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1. 概述
    近10年中，以BHP、Castrip、Eurostrip以及POSCO等技術實力強勁的企業為代表，世界上很多研究組皆在從事帶鋼鑄造的研究。美國的NUCOR公司已經從Castrip獲得全世界的第一個薄帶連鑄生產技術的許可證，并且在2002年在該公司在美國印第安納的鋼鐵基地建成薄帶連鑄生產車間。在中國，寶鋼集團的薄帶連鑄試驗機組已經投入運轉。

    本薄帶連鑄生產線根據生產過程可以被分為三個主要部分：平臺設備部分，主要包括大包、中間包、塞棒、長水口、布流器等，負責為鑄機提供鋼水；鑄機部分（鑄機又通稱為結晶輥或主機），主要包括結晶輥、側封板等，負責生產鑄帶；后續部分，主要包括糾偏夾送輥、穩定輥、卷取機夾送輥、卷取機等，負責對鑄帶的引導、輸送、卷取等。

    總的控制系統（見圖1）由許多小的控制系統組成，例如熔池液位控制、結晶輥輥縫控制、側封板控制、結晶輥速度控制、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
    形成薄帶的關鍵技術集中在鋼水在熔池中的凝固問題上，所以控制系統的核心是對結晶輥的控制。凝固過程開始于鋼水流經大包、中間包、布流器進入熔池后與結晶輥輥面接觸的瞬間，大約0.2秒后，鋼水在結晶輥表面凝固形成的兩片鋼殼（固定輥、移動輥輥面各有一片）經過結晶輥的輥壓軋制形成薄帶離開結晶輥。鋼水的凝固速度與結晶輥輥縫和結晶輥轉速相關。鋼水開始凝固后即在結晶輥的兩個輥子之間產生趨向于使輥子分離的力，這個力也被稱為軋制力。如果結晶輥輥縫過大或速度過塊，凝固點就可能低于結晶輥兩個輥子的嚙合點，此時軋制力過低會斷帶；如果輥縫過小或速度過慢，凝固點就會過高，此時軋制力就會很大。可見，結晶輥輥縫、鑄速和軋制力是影響凝固的主要因素，其中軋制力是結晶輥輥縫和鑄速相互作用的結果。對結晶輥輥縫、鑄速和軋制力三個控制參數組合會形成多種控制策略。本項目將恒定軋制力作為控制目標。鑄速由軋制力-速度控制器控制，詳細情況參見軋制力-速度控制器一節。

    影響軋制力的另一因素是熔池液位，因為熔池液位高度直接影響到凝固過程的結晶弧長，也就是在結晶輥速度不變的前提下的凝固時間。所以熔池液位控制在控制系統中亦相當重要。

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

    使用HMD（熱金屬檢測器）對帶鋼進行位置確認，根據HMD及其它外圍信號，按既定的控制方案計算輸出結晶輥速度給定信號。

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

    當軋制力偏差在軋制力控制死區范圍內時輸出為0；當軋制力偏差在死區之外時按上述公式計算速度變化率；當積分器的輸出值在限幅范圍外時，輸出限幅值。

5. 熔池鋼水液位控制

    結晶輥熔池液位檢測及控制系統的組成見圖4。

圖4 熔池液位控制系統示意圖

    薄帶連鑄的工藝過程特殊，渦流傳感器的安裝環境溫度高達1300℃-1350℃,且鋼水表面無保護渣，故渦流傳感器外殼采用了多層隔離加上空氣冷卻的方法。根據工藝要求，結晶器液位的控制范圍為與輥子的軸心成45o－50o的夾角。渦流傳感器的最大檢測范圍為150mm，保證控制點有一定的可調范圍。同時為了忽略布流器溢留口等環境對液位檢測的影響，在開澆以后，根據工藝給定的結晶輥起始速度、加速斜率和目標速度等參數值，設置了1－3秒的屏蔽時間，在這個時間到了以后，液位檢測才加以投入。

    當結晶輥熔池液位建立以后，即檢測液位達到設定液位±5mm的范圍，該系統將由渦流傳感器檢測，二次表處理的液位信號作為液位反饋信號，同時引入結晶輥實際拉速作為補償量，由數控電動缸驅動中間包的塞棒執行機構，實現熔池鋼水液位的閉環控制。

6. 結束語
    對帶鋼鑄造的研究涉及機械、材料、制造、工藝、自動控制等多個學科，需要一個認識和提高的過程。一個穩定及功能較為完善的控制系統僅是大規模的科技創新試驗研究的基礎之一，通過過程計算機按爐次進行工程數據管理及實績收集，加上先進的數據分析工具軟件包的采用，其試驗進程將被大大縮短。

[參考文獻]

[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.