当时，世界的任何地方应用此项技术的经验都还有限。

由于经设备试验和对动态辊缝控制模型的评价，ISG和设备设计人员一起开发了两种附加装置，用来提高和帮助验证DynaGap轻压下技术。第一个开发成果是“系杆延伸”系数，其将补偿观测到的辊缝差。第二项开发成果是在扇形段安装压力传感器监控和评价通过扇形段液压缸施加于铸坯的力，以实现和保持辊缝设定点。最后的分析是连铸机的质量性能，用硫印和电子低倍浸蚀试验来进行评价。

铸流锥度/厚度自动控制(DYNAGAP) (现在为动态辊缝调节(DYNAGAP))

为了改善中心条件，糊状区的轻压下是用液压可调的扇形段实现的。辊缝形状的设定点是以与钢种有关的实际设定值和图1所示的有关铸流的热控信息中推导出来的。热控信息是以DYNACS®冷却模型[1]

中获得的。动态辊缝调节(DynaGap) 模型[2]和DYNACS®冷却模型是由VAI开发的。

图1:

辊缝调节–轻压下

静态–为了在连铸机中产生固定辊缝，设计了静态方法。这里确定了两类静态方法：平行辊缝和锥形辊缝。静态辊缝方法也用作为动态辊缝调节的辅助方法。

动态–这类方法的目的是在图2a 和2b中所示最终凝固点附近的预定范围内实现主要厚度减薄。在凝固范围内预定的逐段线性压力功能块是用来计算辊缝图形的设定点。动态辊缝方法可以通过机器，比如在中间包快速更换或浸入水口更换时安全跟踪冷钢件。

steady state conditions

5 min after speed reduction

min

8 min after speed up to

Thermal

ation

Actual

ess

Operator

nce

凝固点附近进行轻压下

。

图2b:

轻压下与液芯的通讯目标

特殊辊缝方法–ISG 预计在宽板坯连铸机上浇铸

大百分比的中板钢种，以便给Lukens 的生产线供应板坯。为了生产中板，最主要的是浇铸厚度精度，因为板坯偏差会导致收得率损失。因此，应对辊缝方法进行调节，这样在带有或不带有轻压下的情况下最终板坯厚度连续的。对于254mm 板坯，辊缝方法表示从足辊到夹持端部的最大压下量为8.1mm 。总的大压下量归因于预计的静态锥度，加上根据各种钢种的2.3 至 4.3mm 典型轻压下量。

浇铸开始-浇铸装置结束–在开始浇铸时以及在浇铸结束时部分铸流设计为平行辊缝浇铸。这就最大限度地减少了铸流冷却部分通过铸机扇形段上的力。一旦头端通过扇形段，扇形段将收到静态或动态辊缝法的新的设定点。在浇铸过程中，扇形段的所有移动都是按照下列各项进行控制的。§辊缝

§调节速度§扇形段斜度

§扇形段至扇形段的过渡

§

实际位置偏离设定点的偏移量

结果是铸机从一开始到结束都在厚度公差范围内，切头切尾除外。

在线系统

以在线系统为基础的服务器综合有二级系统，不过还可独立运行。服务器是由两个部件组成。跟踪部件在线周期修改所有有关铸坯特性，比如实际厚度、铸坯温度分布及凝固范围。设定点计算器部件采用了跟踪部件提供的数据（温度场、辊缝方法），以及确定新辊缝设定点。如果变更辊缝法的话，应通过铸坯导向系统跟踪影响范围，这样正如图3所示的时间中，连铸机上有一个以上的辊缝法有效。

图3:

辊缝法影响范围

自动化

对于位置调节，扇形段在扇形段角落配置有液压缸。每个扇形段具有相应的扇形段控制器，其负责：

n 通过减少液压阀的转换率将最后规定的扇形段

输入和扇形段输出位置保持在定位公差0.15 mm 范围内。n 达到新规定的设定点。n 检查液压和电气设备的功能。

扇形段偏差的补偿

板坯连铸机的主要部件包括结晶器、弯钢机和从弯钢机到铸坯出口的15个扇形段。扇形段有三种类型：六个弧形段，两个矫直段和7个水平段。每个扇形段具有独立的辊缝控制。图4示有典型扇形段布置图。4个液压定位缸施加钢水静压所需的力。4个较小的提升缸装备有反馈控制系统的位置测量装置(LVDTs)控制和保持铸坯辊缝。定位缸位于扇形段每一端的0.28扇形段长度的距离。在所有扇形段上，将测量每个液压缸每一侧的压力，并且用于计算保持辊缝所需的定位力

。

图4:典型扇形段布置图

ISG 和VAI 在组装车间对扇形段的验收试验过程中，人们发现在从扇形段去除机械“废油”之后，实际测量扇形段辊缝和LVDT 测得的辊缝读数差