板坯连铸机轻压下扇形段的设计特点摘要
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- 板坯连铸机轻压下扇形段的设计特点摘要板坯连铸机轻压下扇形段的设计特点摘要:讨论了两种针对轻压下技术的合理应用而开发的板坯连铸机扇形段，即由意大利Danieli DavyDastington(DDD)公司所开发的OPTIMUM扇形段和由德国SMS Demag(SMSD)公司所开发的CYBERLINK扇形段，对其设计特点和工作原理进行了清晰地描述，为板坯连铸机建设工程提供了有效的设计依据，具有一定的实际指导意义。
关键词:板坯连铸机；轻压下；0PTIMUM扇形段；CYBERLINK扇形段
作为抑制凝固末端两相区枝晶间液相流动、减轻铸坯中心偏析程度的一种有效手段，轻压下技术已经被广泛地应用于现代板坯连铸机的工艺设计之中，其对板坯质量的影响效果强烈取决于轻压下实施的合理性，而轻压下工艺是否合理，关键点即在于能否准确地判断出铸坯中凝固末端的位置。研究表明，轻压下区域选择在铸坯横断面中心位置处固相分数ƒS=0.55～0.75的范围内是比较适宜的。若轻压下实施过早，则根本达不到减轻中心偏析的效果；反之，则更有可能恶化铸坯的质量。
扇形段是对凝固过程中的铸坯进行支撑和导向的连铸机关键组成设备，是轻压下技术的实施对象，其设计特点对于连铸过程的顺利进行和铸坯质量的严格保证具有重要影响。常规的板坯连铸机扇形段不具备压力反馈系统，因此轻压下位置的确定完全通过数学模型来进行预测，其准确度与数学模型的仿真精度密切相关。通常情况下，数学模型都是在针对实际情况作出大量简化假设的前提下进行推导的(特别是针对板坯连铸这一极其复杂的冶金过程)，模型中不可能全面地考虑到影响连铸过程的众多影响因素，特别是对于可能出现的异常情况，数学模型的仿真精度则会大打折扣。因此，仅仅依靠数学模型的计算结果来确定出轻压下位置是并不完全可靠的，有时候甚至可能会取得适得其反的效果。
近年来，随着板坯连铸机工程技术的不断发展，扇形段的结构形式已获得了长足的改进。针对轻压下技术的合理应用，意大利DDD公司和德国SMSD公司分别开发了技术先进、形式新颖的OPTIMUM扇形段和CYBERLINK扇形段，较之常规的板坯连铸机扇形段，其重大改进之处在于能在浇铸条件发生变化的情况下准确地找出凝固终点的位置，确保在浇铸过程中实现真正意义上的动态轻压下，这对于板坯质量的保证是十分有利的。文中从板坯连铸机工程建设的角度出发，全面地讨论了两种优化扇形段的结构设计特点，为板坯连铸动态轻压下技术的实现提供了一定的指导意义。
1 OPTIMUM扇形段的设计特点
OPTIMUM扇形段是意大利DDD公司针对板坯连铸机的建设而开发出的最新一代扇形段技术，如图1所示即为其结构示意图。从图中可以看出：每个扇形段包含6对从动辊和1对分别由液压缸单独进行驱动的驱动辊，且驱动辊安装在扇形段的中间位置处，这样的驱动布置可确保任意时刻驱动辊与铸坯之间存在最大的牵引力，且在穿人引锭杆时可以单独抬升起驱动辊；扇形段上框架与下框架之间通过4根连杆相连接，板坯入口端的两根连杆可以转动且承受了浇铸方向上所有的剪切力，板坯出口端的两根连杆采用一对销子进行连接且允许扇形段延伸及旋转，并通过4个液压缸的驱动来实现上、下框架之间的相对运动，从而执行扇形段的夹紧和松开。
图1 OPTIMUM扇形段结构示意图
OPTIMUM扇形段主要包含以下设计特点：
(1)开放式的框架设计允许方便地进行无连接障碍及中心柱障碍的扇形段维护工作；
(2)无摩擦倾动系统和精确控制液压缸允许执行准确的扇形段锥度控制；
(3)操作灵活且不需要采用垫片方式来进行扇形段厚度的调节；
(4)可最小化浇铸准备时间以增加连铸机的产量；
(5)驱动辊配有2个专用液压缸且通过控制两侧压力来确保驱动辊上载荷的均匀分布；
(6)设备具有良好的刚性和可靠性，可合理地控制铸坯的鼓肚；
(7)针对轻压下技术的应用，扇形段具备液相穴末端位置监测技术。
为获得具有严格内部质量的板材、管线钢等浇铸产品，必须确保轻压下技术的合理应用，OPTIMUM扇形段为此专门采用了实际液相穴末端监测技术(ALCEM)，即通过扇形段压力反馈信号来判断根据模型计算预测出的轻压下位置是否正确，其基本工作原理简述如下：
(1)采用STT(凝固及温度跟踪)模型“虚拟传感器”，并根据钢种轻压下的要求及具体的浇铸参数来设置出正确的扇形段锥度。
(2)ALCEM(实际液相穴末端位置监测)系统开始对模型预测出的轻压下区域的合理性进行核查，且系统将各个扇形段微量抬起。
(3)若铸坯具有液芯，则ALCEM系统可检测出钢水静压力，如图2(a)所示；当辊子压力被释放时，钢水静压力向后推挤辊子，仅会检测出较小的压损，如图2(b)所示；当重新施加辊子压力后，由于包含钢水静压力，故反馈压力相应增加，如图2(c)所示。...
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