1 轻压下技术基本原理
攀枝花钢铁集团公司为了改善产晶结构、增强市场竞争能力和提高经济效益，新建了一套现代化的高效单流板坯连铸机，设计年产板坯100万t，生产的板坯供给1450mm热轧板厂。随着轻压下技术在改善铸坯内部质量方面的显著效果被越来越多的应用实践所证明，该技术己被世界各国的钢铁生产厂家广泛采用，故在新建连铸机中采用了新的动态轻压下控制技术。
通过在连铸坯液芯末端附近施加压力，产生一定的压下量来补偿铸坯的凝固收缩量。这一方面可消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙，防止晶间富集溶质的钢液向铸坯中心横向流动；另一方面轻压下所产生的挤压作用还可以促使液芯中心富集溶质的钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配。从而使铸坯的凝固组织更加均匀致密，达到改善中心偏析和减少中心疏松的目的。
2 系统组成和功能
控制系统组成如图1所示。
一级自动化系统完成现场数据采集、过程回路控制、电气设备顺序控制、设备运转操作监视及报警等基本控制功能。二级自动化系统包括过程计算机系统和工艺技术工作站TWS。过程控制计算机系统完成生产计划、操作指导、数据计算、物流跟踪等过程控制功能。
TWS为浇铸过程控制提供特殊的工艺模型，并为操作员访问模型提供接口，同时现场设备可以通过TWS获得所需的数据。TWS可以实时、独立或离线工作，进行数据分析。在TWS上运行的模型是DANIELI公司开发的专用软件，主要有液芯控制和凝固模型(LPC)、漏钢预报模型和动态软压下模型LPC模型能根据钢种、浇铸温度、拉速等变化因素在线计算铸坯的凝固末端位置。
轻压下的主控系统是一台西门了57-400PLC，下挂5个远程1/O(ET200)，从站均通过IM153主站相连；PLC通过CP443-1与以太网相连。现场设备包括电磁阀、伺服阀、压力传感器、位置传感器等人机界面HMI主要用于设备和过程监控，过程设定功能，使用InTouch软件组态生成画面。
动态轻压下功能使用一套铸流扇形段辊控制板坯的压缩，主要控制14个扇形段(0~13段)的开口度。这些扇形段的配备如下：0~6#扇形段的每个段配备一套液压缸，维修时打开扇形段。7~13#扇形段的每个段配备一套液压辊来控制辊缝。控制开口度的目的是减少板坯的厚度而达到改善板坯内部和表面质量，包括轻压下技术是将板坯里液体部分的轴向凝固结构抑制住，朝等轴晶结构发展。扇形段0~6#和7~13#的开/关速度均为10mm/s，全行程时间均为25s。
3 控制设计
在浇铸过程中，动态轻压下功能中扇形段辊缝的目标位置是动态计算的。此计算基于从二级过程计算机控制系统下载的轻压下路径和最终尺寸，以及由板坯凝固模型计算的液芯长度。
动态轻压下控制模型执行以下功能：实时计算沿浇铸方向的软压下范围(需要使用的起始辊和结束辊)和实时计算该软压下范围内的压下量分布(辊的位置构成的“轮廓”)，轻压下PLC根据以上几点计算出每一个辊了的目标位置，并进行辊位置控制软件设计的闭环PID功能比较辊了实际的位置和要求值，并生成参考值用于伺服阀控制辊的开口度。浇铸期间，由板坯“跟踪”功能检查和控制所有辊的开闭顺序。如图2控制算法。
3.1 扇形段的控制
0~6#扇形段一般是压下的；操作工在“铸机准备”方式下打开。7~13#扇形段的位置根据正在执行的顺序来控制，有下列的顺序和意外：
引锭杆插入：当引锭杆被插入，所有的扇形段打开。
引锭杆全部进入：当引锭杆被全部进入，1到13#扇形段按照引锭杆头部厚度压下(位置由操作员确定，0#扇形段保持打开。
浇铸开始和头部跟踪：当板坯头部达到扇形零段出口(由操作员确定偏差量)，扇形段压下到目标厚度当板坯头部到达每个扇形段的入口，相关的扇形段打开；当头部到达该扇形段出口，扇形段压下到目标厚度。
正常浇铸：当扇形段压下时，动态计算扇形段达到的位置，其根据是从二级计算机下载的收缩曲线和最终尺寸，还根据由板坯凝固模型计算的液芯长度，通过传热微分方程，决定液芯情况，井与LPC模型获得的钢种和浇铸变量来进行实时计算。每个扇形段入口辊的位置也取决于前一个扇形段的出口辊位置。前一个扇形段的入口位置和出口位置的开口度，以及同一个扇形段的入口和出口边，都限制在上限内(由操作员确定)。
结束顺序：当中包重量达到设定值，首先关闭铸流，为了补偿结晶器坦的板坯液体空隙，所有扇形段都压下到最终厚度。同样的顺序也能通过在铸流控制站手动选择“尾坯”方式和压下“手动浇铸结束”键来进行初始化。
浇铸停止和尾坯跟踪：根据尾坯跟踪，当尾部到达扇形段入口，每个扇形段抬起到结晶器出口厚度(加上一个偏移量)。
漏钢预防(由操作员确认)：在结晶器悬挂盘压下“漏钢预防”按扭来触发，如果浇铸的头部铸坯在铸机里，扇形段都抬起到“结晶器出日口厚度+偏移量”如果板坯头不在铸机里，扇形段以结晶器出口厚度打开。
3.2 典型工况的设计
辊子打滑：在打滑情形下，操作员在HMI触发“紧急顺序”将执行：浇速度自动设定到零，所有扇形段保持到当前位置；振动台保持在最低频率进行振动；操作员重新启动铸流，浇铸速度低于最小(由操作员确定，下同)，夹紧辊的压力自动增加150%；所有扇形段打开到结晶器出口厚度；浇铸速度大于最低临界值(由操作员确定)，扇形段象回收引锭杆过程一样，靠跟踪值来控制压下顺序；跟踪结束，所有扇形段压下到目标位置；夹紧辊压力降低到正常操作压力值。
铸流临时停止：当速度回到零时，执行下面程序：铸机停止；所有扇形段保持原位；铸机重新启动；所有没有关闭到最终尺寸的扇形段，都以结晶器出口厚度打开；剩下的扇形段，当较薄的板坯达到相关扇形段时靠跟踪来打开；浇铸速度超过最小速度值，扇形段同回收引锭杆过程一样靠跟踪值来开始压下；跟踪结束，所有扇形段压下到目标位置。
铸流以爬行速度慢行：当浇铸速度降低，执行下面的程序：浇铸速度降低并且其低于最低速度临界值，所有没有关闭到最终尺寸的扇形段，都以结晶器出口厚度打开；剩下的扇形段，当较薄的板坯达到相关扇形段时靠跟踪值来打开；浇铸速度超过最小速度值，扇形段同回收引锭杆过程一样靠跟踪值来开始压下；跟踪结束，所有扇形段压下到目标位置。
铸机安全启动：由操作工通过HMI来启动，当操作启动成功，所有扇形段以结晶器出口厚度打开在初次打开后扇形段以如同回收引锭杆过程一样靠跟踪系统开始压下。
扇形段锁定：为厂对付油压失败或位置检测器失效，扇形段自动切断液压流体锁定在原位当某个扇形段己锁定，在HMI上发生报警在液压失败的情形下，当压力复原时扇形段自动解锁在位置检测器失效的情形下，只能靠操作员从HMI对扇形段进行解锁。
“无位置控制”方式：为厂对付位置检测器失效，扇形段自动转换到“无位置控制”方式，该操作方式也能用HMI进行选择当该方式投入时，相关扇形段设定为全部打开或全部关闭，不顾位置检测器的指示值对于除零号扇形段外的所有扇形段，“无位置控制”方式都能投入在此方式下，扇形段的动作顺序如下：1)引锭杆插入：扇形段全部打开；2)引锭杆全部插入：扇形段保持关闭；3)浇铸开始：形段打开直到板坯头部通过该扇形段出口，完全压下到机械限位(最后厚度)；4)浇铸中，在此方式下，强压当前扇形段的液芯位置，除非计算的液芯通过扇形段；5)浇铸结束循序：所有扇形段将关闭到最终厚度，故障的扇形段将保持关闭；6)尾：当板坯到达扇形段入口位置，扇形段由跟踪系统强制打开；7)漏钢预防：扇形段强制打开。
3.3 操作员基础界面
扇形段设计操作方式：0~6#仅有手动；7~13#具有自动、速度关联、手动控制地点：0~6#和7~13#都有远控和现场所有方式的显示和选择执行，均可通过HMI来实现(现场手动方式除外)。
0~6#段：1)远控手动方式用于维护扇形段打开或压下(松开/夹紧)。2)现场手动方式用于维护目的，当此方式投入时，控制扇形段0~6段或单段打开或压下；现场方式的标示也可显示在现场操作盘上当控制方式由自动转到手动方式，辊子维持在最近
达到的位置。
7~13#段：1)自动方式用于常规的铸机操作当自动控制执行时，根据液芯计算控制轻压下当控制方式从手动转换到自动时，扇形段定位在所计算的目标位置。2)速度关联方式：根据实际浇铸速度选择扇形段位置设定点表；当控制方式从自动转换到速度关联，扇形段定位到所计算的目标位置。3)远控手动方式仅用于测试。手动选择扇形段位置设定点表。4)现场手动方式仅用于维护目的，操作与执行与0~6#扇形段相同方式下。
4 结束语
动态轻压下技术己成为现代连铸机水平的一个显著标志。攀钢2#连铸机采用DANIELI公司动态轻压下技术的应用，改善了铸坯内部质量，减少了中心偏析和疏松，为实现高效连铸起到了重要作用，同时为攀钢下期建设工程顺利达产提供了保障由于连铸过程的复杂性，过热度、冷却条件、拉速等条件的波动将会导致凝固末端位置的变化，从而压下位置也将发生变化。因此为了能精确地实施轻压下，需要做到凝固末端的准确测定，以便压下参数随凝固末端位置的变化而变化、从而保证轻压下区域在铸坯的凝固末端两相区区域内。同时，在压下位置变化的情况下，必须快速、精确地调整辊缝，以便保证及时准确地实施轻压下，获得良好的铸坯中心质量和铸坯形状。
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