1. 概述
    近10年中，以BHP、Castrip、Eurostrip以及POSCO等技术实力强劲的企业为代表，世界上很多研究组皆在从事带钢铸造的研究。美国的NUCOR公司已经从Castrip获得全世界的第一个薄带连铸生产技术的许可证，并且在2002年在该公司在美国印第安纳的钢铁基地建成薄带连铸生产车间。在中国，宝钢集团的薄带连铸试验机组已经投入运转。

    本薄带连铸生产线根据生产过程可以被分为三个主要部分：平台设备部分，主要包括大包、中间包、塞棒、长水口、布流器等，负责为铸机提供钢水；铸机部分（铸机又通称为结晶辊或主机），主要包括结晶辊、侧封板等，负责生产铸带；后续部分，主要包括纠偏夹送辊、稳定辊、卷取机夹送辊、卷取机等，负责对铸带的引导、输送、卷取等。

    总的控制系统（见图1）由许多小的控制系统组成，例如熔池液位控制、结晶辊辊缝控制、侧封板控制、结晶辊速度控制、活套控制、线速度/张力控制等。本文主要介绍了薄带连铸工艺过程的控制策略、铸造速度的控制方案以及熔池钢水的液位控制。

2. 控制策略
    形成薄带的关键技术集中在钢水在熔池中的凝固问题上，所以控制系统的核心是对结晶辊的控制。凝固过程开始于钢水流经大包、中间包、布流器进入熔池后与结晶辊辊面接触的瞬间，大约0.2秒后，钢水在结晶辊表面凝固形成的两片钢壳（固定辊、移动辊辊面各有一片）经过结晶辊的辊压轧制形成薄带离开结晶辊。钢水的凝固速度与结晶辊辊缝和结晶辊转速相关。钢水开始凝固后即在结晶辊的两个辊子之间产生趋向于使辊子分离的力，这个力也被称为轧制力。如果结晶辊辊缝过大或速度过块，凝固点就可能低于结晶辊两个辊子的啮合点，此时轧制力过低会断带；如果辊缝过小或速度过慢，凝固点就会过高，此时轧制力就会很大。可见，结晶辊辊缝、铸速和轧制力是影响凝固的主要因素，其中轧制力是结晶辊辊缝和铸速相互作用的结果。对结晶辊辊缝、铸速和轧制力三个控制参数组合会形成多种控制策略。本项目将恒定轧制力作为控制目标。铸速由轧制力-速度控制器控制，详细情况参见轧制力-速度控制器一节。

    影响轧制力的另一因素是熔池液位，因为熔池液位高度直接影响到凝固过程的结晶弧长，也就是在结晶辊速度不变的前提下的凝固时间。所以熔池液位控制在控制系统中亦相当重要。

3. 全线速度控制
    如图2所示，整条生产线的速度随着铸速（结晶辊的线速度）的变化而变化。但铸速不是全线的速度基准。工艺要求在结晶辊和纠偏夹送辊（纠偏辊）之间建立活套，以便于铸带能够在自由状态下离开结晶辊。所以纠偏辊的速度以铸速为基准，根据活套量叠加相应的超前速度或滞后速度。纠偏辊之后的辊道、稳定辊、卷取机夹送辊及卷取机则以纠偏辊为速度基准，根据带钢的运行叠加相应的超前率或滞后率。

    使用HMD（热金属检测器）对带钢进行位置确认，根据HMD及其它外围信号，按既定的控制方案计算输出结晶辊速度给定信号。

图2 全线速度控制模型示意图

图3 轧制力-速度控制器原理图

    当轧制力偏差在轧制力控制死区范围内时输出为0；当轧制力偏差在死区之外时按上述公式计算速度变化率；当积分器的输出值在限幅范围外时，输出限幅值。

5. 熔池钢水液位控制

    结晶辊熔池液位检测及控制系统的组成见图4。

图4 熔池液位控制系统示意图

    薄带连铸的工艺过程特殊，涡流传感器的安装环境温度高达1300℃-1350℃,且钢水表面无保护渣，故涡流传感器外壳采用了多层隔离加上空气冷却的方法。根据工艺要求，结晶器液位的控制范围为与辊子的轴心成45o－50o的夹角。涡流传感器的最大检测范围为150mm，保证控制点有一定的可调范围。同时为了忽略布流器溢留口等环境对液位检测的影响，在开浇以后，根据工艺给定的结晶辊起始速度、加速斜率和目标速度等参数值，设置了1－3秒的屏蔽时间，在这个时间到了以后，液位检测才加以投入。

    当结晶辊熔池液位建立以后，即检测液位达到设定液位±5mm的范围，该系统将由涡流传感器检测，二次表处理的液位信号作为液位反馈信号，同时引入结晶辊实际拉速作为补偿量，由数控电动缸驱动中间包的塞棒执行机构，实现熔池钢水液位的闭环控制。

6. 结束语
    对带钢铸造的研究涉及机械、材料、制造、工艺、自动控制等多个学科，需要一个认识和提高的过程。一个稳定及功能较为完善的控制系统仅是大规模的科技创新试验研究的基础之一，通过过程计算机按炉次进行工程数据管理及实绩收集，加上先进的数据分析工具软件包的采用，其试验进程将被大大缩短。

[参考文献]

[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.
[2] Hee-Kyung Moon, Dong-Kyun Choo, “The Status of Twin Roll Strip Casing Process for Steel in POSCO/RIST”, Proceedings, Electric Furnace Conference, 2002, pp. 499-508.
[3] T. Bagsarian, “Strip Casting: Unveiling Project M”, New Steel, Dec. 1998, pp.56.