连铸中的SMART扇形段技术和ASTC铸坯锥度控制

连铸中的SMART扇形段技术和ASTC铸坯锥度控制2002年12月，VAI的七台九流板坯连铸机采用了SMART/ASTC技术进行了操作。SMART/ASTC技术可用于板坯和方坯连铸机，可连铸各种钢种。优化中心质量是连铸技术的重要目标。改善中心质量的一种方法是通过减少最终凝固点附近的连铸厚度补偿热收缩。这种工艺被称之为“轻压下”。VAI开发了一种轻压下技术，叫做铸坯锥度自动控制（ASTC），和液压调节SMART扇形段技术联合使用。该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。SMART/ASTC技术可以按任何铸速、在瞬时连铸条件下优化铸坯内部质量。由VAI开发的这项技术能迅速地改善拉坯扇形段内辊缝设定，在没有人工介入的情况下实现不同的连铸厚度。冶金背景因为钢在某一固定温度不凝固，但是超过某一温度范围就会出现糊状区，即钢不完全是液态，也不完全是固态。在这个糊状区，根据不同的参数如，合金化元素含量、凝固速度和过热温度，会出现偏析。在最终凝固点附近，铸坯中心的连铸方向的温度梯度大于板坯表面的温度梯度。这样导致残余熔体流向铸坯内部液相穴的末端并凝固，而且合金化元素的浓度很高，如C、Mn、P和S。这就是中心偏析。减少中心偏析的一种方法是轻压下。即通过调节拉坯扇形段内的辊缝锥度机械地减少流向铸坯内部液相穴末端的铸坯厚度。决定轻压下的最主要参数是铸坯规格、铸速、钢的化学性质、过热和铸坯的二次冷却。由于在连铸过程中，连铸参数不断发生变化，所以动态的辊缝调节系统比简单的机械调节系统具有优势。由VAI开发的动态调节SMART扇形段技术与工艺控制技术联合使用，称为铸坯锥度自动控制（ASTC），可用于最佳辊缝锥度的在线计算。SMART扇形段设计由于连铸操作的边界条件要求很高，以前只是把静态软压下用于某一限定的规格。在先进的数字模拟基础上结合广泛的试验，VAI开发了能动态定位扇形段内框的技术。该系统不但可靠，而且非常适于钢厂的苛刻条件。SMART动态调节辊缝扇形段的主要特点是：——耐用而且安全可靠的液压系统（内框的位置锁定）——利用标准阀实现±0.1mm定位准确性——归并到汽缸内的简单、无磨损的电子冲程传感器辊缝设定点利用ASTC计算辊缝设定点的依据是热跟踪模型和定义的辊缝操作。热跟踪模型可根据实际的连铸条件计算铸坯内的温度场。热跟踪系统也是VAIDYNASS冷却系统的一部分，已安装在世界各地50多台板坯连铸机上。利用动态辊缝操作减少预先规定的最终凝固点附近区域内的厚度。冶金工作者根据相应的钢种的要求确定轻压下区域内的辊缝。轻压下的起始和结束点随铸坯的固态部分（0≤fs≤1）变化。即使在瞬间连铸条件下，也可在适当的位置反复地动态调整轻压下区域。静态辊缝操作是调整板坯连铸机中固定辊缝的基础。锥度设定点的确定随钢种和铸速变化。连铸开始时，常常用静态辊缝操作保证引锭杆安全通过机器。铸坯脱尾时，再次采用静态辊缝操作保证铸坯的“冷”端通过连铸机。自动化系统SMART/ASTC系统设计为分级过程控制系统。扇形段控制器SMART扇形段设计有四个液压缸——分别位于每个扇形段的角部——联合扇形段控制器调节轧辊位置，进行精确的位置控制。控制器软件中包括一套规则，在各种操作条件下保护连铸机。另外，扇形段控制器周期性地把当前所有的扇形段数据——如实际位置和每个汽缸的状态等报告给铸坯主机控制器。运输前，在车间内对每个扇形段进行全功能试验，保证迅速并且无问题地安装和启动。主控制器主控制器是所有扇形段控制器的抽象界面。界面的工作是压缩来自用户——特殊界面的扇形段控制器密码。鉴于所有装置的扇形段控制器密码都是相同的，所以主控制器的密码要适应每个项目之间的通讯布局的变化。过程计算机过程计算机是连铸机自动化系统的总的界面。根据一级或二级连铸机自动化系统提供的数据以及与钢种有关的静态和动态辊缝操作，可以计算辊缝形状。ASTC工艺模型的安全性向上面讨论的那样，扇形段控制器保留每个汽缸的设定点。如果扇形段控制器没有收到有效的设定点，它将保留最后给定的设定点，直到接到新的设定点。观察VAI用户服务器观察所有重要的工艺参数如辊缝操作、铸速、连铸厚度和轻压下区。用图表和文字的形式显示辊缝形状的设定点和实际值。整套的汽缸泄漏检测是维护系统的重要部分。当汽缸移动超过其预见的定位范围，扇形段控制器通过打开相应的开/关阀进行重新定位。如果一个汽缸的控制动作数过高，就认为是泄漏。操作效果借助SMART/ASTC技术的经验结合静态和动态辊缝控制操作，就中心偏析而言，该系统明显地改善了铸坯的内部质量。研究了在不同的连铸条件下，把SMART/ASTC技术应用到铸坯中心偏析面积比（SAR）的效果。轻压下应用在每炉钢水的不同凝固比值。从结果可以推断，凝固比过低或过高时，轻压下都没有产生理想的效果。但是，正确选择辊缝形状参数后，SAR接近零。也研究了轻压下对改善板坯内部质量的作用。比较了在二流板坯连铸机上同时连铸的两支板坯，它们的铸速和冷却形式相同，但一个采用了轻压下，另一个没有。没有采用轻压下的板坯的横断面上出现了硫印。采用轻压下的板坯，质量得到了明显改善。结语SMART/ASTC技术的效果总结如下：——通过中心偏析的主压下，改善了铸坯的内部质量——减少了HIC敏感钢种的报废量——磷和硼钢的中心裂纹降到最低——在铸坯导板设计范围内能灵活地调节任意板坯厚度和辊缝形状——迅速而且远程的板坯厚度变化提高了生产率、连铸机利用率及产品成材率。