連鑄工藝

2023年12月29日發(fā)(作者：綜隨意的穿越之旅)

連鑄：

轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)出來的鋼水經(jīng)過精煉爐精煉以后，需要將鋼水鑄造成不同類型、不同規(guī)格的鋼坯。連鑄工段就是將精煉后的鋼水連續(xù)鑄造成鋼坯的生產(chǎn)工序，主要設(shè)備包括回轉(zhuǎn)臺、中間包，結(jié)晶器、拉矯機等。

連鑄的工藝流程:

將裝有精煉好鋼水的鋼包運至回轉(zhuǎn)臺，回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動到澆注位置后，將鋼水注入中間包，中間包再由水口將鋼水分配到各個結(jié)晶器中去。結(jié)晶器是連鑄機的核心設(shè)備之一，它使鑄件成形并迅速凝固結(jié)晶。拉矯機與結(jié)晶振動裝置共同作用，將結(jié)晶器內(nèi)的鑄件拉出，經(jīng)冷卻、電磁攪拌后，切割成一定長度的板坯。

連鑄自動化控制主要有連鑄機拉坯輥速度控制、結(jié)晶器振動頻率的控制、定長切割控制等控制技術(shù)。

連鑄的主要工藝設(shè)備介紹:

鋼包回轉(zhuǎn)臺

鋼包回轉(zhuǎn)臺：設(shè)在連鑄機澆鑄位置上方用于運載鋼包過跨和支承鋼包進行澆鑄的設(shè)備。由底座、回轉(zhuǎn)臂、驅(qū)動裝置、回轉(zhuǎn)支撐、事故驅(qū)動控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和錨固件6部分組成。

單臂鋼包回轉(zhuǎn)臺：由底座、立柱、上轉(zhuǎn)臂、上轉(zhuǎn)臂驅(qū)動裝置、下轉(zhuǎn)臂、下轉(zhuǎn)臂驅(qū)動裝置組成。

蝶形鋼包回轉(zhuǎn)臺：由底座、升降液壓缸、回轉(zhuǎn)架、鋼包支座、回轉(zhuǎn)臂、平行連桿、驅(qū)動裝置、防護板組成。

鋼包回轉(zhuǎn)臺是連鑄機的關(guān)鍵設(shè)備之一，起著連接上下兩道工序的重要作用。鋼包回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)情況基本上包括兩側(cè)無鋼包、單側(cè)有鋼包、兩側(cè)有鋼包三種情況，而單個鋼包重量已超過140噸。三種情況下，鋼包回轉(zhuǎn)臺受力有很大不同，但無論在何種情況下，都要保證鋼包回轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，定位準確，起停時要盡可能減小對機械部分的沖擊，為減少中間包液面波動和溫降，要縮短旋轉(zhuǎn)時間。因此，我們在變頻器的容量選擇上，留有余地，即比電機功率加大一級。同時利用變頻器的s曲線加速功能，通過調(diào)整s曲線保證加、減速曲線平滑快速，減少對減速機的沖擊，再通過PLC判斷變速限位、停止限位實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)過程中高、低速自動變換及到位停車，同時滿足了對旋轉(zhuǎn)時間和平穩(wěn)運行的要求。

順時針，逆時針，旋轉(zhuǎn)

中間包

中間包是短流程煉鋼中用到的一個耐火材料容器，首先接受從鋼包澆下來的鋼水，然后再由中間包水口分配到各個結(jié)晶器中去。

中間包是連鑄機鋼水包和結(jié)晶器之間鋼水過渡的裝置，用來穩(wěn)定鋼流，減小鋼流對坯殼的沖刷，以利于非金屬夾雜物上浮，從而提高鑄坯質(zhì)量。通常認為中間包起以下作用：

1、分流作用。對于多流連鑄機，由多水口中間包對鋼液進行分流。

2、連澆作用。在多爐連澆時，中間包存儲的鋼液在換盛鋼桶時起到銜接的作用。

3、減壓作用。盛鋼桶內(nèi)液面高度有5~6m，沖擊力很大，在澆鑄過程中變化幅度也很大。中間包液面高度比盛鋼桶低，變化幅度也小得多，因此可用來穩(wěn)定鋼液澆鑄過程，減小鋼流對結(jié)晶器凝固坯殼的沖刷。

4、保護作用。通過中間包液面的覆蓋劑，長水口以及其他保護裝置，減少中間包中的鋼液受外界的污染。

5、清楚雜質(zhì)作用。中間包作為鋼液凝固之前所經(jīng)過的最后一個耐火材料容器，對鋼的質(zhì)量有著重要的影響，應(yīng)該盡可能使鋼中非金屬夾雜物的顆粒在處于液體狀態(tài)時排除掉。

中間包烘烤上升下降，中包車右行，前后，上下

結(jié)晶器

在連續(xù)鑄造、真空吸鑄、單向結(jié)晶等鑄造方法中，使鑄件成形并迅速凝固結(jié)晶的特種金屬鑄型。結(jié)晶器是連鑄機的核心設(shè)備之一，直接關(guān)系到連鑄坯的質(zhì)量。

結(jié)晶器包括：

? 直型結(jié)晶器：

? 弧形結(jié)晶器 curved mold：用于弧型和超低頭型（橢圓型）連鑄機上。

? 組合式結(jié)晶器 composite mold：由四塊壁板組成，每塊壁板又由一塊銅板和一塊鋼（鐵）板用螺栓連接而成。

? 多級結(jié)晶器 multi stage mold

? 調(diào)寬結(jié)晶器 adjustable mold：寬度可調(diào)的結(jié)晶器，一般只用于板坯連鑄。

結(jié)晶器是連鑄機的核心設(shè)備之一，直接關(guān)系到連鑄坯的質(zhì)量。結(jié)晶器的振動頻率要求準確，并根據(jù)拉坯速度自動調(diào)整，在高振頻時，由于電機負載率上升，轉(zhuǎn)差率增加，導(dǎo)致振動頻率有所降低，而為了保證振動頻率的精確，需要打開變頻器的轉(zhuǎn)差補償控制，在負載增加時，使變頻器自動增加輸出頻率以提供在沒有速度降低情況下所需要的電機轉(zhuǎn)差率，補償量正比于負載的增加量，并在整個調(diào)速范圍內(nèi)都起作用。

另外，結(jié)晶器的振動是由電機帶動偏心機構(gòu)旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的，因此表現(xiàn)為輸出電流及母線電壓呈現(xiàn)周期性震蕩，在振動頻率較高時有引起母線過電壓故障的可能，通過允許變頻器的母線調(diào)節(jié)功能，使變頻器會基于直流母線電壓自動調(diào)整輸出頻率，監(jiān)測到母線電壓瞬時升高時變頻器會適當(dāng)增加輸出頻率以減小引起母線電壓升高的再生能量，這樣做降低了出現(xiàn)變頻器過壓故障的可能性。

振動控制變頻器，給出拉矯速度，振動次數(shù)給定，振動頻率，

結(jié)晶器進回水溫度流量壓力

拉矯機

在連鑄工藝中，連鑄機拉坯輥速度控制是連鑄機的三大關(guān)鍵技術(shù)之一，拉坯速度控制水平直接影響連鑄坯的產(chǎn)量和質(zhì)量，而拉坯輥電機驅(qū)動裝置的性能又在其中發(fā)揮著重要作用。

交流電機變頻調(diào)速技術(shù)日益成熟，交流變頻驅(qū)動調(diào)速平穩(wěn)，調(diào)速范圍寬，對機械沖擊低，交流電機維護量低，交流變頻調(diào)速已取代直流調(diào)速，完全能夠滿足拉坯輥速度控制的需要。

連鑄機的拉矯機有五輥雙機架三驅(qū)動，上拉坯輥、下拉坯輥、矯直輥由三臺同型號電機共同驅(qū)動，完成引錠桿的上下傳送運行和連鑄坯牽引，三臺電機必須保持同步，與一般的同步要求不同的是要保證三個輥面的線速度相同，而不是三臺電機的轉(zhuǎn)速相同，以避免出現(xiàn)負載分配不均引起母線過壓、欠壓、過載故障。

三臺變頻器接受相同的速度指令，按照同一頻率運行，但由于三輥處于一個半徑8m的圓弧段的不同位置上，若要保持三個輥面的線速度相同，則三臺電機的轉(zhuǎn)速實際應(yīng)有輕微差別，加上三臺電機的參數(shù)不可能完全相同，這就造成了三臺電機同步的困難。如果打開母線調(diào)節(jié)功能，雖然可以在一定程度上避免由于不同步造成的母線電壓升高，但會造成電機轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定，從而使拉速值波動，進一步影響到結(jié)晶器鋼水液面和二冷配水的穩(wěn)定，甚至有造成事故的危險。為此，我們利用變頻器內(nèi)置的PI控制功能，使三臺電機構(gòu)成主從驅(qū)動系統(tǒng)，即以上拉坯電機作為主驅(qū)動電機，工作在速度調(diào)節(jié)方式，下拉坯電機和矯直電機作為從動電機，工作在帶有速度修正的速度調(diào)節(jié)方式下，通過比較主從電機的力矩電流產(chǎn)生偏差信號，從而修正從動電機的速度。變頻器間的力矩電流信號傳送可以通過變頻器內(nèi)置的模擬量輸入、輸出通道來實現(xiàn)，無需另外添加硬件。這種方法構(gòu)成的主從驅(qū)動系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，完全利用變頻器內(nèi)置功能實現(xiàn)，可以連續(xù)自動完成速度修正，應(yīng)用在多輥傳動的拉矯機上效果非常理想。

拉矯機和結(jié)晶器振動裝置采用變頻器調(diào)速系統(tǒng)，拉矯機變頻器的啟動、停止以及調(diào)速由PLC發(fā)送給拉矯機變頻器，拉矯機的實際速度FM經(jīng)光電隔離后再反饋給PLC，然后由PLC傳送給相應(yīng)儀表顯示實際值。結(jié)晶器振動采用同調(diào)方式，即振動頻率隨拉速變化而變化，即根據(jù)下面的公式，來控制結(jié)晶器振動頻率f，計算出振動頻率f由PLC發(fā)送給結(jié)晶器振動變頻器，使結(jié)晶器的振動適應(yīng)于拉速變化，系統(tǒng)框圖如圖所示。

通過切換變頻器控制，引錠桿位置判斷切換？

油缸控制

輥道開關(guān)量控制

輕壓下

在連續(xù)鑄鋼過程中，連鑄坯拉矯采用液芯矯直時，為了獲得無缺陷鑄坯，對帶液芯的鑄坯施加小的壓力的工藝方法。即在鑄坯凝固終端附近，對鑄坯施加一定的壓下量，使鑄坯凝固終端形成的液相穴被破話，以抑制濃縮鋼水在靜壓力作用下所自然產(chǎn)生的沿拉坯方向上的移動。

變頻器控制

油缸控制

電磁攪拌器

連續(xù)鑄鋼時，利用電磁力控制鋼液凝固過程，改善鑄坯質(zhì)量的工藝。也稱EMS技術(shù)。電磁攪拌器（Electromagnetic stirring: EMS） 的實質(zhì)是借助在鑄坯液相穴中感生的電磁力，強化鋼水的運動。具體地說，攪拌器激發(fā)的交變磁場滲透到鑄坯的鋼水內(nèi)，就在其中感應(yīng)起電流，該感應(yīng)電流與當(dāng)?shù)卮艌鱿嗷プ饔卯a(chǎn)生電磁力，電磁力是體積力，作用在鋼水體積元上，從而能推動鋼水運動。

電磁攪拌器的安裝位置和攪拌器模式根據(jù)電磁攪拌器在鑄機冶金長度上的不同安裝位置大致有以下幾種模式。

? 結(jié)晶器電磁攪拌：Mold Electromagnetic stirring: MEMS 攪拌器安裝在結(jié)晶器銅管外面。

? 二冷區(qū)電磁攪拌：Strand Electromagnetic Stirring: SEMS 攪拌器安裝在鑄坯外面。

? 凝固末端電磁攪拌：Final Electromagnetic stirring:FEMS 用于方坯連鑄 攪拌器安裝在鑄坯外面。

引錠桿

連續(xù)鑄鋼的重要裝置之一。引錠桿由引錠頭、過渡件和桿身組成。澆注前，引錠頭和部分過渡件進入結(jié)晶器，形成結(jié)晶器可活動的“內(nèi)底”，澆注開始后，鋼水凝固，與引錠頭凝結(jié)在一起，由拉矯機牽引著引錠桿，把鑄坯連續(xù)地從結(jié)晶器拉出，直到引錠頭通過拉矯機后方與鑄坯分離，進入引錠桿存放裝置。

引錠桿位置，編碼器

火焰切割機

該設(shè)備采用氣動夾鉗使切割機與鑄坯同步行走，電機驅(qū)動切割小車行走，直流調(diào)速電機驅(qū)動,水冷切槍進行切割，在切割不銹鋼時配置噴鐵粉裝置，可以切割鋼坯(包括不銹鋼)。

厚度大于50mm的厚鋼板一般采用火焰切割，也叫氧氣切割。其工藝大體如下：

（1） 根據(jù)切割鋼板的厚度安裝適當(dāng)孔徑的割嘴；

（2） 將氧氣和燃氣壓力調(diào)至規(guī)定值；

（3） 用切割點火器點燃預(yù)熱焰，接著慢慢打開預(yù)熱氧氣閥，調(diào)節(jié)火焰白心長度，使火焰成中性焰，預(yù)熱起割點；

（4） 在切割起點上只用預(yù)熱焰加熱，割嘴垂直于鋼板表面，火焰白心尖端距鋼板表面1.5～2.5mm；

（5） 當(dāng)起點達到燃燒溫度（輝紅色）時，打開切割氧氣閥，瞬間就可進行切割；

（6） 在確認已割至鋼板下表面后，就沿著切割線以適當(dāng)?shù)乃俣纫苿痈钭炖^續(xù)往前切割；

（7） 切割終了時，先關(guān)閉切割氧氣閥，再關(guān)閉預(yù)熱焰的氧氣閥。

火切加緊電磁閥，3個位置有3個不同的狀態(tài)

氧氣電磁閥控制

切割運動變頻器控制

粒化水電磁閥

電動閥門（配水）

配水在整個工藝流程中起到重要的作用，它分為零段配水，直線段配水，頂彎段配水，扇內(nèi)弧配水，扇外弧配水。這些都由電磁閥控制。

結(jié)晶器進回水溫度流量壓力、二冷水閥門，壓縮空氣閥門，遠程控制，根據(jù)拉矯速度計算質(zhì)量（噸）給水量，PID控制。

連鑄工藝詳解

連鑄的生產(chǎn)工藝流程：將裝有精煉好鋼水的鋼包運至回轉(zhuǎn)臺，回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動到澆注位置后，將鋼水注入中間包，中間包再由水口將鋼水分配到各個結(jié)晶器中去。結(jié)晶器是連鑄機的核心設(shè)備之一，它使鑄件成形并迅速凝固結(jié)晶。拉矯機與結(jié)晶振動裝置共同作用，將結(jié)晶器內(nèi)的鑄件拉出，經(jīng)冷卻、電磁攪拌后，切割成一定長度的板坯。

連鑄鋼水的準備

連鑄鋼水的溫度要求：

鋼水溫度過高的危害：①出結(jié)晶器坯殼薄，容易漏鋼；②耐火材料侵蝕加快，易導(dǎo)致鑄流失控，降低澆鑄安全性；③增加非金屬夾雜，影響板坯內(nèi)在質(zhì)量；④鑄坯柱狀晶發(fā)達；⑤中心偏析加重，易產(chǎn)生中心線裂紋。

鋼水溫度過低的危害：①容易發(fā)生水口堵塞，澆鑄中斷；②連鑄表面容易產(chǎn)生結(jié)皰、夾渣、裂紋等缺陷；③非金屬夾雜不易上浮，影響鑄坯內(nèi)在質(zhì)量。

鋼水在鋼包中的溫度控制：

根據(jù)冶煉鋼種嚴格控制出鋼溫度，使其在較窄的范圍內(nèi)變化；其次，要最大限度地減少從出鋼、鋼包中、鋼包運送途中及進入中間包的整個過程中的溫降。

實際生產(chǎn)中需采取在鋼包內(nèi)調(diào)整鋼水溫度的措施：

1）鋼包吹氬調(diào)溫

2）加廢鋼調(diào)溫

3）在鋼包中加熱鋼水技術(shù)

4）鋼水包的保溫

中間包鋼水溫度的控制

一、澆鑄溫度的確定

澆鑄溫度是指中間包內(nèi)的鋼水溫度，通常一爐鋼水需在中間包內(nèi)測溫3次，即開澆后5min、澆鑄中期和澆鑄結(jié)束前5min,而這3次溫度的平均值被視為平均澆鑄溫度。

澆鑄溫度的確定可由下式表示（也稱目標澆鑄溫度）：

T=TL+△T 。

二、液相線溫度

即開始凝固的溫度，就是確定澆鑄溫度的基礎(chǔ)。推薦一個計算公式：

T=1536-{78[%C]+7.6[%Si]+4.9[%Mn]+34[%P]+30[%S]+5.0[%Cu]+3.1[%Ni]+1.3[%Cr]+3.6[%Al]+2.0[%Mo]+2.0[%V]+18[%Ti]}

? 鋼水過熱度的確定：鋼水過熱度主要是根據(jù)鑄坯的質(zhì)量要求和澆鑄性能來確定。

鋼種類別 過熱度

非合金結(jié)構(gòu)鋼 10-20℃

鋁鎮(zhèn)靜深沖鋼 15-25℃

高碳、低合金鋼 5-15℃

? 出鋼溫度的確定：鋼水從出鋼到進入中間包經(jīng)歷5個溫降過程：

△T總=△T1+△T2+△T3+△T4+△T5

△T1出鋼過程的溫降；

△T2出完鋼鋼水在運輸和靜置期間的溫降 (1.0～1.5℃/min)；

△T3鋼包精煉過程的溫降（6～10℃/min）；

△T4精煉后鋼水在靜置和運往連鑄平臺的溫降(5～1.2℃/min）；

△T5鋼水從鋼包注入中間包的溫降。

T出鋼 = T澆+△T總

控制好出鋼溫度是保證目標澆鑄溫度的首要前提。具體的出鋼溫度要根據(jù)每個鋼廠在自身溫降規(guī)律調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)每個鋼種所要經(jīng)過的工藝路線來確定。

拉速的確定和控制

拉速控制作用:

拉速定義:拉坯速度是以每分鐘從結(jié)晶器拉出的鑄坯長度來表示。拉坯速度應(yīng)和鋼液的澆注速度相一致。拉速控制合理,不但可以保證連鑄生產(chǎn)的順利進行,而且可以提高連鑄生產(chǎn)能力,改善鑄坯的質(zhì)量.現(xiàn)代連鑄追求高拉速。

拉速確定原則:

確保鑄坯出結(jié)晶器時的能承受鋼水的靜壓力而不破裂，對于參數(shù)一定的結(jié)晶器，拉速高時，坯殼薄；反之拉速低時則形成的坯殼厚。一般，拉速應(yīng)確保出結(jié)晶器的坯殼厚度為12-14mm。

影響因素：鋼種、鋼水過熱度、鑄坯厚度等。

1）機身長度的限制

根據(jù)凝固的平方根定律，鑄坯完全凝固時達到的厚度、機身長度，得到拉速。

2）拉坯力的限制

拉速提高，鑄坯中的未凝固長度變長，各相應(yīng)位置上凝固殼厚度變薄，鑄坯表面溫度升高，鑄坯在輥間的鼓肚量增多。拉坯時負荷增加。超過拉拔轉(zhuǎn)矩就不能拉坯，所以限制了拉速的提高。

3）結(jié)晶器導(dǎo)熱能力的限制

根據(jù)結(jié)晶器散熱量計算出，最高澆注速度：板坯為2.5米/分；方坯為3-4米/分。

4）拉坯速度對鑄坯質(zhì)量的影響

（1）降低拉速可以阻止或減少鑄坯內(nèi)部裂紋和中心偏析。

（2）提高拉速可以防止鑄坯表面產(chǎn)生縱裂和橫裂。

（3）為防止矯直裂紋，拉速應(yīng)使鑄坯通過矯直點時表面溫度避開鋼的熱脆區(qū)。

5）鋼水過熱度的影響

一般連鑄規(guī)定允許最大的鋼水過熱度，在允許過熱度下拉速隨著過熱度的降低而提高，如圖1所示。

6）鋼種影響：就含碳量而言，拉坯速度按低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼的順序由高到低。就鋼中合金含量而言，拉速按普碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼順序降低。

圖1 拉速與溫度對應(yīng)表

鑄坯冷卻的控制

鋼水在結(jié)晶器內(nèi)的冷卻即一冷確定，其冷卻效果可以由通過結(jié)晶器壁傳出的熱流的大小來度量，如圖2所示：。

1）一冷作用：一冷就是結(jié)晶器通水冷卻。其作用是確保鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)形成一定的初生坯殼。

2）一冷確定原則：一冷通水是根據(jù)經(jīng)驗，確定以在一定工藝條件下鋼水在結(jié)晶器內(nèi)能夠形成足夠的坯殼厚度和確保結(jié)晶器安全運行的前提。通常結(jié)晶器周邊供水2L/mm·min。進出水溫差不超過8℃，出水溫度控制在45-500℃為宜，水壓控制在0.4-0.6Mpa。

3）二冷作用:二次冷卻是指出結(jié)晶器的鑄坯在連鑄機二冷段進行的冷卻過程.其目的是對帶有液芯的鑄坯實施噴水冷卻,使其完全凝固,以達到在拉坯過程中均勻冷卻。

4）二冷強度確定原則:二冷通常結(jié)合鑄坯傳熱與鑄坯冶金質(zhì)量兩個方面來考慮.鑄坯剛離開結(jié)晶器,要采用大量水冷卻以迅速增加坯殼厚度,隨著鑄坯在二冷區(qū)移動,坯殼厚度增加,噴水量逐漸降低.因此,二冷區(qū)可分若干冷卻段,每個冷卻段單獨進行水量控制.同時考慮鋼種對裂紋敏感性而有針對性的調(diào)整二冷噴水量。

5）二冷水量與水壓:對普碳鋼低合金鋼，冷卻強度為：1.0-1.2L/Kg鋼。對低碳鋼、高碳鋼,冷卻強度為：0.6-0.8L/Kg鋼。對熱裂紋敏感性強的鋼種，冷卻強度為:0.4-0.6L/Kg鋼，水壓為0.1-0.5MPa，如圖3所示：

圖3 凝固系數(shù)與二冷水量關(guān)系

連鑄過程檢測與自動控制

一、連鑄過程自動檢測

（一）中間包鋼液溫度測定

1）中間包鋼液溫度的點測

用快速測溫頭及數(shù)字顯示二次儀測量溫度，如圖4所示。

圖4 二次溫度測量儀

2）中間包鋼液溫度的連續(xù)測定

采用連續(xù)測溫?zé)犭娕紝χ虚g包鋼液溫度進行連續(xù)測量，如圖5所示：

圖5 連續(xù)測溫?zé)犭娕?

（二）結(jié)晶器液面控制

1）放射性同位素測量法如圖6所示：

圖6 放射性同位素測量法

2）紅外線結(jié)晶器液面測量法如圖7所示：

圖7 紅外線結(jié)晶器液面測量法

3）熱電偶結(jié)晶器液面測量法如圖8所示：

圖8 熱電偶結(jié)晶器液面測量法

激光結(jié)晶器液面測量法如圖9所示：

圖9 激光結(jié)晶器液面測量法

（三）連鑄機漏鋼預(yù)報裝置如圖10所示：

圖10 連鑄機漏鋼預(yù)報裝置

（四）連鑄二次冷卻水控制如圖11所示：

圖11 連鑄二次冷卻水控制

（五）鑄坯表面缺陷在線檢測

1）工業(yè)電視攝象法如圖12所示：

圖12 工業(yè)電視攝象法

2）渦流檢測法如圖13所示：

圖13 渦流檢測法

二、連鑄坯質(zhì)量及控制

（一）連鑄過程質(zhì)量控制

1）提高鋼純凈度的措施

（1）無渣出鋼；

（2）選擇合適的精煉處理方式 ；

（3）采用無氧化澆注技術(shù) ；

（4）充分發(fā)揮中間罐冶金凈化器的作用 ；

（5）選用優(yōu)質(zhì)耐火材料 ；

（6）充分發(fā)揮結(jié)晶器的作用 ；

（7）采用電磁攪拌技術(shù)，控制注流運動；

（二）連鑄坯表面質(zhì)量及控制

連鑄坯表面質(zhì)量的好壞決定了鑄坯在熱加工之前是否需要精整，也是影響金屬收得率和成本的重要因素，還是鑄坯熱送和直接軋制的前提條件。

連鑄坯表面缺陷形成的原因較為復(fù)雜，但總體來講，主要是受結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固所控制，如圖14所示：

圖14 連鑄坯表面缺陷示意圖

（三）連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量及控制

鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量是指鑄坯是否具有正確的凝固結(jié)構(gòu)、偏析程度、內(nèi)部裂紋、夾雜物含量及分布狀況等。

凝固結(jié)構(gòu)是鑄坯的低倍組織，即鋼液凝固過程中形成等軸晶和柱狀晶的比例。鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量與二冷區(qū)的冷卻及支撐系統(tǒng)密切相關(guān)，如圖15，圖16所示：

圖15 鑄坯內(nèi)部缺陷示意圖

圖16 “V”形偏析

1）減少鑄坯內(nèi)部裂紋的措施

（1）采用壓縮澆鑄技術(shù)，或者應(yīng)用多點矯直技術(shù)；

（2）二冷區(qū)采用合適夾輥輥距，支撐輥準確對弧；

（3）二冷水分配適當(dāng)，保持鑄坯表面溫度均勻；

（4）合適拉輥壓下量，最好采用液壓控制機構(gòu)；

2）夾雜物的控制

從煉鋼、精煉到連鑄生產(chǎn)潔凈鋼，主要控制對策是：

（1）控制煉鋼爐下渣量

● 擋渣法（偏心爐底出鋼、氣動法、擋渣球）：

● 扒渣法：目標是鋼包渣層厚＜50mm，下渣2Kg/t

（2）鋼包渣氧化性控制

● 出鋼渣中高（FeO+MnO）是渣子氧勢量度。（FeO+MnO）↑板胚T[O]↑。

（3）鋼包精煉渣成分控制

不管采用何種精煉方法（如RH、LF、VD），合理攪拌強度和合理精煉渣組成是獲得潔凈鋼水的基礎(chǔ)。

合適的鋼包渣成分：CaO/ Al2O3＝1.5～1.8，CaO/ SiO2=8～13，（FeO+MnO）＜5％。高堿度、低熔點、低氧化鐵、富CaO鈣鋁酸鹽的精煉渣，能有效吸收大顆粒夾雜物，降低總氧。

（4）保護澆注

● 鋼水保護是防止鋼水再污染生產(chǎn)潔凈鋼重要操作。

● 保護澆注好壞判斷指標：－△[N]＝[N]鋼包－[N]中包；－△[Al]s＝[Al]鋼包－[Al]中包。

● 保護方法：①中包密封充Ar；②鋼包 中間包長水口，△[N]＝1.5PPm甚至為零；③中間包 結(jié)晶器浸入式水口。

（5）中間包控流裝置

● 中間包不是簡單的過渡容器，而是一個冶金反應(yīng)容器，作為鋼水進入結(jié)晶器之前進一步凈化鋼水。

● 中間包促進夾雜物上浮其方法：

a.增加鋼水在中間包平均停留時間t：t＝w/（a×b×ρ×v）。中間包向大容量深熔池方向發(fā)展。

b.改變鋼水在中間包流動路徑和方向，促進夾雜物上浮。

（6）中間包復(fù)蓋劑

中間包是鋼水去除夾雜物理想場所。鋼水面上復(fù)蓋劑要有效吸收夾雜物。

● 碳化稻殼；

● 中性渣：（CaO/SiO2=0.9～1.0）

● 堿性渣：（CaO+MgO/SiO2≥3）

● 雙層渣

渣中（SiO2）增加，鋼水中T[O]增加。生產(chǎn)潔凈鋼應(yīng)用堿性復(fù)蓋劑。

（7）堿性包襯

鋼水與中間包長期接觸，鋼水與包襯的熱力學(xué)性能必須是穩(wěn)定的，這是生產(chǎn)潔凈鋼的一個重要條件。包襯材質(zhì)中SiO2增加，鑄坯中總氧T[O]是增加，因此生產(chǎn)潔凈鋼應(yīng)用堿性包襯。

對低碳Al -K鋼，中間包襯用Mg-Ca質(zhì)涂料（Al2O3→0），包襯反應(yīng)層中Al2O3可達21％，說明能有效吸附夾雜物。

（8）鋼種微細夾雜物去除

● 大顆粒夾雜（>50μm）去除，采用中間包控流技術(shù)

● 小顆粒夾雜（<50μm）去除：

－中間包鈣質(zhì)過濾器

－中間包電磁旋轉(zhuǎn)

（9）防止?jié)沧⑦^程下渣和卷渣

● 加入示蹤劑追蹤鑄坯中夾雜物來源

● 結(jié)晶器渣中示蹤劑變化

● 鑄坯中夾雜物來源，初步估算外來夾雜物占41.6%二次氧化占 39%，脫氧產(chǎn)物為20%

（10）防止Ar氣泡吸附夾雜物

對Al－K鋼，采用浸入式水口吹A(chǔ)r防止水口堵塞，但吹A(chǔ)r會造成：

● 水口堵塞物破碎進入鑄胚，大顆粒Al2O3軋制延伸會形成表面成條狀缺陷。

● ＜1mmAr氣泡上浮困難，它是Al2O3和渣粒的聚合地，當(dāng)氣泡尺寸>200μm易在冷軋板表面形成條狀缺陷。

為解決水口堵塞問題，可采用：

－鈣處理改善鋼水可澆性

－鈣質(zhì)水口

－無C質(zhì)水口

目前還是廣泛采用吹A(chǔ)r來防止堵塞。生產(chǎn)潔凈鋼總的原則是：鋼水進入結(jié)晶器之前盡可能排除Al2O3。

（11）結(jié)晶器鋼水流動控制

三、連鑄坯形狀缺陷及控制

（一）鼓肚變形

帶液心的鑄坯在運行過程中，于兩支撐輥之間，高溫坯殼中鋼液靜壓力作用下，發(fā)生鼓脹成凸面的現(xiàn)象，稱之為鼓肚變形。板坯寬面中心凸起的厚度與邊緣厚度之差叫鼓肚量，用以衡量鑄坯彭肚變形程度。

減少鼓肚應(yīng)采取措施 ：

（1）降低連鑄機的高度

（2）二冷區(qū)采用小輥距密排列；鑄機從上到下輥距應(yīng)由密到疏布置

（3）支撐輥要嚴格對中

（4）加大二冷區(qū)冷卻強度

（5）防止支撐輥的變形，板坯的支撐輥最好選用多節(jié)輥

圖17 鑄坯鼓肚示意圖

（二）菱形變形

菱形變形也叫脫方。是大、小方坯的缺陷。是指鑄坯的一對角小于90°，另一對角大于90°；兩對角線長度之差稱為脫方量。

應(yīng)對菱變的措施 ：

（1）選用合適錐度的結(jié)晶器

（2）結(jié)晶器最好用軟水冷卻

（3）保持結(jié)晶器內(nèi)腔正方形，以使凝固坯殼為規(guī)正正的形狀

（4）結(jié)晶器以下的600mm距離要嚴格對弧；并確保二冷區(qū)的均勻冷卻

（5）控制好鋼液成分

（三）圓鑄坯變形

圓坯變形成橢圓形或不規(guī)則多邊形。圓坯直徑越大，變成隨圓的傾向越嚴重。形成橢圓變形的原因有：

（1）圓形結(jié)晶器內(nèi)腔變形

（2）二冷區(qū)冷卻不均勻

（3）連鑄機下部對弧不準

（4）拉矯輥的夾緊力調(diào)整不當(dāng)，過分壓下

可采取相應(yīng)措施：

（1）及時更換變形的結(jié)晶器

（2）連鑄機要嚴格對弧

（3）二冷區(qū)均勻冷卻

（4）可適當(dāng)降低拉速

（四）夾雜物的控制

提高鋼純凈度的措施：

（1）無渣出鋼

（2）選擇合適的精煉處理方式

（3）采用無氧化澆注技術(shù)

（4）充分發(fā)揮中間罐冶金凈化器的作用

（5）選用優(yōu)質(zhì)耐火材料

（6）充分發(fā)揮結(jié)晶器的作用

（7） 采用電磁攪拌技術(shù)，控制注流運動

（五）中間包冶金

當(dāng)前對鋼產(chǎn)品質(zhì)量的要求變得更加嚴格。中間包不僅僅只是生產(chǎn)中的一個容器，而且在純凈鋼的生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。

70年代認識到改變中間包形狀和加大中間包容積可以達到延長鋼液的停留時間，提高夾雜物去除率的目的；安裝擋渣墻，控制鋼液的流動，實現(xiàn)夾雜物有效碰撞、長大和上浮。80年代發(fā)明了多孔導(dǎo)流擋墻和中間包過濾器。

在防止鋼水被污染的技術(shù)開發(fā)中，最近已有實質(zhì)性的進展。借助先進的中間包設(shè)計和操作如中間包加熱，熱周轉(zhuǎn)操作，惰性氣氛噴吹，預(yù)熔型中間包渣，活性鈣內(nèi)壁，中間包喂絲，以及中間包夾雜物行為的數(shù)學(xué)模擬等，中間包在純凈鋼生產(chǎn)中的作用體現(xiàn)得越來越重要。

在現(xiàn)代連鑄的應(yīng)用和發(fā)展過程中，中間包的作用顯得越來越重要，其內(nèi)涵在被不斷擴大，從而形成一個獨特的領(lǐng)域——中間包冶金。

中間包冶金的最新技術(shù)：

（1）H型中間包

（2）離心流中間包

（3）中間包吹氬

（4）去夾雜的陶瓷過濾器

（5）電磁流控制

圖18 H型中間包

連鑄檢測和控制九大技術(shù)

連鑄的特點之一是易于實現(xiàn)自動化。實行自動化的目的在于改善操作人員的工作環(huán)境，減輕勞動強度，減少人為因素對生產(chǎn)過程的干擾，保證連鑄生產(chǎn)和鑄坯質(zhì)量的穩(wěn)定，優(yōu)化生產(chǎn)過程和生產(chǎn)計劃，從而降低成本。自上世紀80年代以來，冶金自動化裝備技術(shù)的可靠性、實用性、可操作性和可維護性都得到極大的改善，不斷提高的性能價格比使冶金自動化裝備技術(shù)得到快速推廣應(yīng)用。目前，連鑄自動化系統(tǒng)基本上包括信息級、生產(chǎn)管理級、過程控制級和設(shè)備控制級。信息級的主要功能是搜集、統(tǒng)計生產(chǎn)數(shù)據(jù)供管理人員研究和作出決策；生產(chǎn)管理級主要是對生產(chǎn)計劃進行管理和實施，指揮過程計算機執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)；過程控制級接收設(shè)備控制級提供的各類數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)，指導(dǎo)和優(yōu)化設(shè)備控制過程；設(shè)備控制級指揮現(xiàn)場的各種設(shè)備(如塞棒、滑動水口、拉矯機、切割設(shè)備等)按照工藝要求完成相應(yīng)的生產(chǎn)操作。其中，設(shè)備控制級和過程控制級自動化最為關(guān)鍵，直接關(guān)系到連鑄機生產(chǎn)是否順暢和連鑄坯的質(zhì)量。目前，在國內(nèi)外連鑄機上已成功應(yīng)用的檢測和控制的自動化技術(shù)主要包括以下幾種：

1．鋼流夾渣檢測技術(shù)

當(dāng)大包到中間包的長水口或中間 包到結(jié)晶器的浸入式水口中央帶渣子時，表明大包或

中間包中的鋼水即將澆完，需盡快關(guān)閉水口，否則鋼渣會進入中間包或結(jié)晶器中。目前，常用的夾渣檢測裝置有光導(dǎo)纖維式和電磁感應(yīng)式。檢測裝置可與塞棒或滑動水口的控制裝置形成閉環(huán)控制，當(dāng)檢測到下渣信號自動關(guān)閉水口，防止渣子進入中間包或結(jié)晶器。

2．中間包連續(xù)測溫

測定中間包內(nèi)鋼水溫度的傳統(tǒng)方法是操作人員將快速測溫?zé)犭娕疾迦酥虚g包鋼液中，由二次儀表顯示溫度。熱電偶為一次性使用，一般每爐測溫3至5次。如果采用中間包加熱技術(shù)，加熱過程中需隨時監(jiān)測中間包內(nèi)鋼液溫度，則連續(xù)測溫裝置更是必不可少。目前，比較常用的中間包連續(xù)測溫裝置是使用帶有保護套管的熱電偶，保護套管的作用是避免熱電偶與鋼液接觸。熱電偶式連續(xù)測溫的原理較為簡單，關(guān)鍵的問題是如何提高保護套管的使用壽命和縮短響應(yīng)時間。國外較為成熟的中間包連續(xù)測溫裝置的保護套管的使用壽命可達幾百小時。國內(nèi)有少量連鑄機采用國產(chǎn)的中間包連續(xù)測溫裝置，使用性能基本滿足中間包測溫要求。

3．結(jié)晶器液面檢測與自動控制

結(jié)晶器液面波動會使保護渣卷入鋼液中，引起鑄坯的質(zhì)量問題，嚴重時導(dǎo)致漏鋼或溢鋼。結(jié)晶器液面檢測主要有同位素式、電磁式、電渦流式、激光式、熱電偶式、超聲波式、工業(yè)電視法等。其中，同位素式液面檢測技術(shù)最為成熟、可靠，在生產(chǎn)中采用較多。液面自動控制的方式大致可分為三種類型：一是通過控制塞棒升降高度來調(diào)節(jié)流入結(jié)晶器內(nèi)鋼液流量；二是通過控制拉坯速度使結(jié)晶器內(nèi)鋼水量保持恒定；三是前兩種構(gòu)成的復(fù)合型。

4．結(jié)晶器熱流監(jiān)測與漏鋼預(yù)報技術(shù)

在連鑄生產(chǎn)中，漏鋼是一種災(zāi)難性的事故，不僅使連鑄生產(chǎn)中斷，增加維修工作量，而且常常損壞機械設(shè)備。粘結(jié)漏鋼是連鑄中出現(xiàn)最為頻繁的一種漏鋼事故。為了預(yù)報由粘結(jié)引起的漏鋼，國內(nèi)外根據(jù)粘結(jié)漏鋼形成機理開發(fā)了漏鋼預(yù)報裝置。當(dāng)出現(xiàn)粘結(jié)性漏鋼時，粘結(jié)處銅板的溫度升高。根據(jù)這一特點，在結(jié)晶器銅板上安裝幾排熱電偶，將熱電偶測得的溫度值輸入計算機中，計算機根據(jù)有關(guān)的工藝參數(shù)按一定的邏輯進行處理，對漏鋼進行預(yù)報。根據(jù)漏鋼的危險程度不同，可采取降低拉速或暫時停澆的措施，待漏鋼危險消除后恢復(fù)正常拉速。采用熱流監(jiān)測與漏鋼預(yù)報系統(tǒng)可大大降低漏鋼頻率。比利時的Sidmar鋼廠板坯連鑄機自1991年安裝了結(jié)晶器熱流監(jiān)測與漏鋼預(yù)報系統(tǒng)后，粘結(jié)漏鋼由每年的14次降低為1次。此外，熱流監(jiān)測系統(tǒng)還能夠根據(jù)結(jié)晶器內(nèi)熱流狀況預(yù)報縱裂發(fā)生的可能性以及發(fā)生的位置。同時，因為保護渣的性能影響結(jié)晶器的熱流，故熱流監(jiān)測系統(tǒng)所收集的熱流數(shù)據(jù)可用來比較保護渣的性能，為選擇合適的保護渣提供依據(jù)。

5．二冷水自動控制

同一臺連鑄機在開澆、澆鑄不同鋼種以及拉速變化時需要及時對二冷水量進行適當(dāng)調(diào)整。早期連鑄采用手動調(diào)節(jié)閥門來改變二冷水量，人為因素影響很大，在改變拉速時往往來不及調(diào)整，造成鑄坯冷卻不均勻。二冷水的自動控制方法主要可分為靜態(tài)控制法和動態(tài)控制法兩類。靜態(tài)控制法一般是利用數(shù)學(xué)模型，根據(jù)所澆鑄的斷面、鋼種、拉速、過熱度等連鑄工藝條件計算冷卻水量，將計算的二冷水?dāng)?shù)據(jù)表存入計算機中，在生產(chǎn)工藝條件變化時計算機按

存入的數(shù)據(jù)找出合適的二冷水控制量，調(diào)整二冷強度。靜態(tài)控制法是目前廣泛采用的二冷水控制方法，在穩(wěn)定生產(chǎn)時基本能夠滿足要求。根據(jù)二冷區(qū)鑄坯的實際情況及時改變二冷水的控制方法為動態(tài)控制。目前能夠測得的鑄坯溫度僅為表面溫度，如果能夠準確測得鑄坯的表面溫度，則可根據(jù)表面溫度對二冷水及時調(diào)整。但是，鑄坯表面覆蓋的一層氧化鐵皮、水膜以及二冷區(qū)存在的大量水蒸氣嚴重影響測量結(jié)果的準確性。因此，在實際生產(chǎn)中根據(jù)實測的鑄坯表面溫度進行動態(tài)控制的方法很少被采用。比較可行的方法是進行溫度推算控制法。溫度推算控制法的思路是將鑄坯整個長度分成許多小段，根據(jù)鑄坯凝固傳熱數(shù)學(xué)模型每隔一定時間(例如20秒)計算出每一小段的溫度，然后與預(yù)先設(shè)定的鑄坯所要求的最佳溫度相比較，根據(jù)比較結(jié)果給出最合適的冷卻水量。在二十世紀80年代中后期，歐洲、日本以及美國的一些先進的連鑄機已逐步采用二冷動態(tài)控制系統(tǒng)。我國現(xiàn)有的大部分鑄機采用靜態(tài)控制法控制二冷水量，引進的現(xiàn)代化板坯連鑄機、薄板坯連鑄機等一般采用溫度推算動態(tài)控制法進行二冷水的調(diào)節(jié)。

6．鑄坯表面缺陷自動檢測

連鑄坯的表面缺陷直接影響軋制成品的表面質(zhì)量，熱裝熱送或直接軋制工藝要求鑄坯進加熱爐或均熱爐必須無缺陷。因此，必須進行表面質(zhì)量在線檢測，將有缺陷的鑄坯篩選出來進一步清理，缺陷嚴重的要判廢。目前，比較成熟的檢測方法有光學(xué)檢測法和渦流檢測法。光學(xué)檢測法是用攝像機獲取鑄坯表面的圖像，圖像經(jīng)過處理后，去掉振痕及凹凸不平等信號，只留下裂紋信號在顯示器上顯示，經(jīng)縮小比例后在打印機上打印出圖形，打印紙的速度與鑄坯同步。操作人員觀察打印結(jié)果對鑄坯表面質(zhì)量做出判斷，決定切割尺寸并決定是否可直接熱送。當(dāng)裂紋大于預(yù)定值時，應(yīng)調(diào)整切割長度，將該部分切除，盡可能增加收得率。渦流檢測法利用鑄坯有缺陷部位的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率產(chǎn)生變化的原理來檢測鑄坯的表面缺陷。

7．鑄坯質(zhì)量跟蹤與判定

鑄坯質(zhì)量跟蹤與判定系統(tǒng)是對所有可能影響鑄坯質(zhì)量的大量工藝參數(shù)進行收集與整理，得到不同鋼種、不同質(zhì)量要求的各種產(chǎn)品的工藝數(shù)據(jù)的合理控制范圍，將這些參數(shù)編制成數(shù)學(xué)模型存入計算機中。生產(chǎn)時計算機對澆鑄過程的有關(guān)參數(shù)進行跟蹤，根據(jù)一定的規(guī)則(即從生產(chǎn)實踐中總結(jié)歸納出來的工藝參數(shù)與質(zhì)量的關(guān)系)給出鑄坯的質(zhì)量指標，與生產(chǎn)要求的合理范圍進行對比，給出產(chǎn)品質(zhì)量等級。在鑄坯被切割時，可以在鑄機上打出標記，操作人員可以根據(jù)這些信息對鑄坯進一步處理。

8．動態(tài)輕壓下控制

輕壓下是在線改變鑄坯厚度、提高內(nèi)部質(zhì)量的有效手段，主要用于現(xiàn)代化的薄板坯連鑄中。帶輕壓下功能的扇形段的壓下過程由液壓缸來完成，對液壓缸的控制非常復(fù)雜，需要計算機根據(jù)鋼種、拉速、澆鑄溫度、二冷強度等工藝參數(shù)計算出最佳的壓下位置以及每個液壓缸開始壓下的時間、壓下的速度。目前，國內(nèi)薄板坯連鑄機動態(tài)輕壓下的設(shè)備及控制系統(tǒng)均全套引進。

總體上講，我國的連鑄自動化水平與歐、美、日等發(fā)達國家相比還相當(dāng)落后。發(fā)達國家的連鑄機正朝著全自動、智能化、無人澆鑄的方向發(fā)展。連鑄機的操作人員越來越少。例如，奧鋼聯(lián)林茨廠1997年投產(chǎn)的年產(chǎn)量為120萬噸的單流板坯連鑄機只有5名操作人員(同類鑄

機為9人)和兩個操作站(一般為5個)。開澆、鋼包和保護渣等操作、溫度測量、機械手取樣、缺陷分析、結(jié)晶器液面控制、中間包浸入式水口的更換、漏鋼預(yù)報、火焰切割、打印標記機的操作等所有運行區(qū)域的操作都自動運行。國內(nèi)除了少數(shù)引進和近年來新建的連鑄機自動化水平較高以外，其它連鑄機基本靠常規(guī)儀表和一般電氣設(shè)備進行控制，計算機控制的項目較少，很多靠手動控制。從普及的程度來看，二冷自動配水已為國內(nèi)大多數(shù)鑄機所采用，其次為結(jié)晶器液面檢測與自動控制。近年來，已有少數(shù)連鑄機采用中間包連續(xù)測溫技術(shù)，但其它如鋼流夾渣檢測、結(jié)晶器熱流監(jiān)測與漏鋼預(yù)報、鑄坯表面缺陷自動檢測、鑄坯質(zhì)量跟蹤與判定系統(tǒng)等則很少被采用。從總體趨勢看，連鑄機的產(chǎn)量越來越高，鑄坯質(zhì)量也越來越好，但連鑄機的操作人員卻越來越少，這是實現(xiàn)自動化控制的必然結(jié)果。因此，如何提高連鑄機的自動化水平是擺在國內(nèi)鋼鐵企業(yè)面前的一個不容忽視的問題。

9 . 多流連鑄(mutli-strand continuous casting)

在一臺連鑄機上同時澆鑄兩流以上鑄坯的連續(xù)鑄鋼工藝。也稱組合連鑄。它是進步單臺連鑄機生產(chǎn)能力的一種辦法，便于與大容量煉鋼爐匹配。多流連鑄可分為一機多流和多機多流兩種。

多機多流連鑄指在一臺連鑄機上利用為每流單獨設(shè)置的結(jié)晶器振動裝置和拉矯機等同時生產(chǎn)多流鑄坯。3機3流到8機8流的連鑄機應(yīng)用較廣泛。它們生產(chǎn)著全世界盡大部分方、圓連鑄坯。生產(chǎn)時如多流中的一、兩流因故停澆，一般仍可繼續(xù)把一罐鋼水澆完。多機多流連鑄機采用長中間罐，中間罐上設(shè)有與流數(shù)相同的多個水口，以便同時向各流結(jié)晶器注進鋼水。鋼水在長中間罐內(nèi)流經(jīng)間隔較長，溫度損失和各流之間的溫差較大，最外側(cè)水口處鋼水溫度偏低，易于堵塞；流數(shù)越多、中間罐越長，此情況愈甚。實踐中采用了限制中間罐長度(8流的鑄機采用雙中間罐)，中間罐內(nèi)形公道化、設(shè)置中間罐擋渣墻，調(diào)節(jié)鋼水的流向，使各流鋼水溫度基本一致，以及加強中間罐內(nèi)鋼水保溫順內(nèi)襯盡熱等措旌，可解決這些弊病。

一機多流連鑄指在一臺連鑄機上利用一套結(jié)晶器振動裝置和一臺拉矯裝置同時生產(chǎn)多流鑄坯。一機多流連鑄機可采用隔板把一個結(jié)晶器分隔成可同時澆注多流鑄坯，也可放置多個結(jié)晶器。澆鑄時各流結(jié)晶器鋼水液面高度要保持一致，假如其中一流因故停澆，可能影響其他各流的正常澆鑄。實踐中一機多流連鑄最多采用4流。這類鑄機的生產(chǎn)能力和效率局限性頗大，在世界范圍應(yīng)用未幾。

連鑄機故障在線診斷系統(tǒng)

該系統(tǒng)通過PLC采集現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，作為故障判斷和定位的基礎(chǔ)，上位機對采集的數(shù)據(jù)進行處理，判斷現(xiàn)場各設(shè)備工作狀態(tài)，狀態(tài)的正誤以不同的形式在項目畫面上顯示出來。

1 概述

該系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)上位監(jiān)控機和可編程控制器PLC通訊和數(shù)據(jù)交換，上位機從PLC采集現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，作為故障判斷和定位的基礎(chǔ)，在上位機上以工業(yè)監(jiān)控軟件作平

臺，制作適宜于項目的畫面，上位機對采集的數(shù)據(jù)進行處理，判斷現(xiàn)場各設(shè)備工作狀態(tài)，狀態(tài)的正誤以不同的形式在項目畫面上顯示出來。

2 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)是基于WINDOWS NT SEVER 4.0操作系統(tǒng)和RSVIEW32工業(yè)監(jiān)控軟件為平臺進行開發(fā)的。系統(tǒng)硬件采用IPC 610 研華工控機，主頻800HZ，40G硬盤。系統(tǒng)不另配主機，與原監(jiān)控畫面并行運行，系統(tǒng)同時在4臺監(jiān)控機上運行，與原MMI由身份識別程序進行窗口切換。采用工業(yè)以太網(wǎng)，將現(xiàn)場5套AB 5/40E 工業(yè)控制器PLC和四臺上位監(jiān)控機進行連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。在該系統(tǒng)中，以四套AB PLC-5/40E作為主控制器，分別用于連鑄機的公用系統(tǒng)及三套鑄流系統(tǒng)的自動控制。共25臺變頻器則各自作為遠程站與PLC進行通訊：其啟動、停止、調(diào)速等指令均由PLC以數(shù)據(jù)通訊形式下達給變頻器，同時變頻器的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)以同樣形式反饋給PLC。用于公用控制的PLC系統(tǒng)中，主機架通過CPU外掛5個擴展機架，2塊遠程輸入/輸出模板（RIO）及4臺變頻器。用于鑄流控制的三套PLC系統(tǒng)的配置完全相同，均是：主機架通過CPU外掛2個擴展機架，3塊RIO及7臺變頻器。

硬件和網(wǎng)絡(luò)配置圖（圖1）

3 軟件開發(fā)

軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由通訊與數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理與故障判斷模塊、身份識別模塊、操作跟蹤模塊、故障模擬模塊。見軟件結(jié)構(gòu)圖（圖2）。

4 系統(tǒng)和應(yīng)用軟件

2.3.1 PLC應(yīng)用程序

包括大包回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)及升降，大包稱重、測溫，中間罐車行走和升降，中包稱重和中包液位控制，結(jié)晶器液面控制及振動，二冷段汽霧冷卻，拉矯機及壓下控制，輥道控制，鑄坯跟蹤、液壓潤滑系統(tǒng)，定尺切割及鑄坯打印等程序。其自動化控制程度高,安全措施連鎖多。

2.3.2 HMI畫面軟件

根據(jù)工藝要求，設(shè)有主菜單、鑄流概貌、出坯概貌、拉矯機、結(jié)晶器液面、結(jié)晶器調(diào)寬和振動、大包/中包稱重、液壓系統(tǒng)、驅(qū)動裝置運行狀態(tài)，PLC狀態(tài)、事故停車狀態(tài)等近40幅畫面。操作人員通過對HMI的監(jiān)控，可以實時觀察到設(shè)備的運行狀況。及時發(fā)現(xiàn)處理設(shè)備出現(xiàn)的各種事故和隱患。

2.3.3儀控系統(tǒng)

儀控系統(tǒng)全部通過Profibus-PA現(xiàn)場總線方式完成檢測與控制。Profibus是國際現(xiàn)場總線標準IEC61158的8個子集之一，其通信模型為7層結(jié)構(gòu)，協(xié)議包括3種規(guī)格：Profibus-FMS、Profibus-DP、Profibus-PA。其中Profibus-FMS屬于系統(tǒng)總線，主要應(yīng)用于車間級網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，物理結(jié)構(gòu)為RS485，傳輸速率為9.6kb/s~12Mb/s。Profibus-DP屬于設(shè)備總線，主要應(yīng)用于復(fù)雜現(xiàn)場設(shè)備和分布式I/O，物理結(jié)構(gòu)為RS-485，傳輸速率為9.6kb/s~12Mb/s。Profibus-PA也屬于設(shè)備總線，主要應(yīng)用于兩線制供電和本安的過程控制儀表，傳輸速率為31.25kb/s，它在保持DP傳輸協(xié)議的同時，增加了對現(xiàn)場儀表的饋電功能，執(zhí)行標準是IEC61158-2。

水平連鑄技術(shù)簡介

水平連鑄是國際上70 年代后期發(fā)展起來的新技術(shù),它與常規(guī)的立式和弧形連鑄相比有許多優(yōu)點.水平連鑄機的設(shè)備比弧形連鑄機輕高度低可在舊有廠房內(nèi)安裝,從而大量節(jié)約工程造價特別適合于小鋼鐵廠的技術(shù)改造。

由于水平連鑄的結(jié)晶器成水平布置,鋼水在結(jié)晶器內(nèi)的靜壓力低避免了鑄坯鼓肚,水平連鑄的中間罐和結(jié)晶器之間是密封連接的有效地防止了鋼流二次氧化;鑄坯清潔度高其夾雜含量一般僅為弧形坯的1/8 ~1/16,故鑄坯質(zhì)量好,利于澆含易氧化元素的合金鋼等鋼種和小斷面優(yōu)質(zhì)鋼坯鑄坯;水平連鑄不需矯直,所以可澆注弧形連鑄機不能澆注的裂紋敏感的特殊鋼種。

水平連鑄機幾乎可以連鑄所有的特殊鋼高合金鋼和非鐵基合金.目前發(fā)展水平連鑄機的三大關(guān)鍵技術(shù):即分離環(huán)、結(jié)晶器和拉坯機構(gòu)已得到解決,影響水平連鑄坯質(zhì)量的拉程冷隔缺陷和夾雜物聚集在上表面附近的問題,中心疏松、中心偏析等這些缺陷與立式、弧形連鑄機相比并不嚴重。現(xiàn)有的技術(shù)措施（中間包加熱控制鋼水溫度、結(jié)晶器及二冷段電磁攪拌、結(jié)晶器及二冷段的控制冷卻技術(shù)等）已能減輕這些缺陷對水平鑄坯的危害。為此水平連鑄機很早就受到了國內(nèi)有關(guān)方面的重視。國內(nèi)已有許多鋼廠用水平連鑄機生產(chǎn)圓管坯、方坯、矩形坯等。水平連鑄機繼立式立彎式和弧形連鑄機之后即將成為第四代連鑄機而廣泛發(fā)展起來，因此有資料稱它是連鑄機的未來。

變頻調(diào)速在水平連鑄機拉坯輥速度控制中的應(yīng)用

1.水平連鑄機拉坯輥速度控制系統(tǒng)

1.1電液伺服調(diào)速系統(tǒng)

液壓傳動曾是連鑄生產(chǎn)中拉坯裝置的主要驅(qū)動方式，水平連鑄機拉坯輥速度控制系統(tǒng)原來也采用電液伺服閥調(diào)速系統(tǒng)，其組成如圖1所示：

圖1電液伺服閥調(diào)速系統(tǒng)

電液伺服閥調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點是抗負載擾動能力強，其動、靜態(tài)性能也基本能滿足當(dāng)時連鑄生產(chǎn)的需要，但是液壓伺服驅(qū)動也存在一些固有的不足之處，主要有:

Ⅰ 由于液壓油泄漏和可壓縮性等原因造成液壓傳動不能保證嚴格的傳動比；

Ⅱ 液壓傳動對油溫比較敏感，調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性易受溫度影響；

Ⅲ 為了減少泄漏，液壓元件制造加工精度要求高，因而造價較貴。

此外，維護工作量大，出了故障檢修較復(fù)雜，這些因素都直接影響了連鑄生產(chǎn)鑄坯產(chǎn)量和質(zhì)量的提高，限制了生產(chǎn)規(guī)模的擴大，隨著作業(yè)時間的增長，已難以滿足生產(chǎn)的需要。

1.2 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，交流電機變頻調(diào)速技術(shù)日益成熟，交流變頻驅(qū)動調(diào)速平穩(wěn)，調(diào)速范圍寬，對機械沖擊低，電動機維護量大大降低，交流變頻調(diào)速性能也已接近或達到直流調(diào)速水平，能夠滿足拉坯輥速度控制的需要，因此，采用交流變頻驅(qū)動取代了原來的電液伺服驅(qū)動方式，交流變頻拉坯輥速度控制系統(tǒng)如圖2所示：

圖2變頻調(diào)速系統(tǒng)

該系列變頻器具有頻率控制、矢量控制和伺服控制等多種控制方式。考慮到拉坯輥電動機頻繁啟動、停止和正反轉(zhuǎn)，應(yīng)用中選擇矢量控制方式，這一方式采用空間磁場定向控制，在1：10的調(diào)速范圍內(nèi)不需要速度實際值的反饋，就能實現(xiàn)高精度的速度和轉(zhuǎn)矩控制，完全可以滿足拉坯速度控制的要求。

2.速度控制方式

連鑄機拉坯輥速度有按照速度曲線自動調(diào)速和手動點動調(diào)速兩種方式，前者用于正常拉坯時的速度控制，后者用于進行送引錠桿操作。

2.1速度自動控制

連鑄生產(chǎn)過程中，要求拉坯輥速度嚴格按照工藝要求變化，要求的拉坯輥每次拉坯動作速度曲線如圖3所示：

圖3拉坯輥速度曲線

圖中T1=T2=T3=T4=T5=T6，拉程范圍：0-60mm/次，推程范圍：0-10mm/次，拉坯頻率范圍：50-200次/分，工藝要求三個參數(shù)可任意修改（拉坯生產(chǎn)前設(shè)定和生產(chǎn)過程中在線修改）。最大瞬時速度≦20米/分，最大平均拉速≦5米/分。另外，拉坯輥周長為1米，機械減速箱減速比為29：1。

速度曲線由速度信號給定裝置產(chǎn)生，為了提高控制可靠性，分別設(shè)計了以PC微型機和單片微型計算機為核心的兩套速度信號給定裝置，將要求的速度曲線存于存儲器中，運行時，程序采用查表方法輸出要求的速度曲線，對速度曲線參數(shù)也可在線修改。

2.2手動點動速度控制

手動點動時，速度給定信號由系統(tǒng)中整流板引出10VDC作為速度給定電壓，該電壓通過一個電位器調(diào)節(jié)后輸出，從而可以改變點動速度值，達到手動調(diào)速的目的。手動速度給定電路如圖4所示：

圖4手動點動速度給定電路

圖中還示出了自動調(diào)速速度給定和手動調(diào)速給定信號的互鎖電路，K01、K02是用于自動和手動給定切換的繼電器觸點，SA01是自動/手動選擇開關(guān)。

變頻器的一個模擬輸入通道用于頻率設(shè)定輸入，接收速度給定信號，控制輸出頻率，調(diào)節(jié)拉坯輥電機轉(zhuǎn)速。