連鑄機(jī)扇形段遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)輥縫的液壓系統(tǒng)及其控制方案的分析_百

1、專題綜述收稿日期:2006-02-23; 修訂日期:2006-04-11作者簡(jiǎn)介:谷振云(1940- , 男, 西安重型機(jī)械研究所研究員級(jí)高級(jí)工程師。連鑄機(jī)扇形段遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)輥縫的液壓系統(tǒng)及其控制方案的分析谷振云, 李生斌(西安重型機(jī)械研究所, 陜西西安710032摘要:分析了近年來(lái)從國(guó)外引進(jìn)的板坯連鑄機(jī)采用液壓電氣控制實(shí)現(xiàn)扇形段輥縫自動(dòng)調(diào)節(jié)的基本工作要求, 液壓控制原理及各控制方案的特點(diǎn)。開關(guān)閥的控制方式已成功用于西安重型機(jī)械研究所設(shè)計(jì)制造的攀鋼2#大方坯連鑄機(jī)的輕壓下系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:輥縫; 自動(dòng)調(diào)節(jié); 輕壓下; 液壓控制中圖分類號(hào):TF77711文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A :1001- -05Analy

2、sis of the control of CCMroll gap adjustingGU Zhen 2yun , L I Sheng 2bin(Xi an Heavy Machinery Research Institute , Xi an 710032, China Abstract :The basic requirement , hydraulic control mechanism and features of various solutions of CCM se g 2ment automatic roll gap adjusting hydraulic system intr

3、oduced from abroad are discussed. The on 2off valve control has been successfully applied to the 2#bloom caster soft 2reduction system in PanSteel. K ey w ords :roll gap ; automatic adjusting ; soft 2reduction ; hydraulic control1概述上世紀(jì)90年代中末期, 歐洲的德馬克、奧鋼聯(lián)以及意大利的達(dá)涅利等公司先后開發(fā)和研制成功了采用液壓電氣控制實(shí)現(xiàn)板坯連鑄機(jī)扇形段遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)

4、輥縫的新技術(shù), 這一技術(shù)的成功應(yīng)用也使扇形段對(duì)鑄坯的動(dòng)態(tài)輕壓下成為可能, 目前它已作為一項(xiàng)成熟技術(shù)廣泛應(yīng)用于世界各地許多冶金廠的連鑄機(jī)設(shè)備中。近年來(lái), 我國(guó)上海一鋼集團(tuán)、武鋼、濟(jì)鋼、鞍鋼、攀鋼等冶金廠從上述三個(gè)國(guó)外公司成套引進(jìn)或國(guó)外設(shè)計(jì)與國(guó)內(nèi)合作制造的幾十臺(tái)板坯連鑄機(jī)扇形段也采用了遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)輥縫和鑄坯動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù), 這對(duì)提高鑄機(jī)的作業(yè)率(減少扇形段輥縫的調(diào)整時(shí)間 、改善鑄坯質(zhì)量、提高鑄機(jī)自動(dòng)化水平起到了明顯作用。然而, 國(guó)內(nèi)的冶金科研院所和連鑄成套設(shè)備設(shè)計(jì)、制造公司等部門和單位尚未作為獨(dú)立的專有技術(shù)進(jìn)行成功的開發(fā)和應(yīng)用(目前西重所與寶鋼研究院聯(lián)合研制的試驗(yàn)鑄機(jī)已獲應(yīng)用, 2005年5月已投

5、產(chǎn)試驗(yàn) 。本文將在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)德馬克和奧鋼聯(lián)兩種不同的扇形段遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)輥縫的液壓控制方式做以初步分析。2扇形段輥縫自動(dòng)調(diào)節(jié)的基本要求每個(gè)扇形段有四只夾緊液壓缸(靠近扇形段上口和下口各兩只 , 其結(jié)構(gòu)是液壓缸的活塞桿與扇形段的下框架相連, 固定不動(dòng); 而液壓缸缸體與扇形段上框架相連, 帶動(dòng)上框架及其輥組作12006N o 13重型機(jī)械升降運(yùn)動(dòng), 液壓缸上裝有可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的的位置傳感器。按連鑄機(jī)鑄造工藝要求, 扇形段實(shí)際工作和設(shè)定的輥縫是一個(gè)楔形(收縮 輥縫, 沿著鑄造方向扇形段上口設(shè)定的輥縫距離要比下口稍大一些, 通常在不進(jìn)行輕壓下時(shí)1m 機(jī)長(zhǎng)的(對(duì)弧形區(qū)為弧線, 對(duì)水平區(qū)為

6、直線 距離上輥縫差約為0112012mm , 而進(jìn)行輕壓下時(shí), 壓下區(qū)的輥縫收縮量多為014111mm/m 。而同為扇形段上口或下口的兩只液壓缸的定位停止位置應(yīng)相同, 以防扇形段上的輥?zhàn)悠? 通常輥?zhàn)訉?duì)水平位置的偏斜程度不大于±011mm , 因此液壓缸位置傳感器的檢測(cè)精度必須高于±011mm 一個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)板坯連鑄機(jī)而言, 扇形段上框架及其輥組的質(zhì)量均較大, 通常達(dá)幾噸甚至幾十噸以上, 為保證液壓缸的位置停止精度即設(shè)定的輥縫, 應(yīng)盡可能減少液壓缸及上框架運(yùn)動(dòng)部件的慣性力和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向部位的摩擦力, 為此扇形段上框架的升降動(dòng)作接近停止時(shí), 液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度不能過(guò)大, 否則難以

7、保證扇形段輥縫的目標(biāo)設(shè)定值, 并易引起輥縫超調(diào)和液壓電氣環(huán)節(jié)的振蕩。3扇形段輥縫自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程扇形段輥縫的自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓控制方案, 如圖1所示, 奧鋼聯(lián)和德馬克公司各自采用了完全不同的液壓控制回路, 達(dá)涅利公司采用的液壓控制方式與德馬克方式相類似 。2重型機(jī)械2006N o 13 圖1(a 奧鋼聯(lián)方式(b c 要求, 、下口所需輥縫相應(yīng)的給定信號(hào)電流。在調(diào)整的初始狀態(tài)(如上框架與液壓缸缸體在最上位 , 給定信號(hào)與液壓缸位置傳感器檢測(cè)信號(hào)之間的誤差信號(hào)電流最大, 隨著調(diào)整動(dòng)作的進(jìn)行, 其誤差電流信號(hào)逐漸減小。對(duì)于圖1a 所示的控制方案, 該差值電流信號(hào)經(jīng)電氣調(diào)制后僅以導(dǎo)通電路的形式使電磁換向閥通入額

8、定電壓和電流, 以使閥電磁鐵動(dòng)作, 它與誤差信號(hào)電流的大小無(wú)關(guān), 而極性的差別將用來(lái)控制三位四通電磁閥不同電磁鐵的通、斷電狀態(tài), 即控制扇形段夾緊液壓缸的升降運(yùn)動(dòng)的方向; 當(dāng)液壓缸的尺寸參數(shù)、液壓控制回路及組成原件(包括固定阻尼孔尺寸的大小 、供給油壓都相同時(shí), 液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度也是相同的。由此可見只要液壓控制回路的組成一定, 液壓缸將以一固定的速度完成輥縫調(diào)整動(dòng)作以達(dá)到輥縫設(shè)定的目標(biāo)值, 其升降運(yùn)動(dòng)速度的大小將取決于在一定的壓降下通過(guò)固定阻尼孔的流量和液壓缸承壓腔活塞的有效面積, 與誤差信號(hào)電流的極性和大小無(wú)關(guān)。液壓缸調(diào)整動(dòng)作的速度通常約為12mm/s , 隨缸徑大小的不同, 每只液壓缸所需

9、的流量?jī)H為1L/min ; 扇形段四只夾緊液壓缸的運(yùn)動(dòng)同步狀況則由液壓缸上的位置傳感器加以檢測(cè)并由電氣系統(tǒng)控制。對(duì)于圖1b 所示的控制方案, 采用比例伺服閥控制扇形段夾緊液壓缸的升降動(dòng)作, 其輥縫調(diào)節(jié)過(guò)程大致如下。假定調(diào)整初始扇形段上框架在最上位, 它相應(yīng)于上、下口夾緊液壓缸處零位, 此時(shí)它們的位置傳感器的反饋檢測(cè)信號(hào)也為零; 其次假定S 為與扇形段上口輥縫設(shè)定值相應(yīng)的電氣信號(hào)量, S 為與上、下口輥縫設(shè)定差值相應(yīng)的電氣信號(hào)量, 扇形段向下運(yùn)動(dòng)時(shí)電氣信號(hào)量的極性為“+”, 反之則為“-”。按照生產(chǎn)要求, 經(jīng)計(jì)算機(jī)和帶專用軟件的電氣控制器向本扇形段控制上、下口夾緊液壓缸運(yùn)動(dòng)的四只電液比例伺服閥同

10、時(shí)設(shè)定和輸入電氣信號(hào)量+S , 此時(shí)給定信號(hào)與反饋檢測(cè)信號(hào)之間的誤差電流最大, 于是扇形段夾緊液壓缸將帶動(dòng)上框架以最大速度向下作平移運(yùn)動(dòng), 隨著液壓缸位置傳感器反饋檢測(cè)信號(hào)的加大(誤差電流減小 , 液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度將逐步減小, 直到四只夾緊液壓缸同時(shí)達(dá)到本扇形段上口輥縫設(shè)定值, 即給定信號(hào)與反饋檢測(cè)信號(hào)之間的誤差電流消失, 上口32006N o 13重型機(jī)械液壓缸輥縫調(diào)整結(jié)束, 運(yùn)動(dòng)停止。在此階段, 為防止扇形段上、下口液壓缸運(yùn)動(dòng)過(guò)速和由此而引起的不同步, 對(duì)電液比例伺服閥的輸入信號(hào)采取了“限流”措施, 即當(dāng)原始給定信號(hào)與位置傳感器反饋電流信號(hào)之間的誤差電流超過(guò)最大限定電流時(shí), 四只液壓缸的比

11、例伺服閥均以最大限定電流作為閥的輸入信號(hào), 該最大限定電流所對(duì)應(yīng)的液壓缸及其扇形段上框架的最大運(yùn)動(dòng)速度約為515mm/s , 并以此作為選擇比例伺服閥流量規(guī)格的依據(jù); 其次在上口液壓缸運(yùn)動(dòng)停止之后, 扇形段上、下口輥縫設(shè)定差值相應(yīng)的電氣信號(hào)量+S 將作為給定信號(hào)隨之輸入到控制扇形段下口夾緊液壓缸的比例伺服閥中去, 這時(shí)扇形段下口兩只液壓缸將繼續(xù)帶動(dòng)上框架向下作傾斜運(yùn)動(dòng), +消失, 。自動(dòng)調(diào)節(jié)的全過(guò)程是一個(gè)可分為前后兩個(gè)階段, 各有不同給定信號(hào)連續(xù)進(jìn)行的過(guò)程。由于扇形段上、下口輥縫相差距離與扇形段本身鑄流長(zhǎng)度相比是十分微小的, 在機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)中已考慮扇形段上框架運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向間隙將不致于使上框架做微

12、小傾斜運(yùn)動(dòng)時(shí)被卡死。雖然上框架輥?zhàn)虞S承座設(shè)有墊片組, 但并不靠該墊片組調(diào)整輥縫, 而是僅借輥縫位置設(shè)定信號(hào)保證扇形段的收縮輥縫和實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄坯的輕壓下。當(dāng)打開扇形段即抬起上框架時(shí), 其調(diào)節(jié)過(guò)程與前述過(guò)程相反, 也為前后兩個(gè)階段:首先經(jīng)電氣控制器向扇形段下口液壓缸的比例伺服閥輸入與輥縫差值相應(yīng)的電流信號(hào)-S , 使下口液壓缸升起, 當(dāng)下口液壓缸到達(dá)與上口液壓缸相同的檢測(cè)位置后, 閥上的誤差電流信號(hào)消失, 下口液壓缸的向上運(yùn)動(dòng)停止; 繼之同時(shí)向控制上、下口液壓缸運(yùn)動(dòng)的比例伺服閥給定和輸入與扇形段抬起位置相應(yīng)的電信號(hào), 如使扇形段達(dá)到最大的開口度(上框架在最上位 , 這時(shí)的給定信號(hào)相當(dāng)于零, 而液壓缸的

13、位置反饋信號(hào)最大, 閥上的誤差電流信號(hào)也最大, 但其極性相反, 上、下口液壓缸同時(shí)以最大速度向上運(yùn)動(dòng), 隨著反饋電流信號(hào)的減小, 液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度也逐步減小直至誤差電流信號(hào)消失, 扇形段上框架達(dá)到最上位, 液壓缸的運(yùn)動(dòng)隨之停止。兩個(gè)階段的電氣信號(hào)一次同時(shí)給定, 運(yùn)動(dòng)是連續(xù)進(jìn)行的。在鑄機(jī)鑄造工作模式下, 如因輥?zhàn)邮芰?、框架熱變形等各種因素的影響, 所檢測(cè)到的輥縫與原始設(shè)定輥縫出現(xiàn)微小偏離時(shí), 位置傳感器所發(fā)出的檢測(cè)信號(hào)將借助比例伺服閥自動(dòng)調(diào)整扇形段夾緊液壓缸所在的位置, 使其始終保持在原始設(shè)定輥縫的位置上。, 起始?jí)合隆６鴦?dòng)態(tài)輕壓下的力是借助于夾緊液壓缸經(jīng)上框架的輥組對(duì)鑄坯施壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的, 所需壓

14、力大小與澆鑄的鋼種和鑄坯的斷面有關(guān), 可由通入夾緊液壓缸的油壓力來(lái)設(shè)定和調(diào)整。該油壓力由扇形段上與液壓缸夾緊油腔相連的壓力傳感器測(cè)得, 可以開環(huán)或閉環(huán)調(diào)整和控制比例伺服閥的進(jìn)口油壓。德馬克、奧鋼聯(lián)以及意大利達(dá)涅利等公司已成功開發(fā)出連鑄機(jī)專用工藝軟件, 實(shí)現(xiàn)扇形段夾緊液壓缸的位置及力的控制。不論在澆鑄前原始設(shè)定輥縫或在輕壓下的情況下自動(dòng)調(diào)整輥縫, 都是沿著鑄流方向由前到后逐個(gè)扇形段依次進(jìn)行的。4扇形段輥縫自動(dòng)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)化方框圖作為帶負(fù)反饋的伺服同步回路, 從電氣控制上可有:(1 兩缸或多缸無(wú)基準(zhǔn)的并聯(lián)同步控制; (2 以一只液壓缸為基準(zhǔn)的兩缸或多缸跟蹤同步控制;(3 兩缸互為基準(zhǔn)的同調(diào)同步控制, 如

15、圖2所示。筆者認(rèn)為, 同為扇形段上口兩只液壓缸和下口兩只液壓缸采用無(wú)基準(zhǔn)的并聯(lián)同步控制, 而4重型機(jī)械2006N o 13上、下口液壓缸之間采用了互為基準(zhǔn)的同調(diào)同步控制, 是適合扇形段輥縫自動(dòng)調(diào)整工況的一種較好的電氣控制方案。該電氣控制方案將有利于消除位置傳感器自身的檢測(cè)偏差以及機(jī)械設(shè)備安裝引起的誤差, 并且易于防止扇形段輥面可能出現(xiàn)的偏斜 。圖2扇形段夾緊缸同步控制方式(a 并聯(lián)跟蹤同調(diào)同步(b 串聯(lián)跟蹤同調(diào)同步5兩種液壓控制方案的比較圖1a 所示的液壓控制方案的主要優(yōu)點(diǎn)在于:輥縫自動(dòng)調(diào)節(jié)是通過(guò)電磁閥控制扇形段上框架的升降動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)的, 電氣控制相對(duì)簡(jiǎn)單, 投資費(fèi)用較低; 與伺服閥控制相比,

16、 對(duì)系統(tǒng)油液清潔度的要求較低, 便于維護(hù); 液壓元件的維護(hù)使用成本較低; 扇形段對(duì)外的液壓配管簡(jiǎn)單, 只需要兩只帶速換接頭的液壓軟管; 當(dāng)固定阻尼孔確定后, 可調(diào)環(huán)節(jié)少并易于調(diào)整; 不易受電氣干擾的影響, 可靠性較高; 進(jìn)行輥縫調(diào)節(jié)時(shí), 扇形段以恒定的低速運(yùn)動(dòng), 扇形段所需油的流量小, 消耗的液壓功率也小。其主要缺點(diǎn)在于:固定阻尼孔的設(shè)置須有一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ), 否則液壓缸的調(diào)整動(dòng)作速度難以掌握; 扇形段上框架的升降動(dòng)作在恒定的低速下進(jìn)行, 尤其是上框架在最上位時(shí), 輥縫調(diào)整所需的時(shí)間長(zhǎng); 液壓系統(tǒng)的控制回路的組成相對(duì)復(fù)雜, 固定阻尼孔的設(shè)置和液壓元件的構(gòu)成恰恰是液壓控制回路研發(fā)中的難點(diǎn)圖1b 1c 1a 。圖1b 的比例伺服閥在國(guó)外的EPC (帶材邊緣控制 和CPC (帶材對(duì)中控制 等其它場(chǎng)合已獲應(yīng)用, 這主要是因?yàn)樵撻y雖然頻率響應(yīng)較低(約2025Hz , 但具有良好的抗污染能力, 適合于在連鑄機(jī)扇形段中應(yīng)用。如圖1c 所示, 達(dá)涅利采用的是MOO G 型電液比例伺服閥。6結(jié)束語(yǔ)2005年10月, 西安重型機(jī)械研究所設(shè)計(jì)、制造的攀鋼2號(hào)